镍铁与金属镍的生产工艺简介

镍铁与金属镍的生产工艺简介

镍的主要物理化学性质为：

相对原子质量58.71

密度/(g/cm3） 8.91

熔点/℃1455

沸点/℃2910

摩尔热容（25℃时）/(J/(mo l.C)) 25.51

电阻率（0℃时）/(Ω?cm) 6.14×10-6

纯镍呈银白色，镍能与一些元素形成化合物。

镍与碳可以形成Ni3C，在380℃以上时分解成镍和碳。但是看来液体中的

Ni3C，直到2000℃以上是稳定的。

镍与硅可形成一系列硅化物，如Ni3Si、Ni5Si2、Ni2Si、Ni3Si2、NiSi和NiSi2。

镍和氧能形成NiO，NiO系菱面体晶，加热至200℃以上时则变成立方晶。氧在固态镍中的熔解度，随温度的升高而下降。

镍与硫可以形成Ni3S2、Ni6S5、Ni7S6、NiS、Ni3S4和NiS2等硫化镍。在工业镍铳中，找不到存在于自然界中的硫化镍NiS和NiS2，因为这两种硫化镍在熔点以下就早已分解了。

镍和铁在γ区内形成连续固溶体。液相线在1436℃下，含镍65%－72%时，出现一个不很明显的最低点。镍可以扩大γ区，在固态时，分成数个相，回火时从这数个相中，都可形成FeNi3。在图29－1中可以看出镍铁合金中的居里点的变化，α－镍在360℃以下为面心立方晶，β－镍在1130℃以下为六方晶，γ－镍在熔点之前为立方晶。

冶炼方法：

现代生产镍的方法主要有火法和湿法两种。根据世界上主要两类含镍矿物（含镍的硫化矿和氧化矿）的不同，冶炼处理方法各异。

含镍硫化矿目前主要采用火法处理，通过精矿焙烧反射炉（电炉或鼓风炉）冶炼铜镍硫吹炼镍精矿电解得金属镍。氧化矿主要是含镍红土矿，其品位低，适于湿法处理；主要方法有氨浸法和硫酸法两种。氧化矿的火法处理是镍铁法。

工艺操作：

硫化镍精矿的火法冶炼

硫化镍精矿的火法冶炼流程如图29－2所示。其主要工艺特点如下：

（1）熔炼。镍精矿经干燥脱硫后即送电炉（或鼓风炉）熔炼，目的是使铜镍的氧化物转变为硫化物，产出低冰镍（铜镍锍），同时脉石造渣。所得到的低冰镍中，镍和铜的总含量为8%－25%（一般为13%－17%），含硫量为25%。

（2）低冰镍的吹炼。吹炼的目的是为了除去铁和一部分硫，得到含铜和镍70%－75%的高冰镍（镍高硫），而不是金属镍。转炉熔炼温度高于1230℃，由于低冰镍品位低，一般吹炼时间较长。

（3）磨浮。高冰镍细磨、破碎后，用浮选和磁选分离，得到含镍67%－68%的镍精矿，同时选出铜精矿和铜镍合金分别回收铜和铂族金属。镍精矿经反射炉熔化得到硫化镍，再送电解精炼或经电炉（或反射炉）还原熔炼得粗镍再电解精炼。

（4）电解精炼。粗镍中除含铜、钻外，还含有金、银和铂族元素，需电解精炼回收。与铜电解不同的是这里采用隔膜电解槽。用粗镍做阳极，阴极为镍始极片，电解液用硫酸盐溶液硫酸盐和氯化盐混合溶液。通电后，阴极析出镍，铂族元素进入阳极泥中，另行回收。产品电镍纯度为99.85%－99.99%。

用火冶法处理氧化镍制取镍铁和金属镍

硅酸氧化矿可以用火冶法熔炼，经还原、熔化和精炼得到镍。还原时要争取使氧化镍完全变为金属镍。熔化时流言蜚语镍铁将同较轻的渣分开。镍铁的含镍量取决于部分还原过程的选择能力。采用焦炭作还原剂，也可采用硅铁作还原剂。为了除去粗镍铁中的杂质碳、硫、磷和铬，必须进行精炼。

在电炉中用碳直接部分还原炼制镍铁

在矿热炉中采用碳热法将矿石还原成镍铁，随后进行精炼。

所用矿石的成分为：

Ni2.8%,CoO0.06%,Fe13%,Cr2O32%,MgO24%,SiO239%,化合水12%。这种矿石经干燥后，放在回转窑内预热到750℃左右。重油的消耗量为每吨干矿石65-85L。在经预热的热矿石中，加入约4%的焦粉，然后即将这种混合料，放在还原电炉中冶炼。在矿热炉的容量为12500kV.A，电极直径1250mm，炉膛内径11m。冶炼时每吨矿石的耗电量为600kW.h。每天可冶炼450t矿石，镍铁出炉温度为1500℃，出渣温度为1600℃。炉料中90%以上的镍回收到成分为

Ni+Co24%，Si3%，C2%，Cr1.6%，P0.03%的粗镍铁中。

在铸桶中用苏打处理两次而将硫除掉，在酸性转炉中把铬、硅、碳和磷吹掉。精炼好的镍铁大约1650℃时出炉，铸成约20kg重的锭块。最终产品含

Ni+Co29%，C0.02%，Cr0.02%，余量为铁。

用冶炼镍锍的方法制取镍丸

采用的方法是，先将矿石作成球团，经烧结后同焦炭和石膏一起加到低炉身电炉中进行还原冶炼。硫酸钙被还原后，与镍和铁反应生成硫化物。约含Ni27%，Fe60%，S10%的铁镍锍，同附加料一起装在转炉中用空气吹炼，使铁渣化，成为约含有Ni78%，S22%的贫铁镍锍。然后采用流化床法在回转窑中将硫焙烧到0.005%以下。这种氧化镍经磨细加糊加粘合剂混合后压成3cm×2cm的圆柱形料块。

为种料块经干燥后混加大量木炭，放在加热的立式碳化硅马弗炉中，于约1300下用一氧化碳还原，这种炉子与锌竖罐法用的炉子相似。生产出镍粒约含Ni99%，Cu0.07%，Co0.5%，Fe0.1%，C0.04%，S0.004%。

用硅铁部分还原的方法冶炼镍铁

矿石经在回转窑中干燥后，进行分级，并除掉低品位的粗块，这时的成分大致为：Ni1.65%，Co0.02%，Fe12%，SiO250%，MgO25%，Cr2O31.5%，Al2O31.3%，化合水7%。

干燥的矿石经破碎后，筛出小于0.08mm的筛下料，并放在多层焙烧炉中进行预焙烧。筛上料则放在用煤气加热的回转窑中，加热到700℃左右，以除去水分和预热矿石。加热好的热料即送到炉前料仓内，接着再从料仓将料装入14000kV.A 开口式电炉中，电炉自焙电极直径约1000mm，并配有水冷炉壁。冶炼每吨矿石的耗电量约为760kW.h，电极消耗量为5kg。

往熔化的氧化矿和金属的混合液中添加一种强还原剂，并将矿石、还原剂和液态金属充分混合。还原剂采用含硅50%的硅铁。熔池的搅动是通过在两个铸桶间的快速倒来倒去的方法实现的。其还原顺序如下：

（2Fe2O3）+[FeSi]=4(FeO)+(SiO2)+[Fe]

（2NiO）＋[FeSi] =2[Ni]+[Fe]+( SiO2)

(2FeO)+[FeSi]=3[Fe]+(SiO2)

硅铁中的铁直接进入金属相。来自前步工序的1650℃的液态矿石、硅铁（1.5L/kg液态矿石中的镍）和镍铁，采用在两个铸桶（叫做“跳转混合器”）间倒来倒去的方法进行混合。同硅铁的反应是放热的，所以可防止温度在混合时下降得过多。每操作一次可生产出400kg镍铁，因而在2500kV.A的电炉中要定期装入4000kg精矿用的炉料。

粗镍铁含磷达0.4%，这些磷可在电弧炉中，采用氧化钙含量很高的渣，用铁矿石氧化成P2O5后除掉。液态镍铁用硅铁脱氧后铸成13kg重的锭，其大致成分如下，Ni48%,S0.005%,P0.01%,C0.02%,Cr0.02%，Si0.9%,Co0.5%，Cu0.1%，其余为铁。