Металлургия никеля

Никель — металл серебристо-белого цвета. По ряду свойств (температуре плавления, плотности, теплопроводности) он близок к железу и кобальту и характеризуется средней химической активностью. При обычной температуре в сухом воздухе никель заметно не реагирует с кислородом, но при нагревании до 500 °С окисляется довольно энергично. В порошкообразном состоянии никель пирофорен, т.е. воспламеняется на воздухе при обычной температуре.

Плотность (при н. у.) 8,902 г/см³

Температура плавления 1 726 K

Производство

1. Пирометаллургический способ

Никель получают из окисленных никелевых и из сульфидных медно-никелевых руд. В сульфидных рудах никель представлен главным образом изоморфной смесью сульфидов железа и никеля (Ni, Fe)S, а пустая порода состоит из силикатов железа и магния, пирротина и других соединений. В этих рудах содержится 0,3-5,5 % Ni до 2,5 % Сu, до 0,2 % Со и в небольших количествах металлы платиновой группы, а также Те, Se, Ag, Au.

Никель обычно содержится в сульфидных и мышьяк-содержащих медно-никелевых рудах.

• никелин (красный никелевый колчедан, купферникель) NiAs

• хлоантит (белый никелевый колчедан) (Ni, Co, Fe)As₂

• гарниерит (Mg, Ni)₆(Si4O11)(OH)₆*H₂O и другие силикаты

• магнитный колчедан (Fe, Ni, Cu)S

• мышьяково-никелевый блеск (герсдорфит) NiAsS,

• пентландит (Fe,Ni)₉S₈

Медно-никелевые руды обогащают флотационными способами, получая медно-никелевый концентрат. Плавку руд с суммарным содержанием более 4-5 % меди и никеля проводят без обогащения.

Плавка →конвертирование штейнов →рафинирование → переплав

Штейн из окускованных окисленных никелевых руд обычно выплавляют в шахтных печах. Целью плавки является максимальное извлечение никеля в штейн и перевод пустой породы руды в шлак. Плавка является восстановительной, ее ведут с высоким расходом кокса (25—30% от массы агломерата). В печь загружают шихту, состоящую из агломерата или брикетов, гипса или пирита, известняка и кокса. Кокс служит топливом, известняк вносит необходимый для формирования шлака оксид СаО, гипс CaSO₄·2H₂Oи пирит FeS₂ являются сульфидизаторами, т.е. вносят необходимую для процесса серу.

Файнштейн — промежуточный продукт в пирометаллургической фазе получения никеля (Ni₃S₂). Получается при конвертировании штейнов. Медный файнштейн (Cu₂S) чаще называется белым маттом.

Цель конвертирования — получить никелевый файнштейн (сплав Ni₃S₂ и Ni) путем окисления железа и связанной с ним серы. Процесс осуществляют в горизонтальных конвертерах. Дутьем служит воздух. Получаемый файнштейн представляет собой сплав Ni₃S₂ с Ni, файнштейн разливают в изложницы. Он содержит 76—78% Ni, 19-21% S, 0,2-0,4% Fe, 0,3-0,5% Со И < 2 % Сu.

Конвертерный шлак содержит 26-30% SiO2, 55—60% FeO, около 1 % Ni и 0,2—0,5 % Со. Такой шлак, с целью извлечения кобальта и никеля, подвергают обеднению (обрабатывают штейном в обогреваемом конвертере или в электропечи), получая кобальтовый штейн, содержащий 4-5 % Со и 24—30 % Ni. Этот штейн направляют в кобальтовое производство для извлечения кобальта и никеля.

Окислительный обжиг файнштейна имеет целью удалить серу до содержания < 0,02 % и перевести никель в NiO.

Ni₃S₂ + 3,5O₂ = 3NiO + 2SO₂ и Ni + 1/2O₂ = NiO

Получаемый оксид никеля содержит, %: Ni ~ 78; Сu 0,4; Со 0,4-0,5; Fe 0,2-0,4.

Целью восстановительной электроплавки является получение жидкого никеля из оксида NiO или предварительно частично восстановленного NiO. Плавку осуществляют в электродуговых печах за счет тепла, выделяющегося при горении электрических дуг между электродами и металлом. Шихтой служат NiO, малосернистый нефтяной кокс (восстановитель), известняк. При плавлении шихты происходит восстановление NiO углеродом кокса:

NiO + С = Ni + СО

с образованием жидкого никеля, а также растворение углерода в никеле. После окончания восстановления проводят доводку с целью удаления избыточного углерода — в печь вводят NiO и углерод окисляется, реагируя с кислородом оксида. В этот период в печь загружают известняк, наводя известковый шлак, в который удаляется сера.

Готовый жидкий никель гранулируют, сливая в бассейн с водой, получая так называемый огневой никель в виде гранул, он содержит более 98,6 % Ni, менее 0,1 % С и менее 0,6% Сu.