Металлургия никеля Лекция 9 1 Никель

Металлургия никеля Лекция 9 1

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 8, 902 г/см³ Температура плавления 1 726 K 2

Производство Никель получают из окисленных никелевых и из сульфидных медно-никелевых руд. 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 мышьяксодержащих медно-никелевых рудах: o o o 3 никелин (красный никелевый колчедан) Ni. As хлоантит (белый никелевый колчедан) (Ni, Co, Fe)As 2 гарниерит и другие силикаты (Mg, Ni)6(Si 4 O 11)(OH)6*H 2 O магнитный колчедан (Fe, Ni, Cu)S мышьяково-никелевый блеск (герсдорфит) Ni. As. S, пентландит (Fe, Ni)9 S 8

4

Пирометаллургический способ 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 5

Плавка 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 Са. О, гипс Ca. SO 4· 2 H 2 Oи пирит Fe. S 2 являются сульфидизаторами, т. е. вносят необходимую для процесса серу. 7

Файнштейн — промежуточный продукт в пирометаллургической фазе получения никеля Ni 3 S 2. Получается при конвертировании штейнов. Медный файнштейн Cu 2 S чаще называется белым маттом.

Конвертирование Цель конвертирования — получить никелевый файнштейн (сплав Ni 3 S 2 и Ni) путем окисления железа и связанной с ним серы. Процесс осуществляют в горизонтальных конвертерах. Дутьем служит воздух. Получаемый файнштейн представляет собой сплав Ni 3 S 2 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% Si. O 2, 55— 60% Fe. O, около 1 % Ni и 0, 2— 0, 5 % Со. 9

Рафинирование Окислительный обжиг файнштейна имеет целью удалить серу до содержания < 0, 02 % и перевести никель в Ni. O. Ni 3 S 2 + 3, 5 O 2 = 3 Ni. O + 2 SO 2 и Ni + 1/2 O 2 = Ni. O Получаемый оксид никеля содержит, %: Ni ~ 78; Сu 0, 4; Со 0, 4 -0, 5; Fe 0, 2 -0, 4. 10

Переплав Целью восстановительной электроплавки является получение жидкого никеля из оксида Ni. O или предварительно частично восстановленного Ni. O. Шихтой служат Ni. O, малосернистый нефтяной кокс (восстановитель), известняк. Ni. O + С = Ni + СО После окончания восстановления проводят доводку с целью удаления избыточного углерода — в печь вводят Ni. O 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. 11

2. Карбонильный способ Сначала из сульфидных руд получают медно-никелевый штейн, над которым пропускают CO под высоким давлением. Образуется летучий Ni(CO)4, из которого термическим разложением получают металл. «Карбонильный никель» , особенно порошковый, отличается рекордной чистотой; он незаменим в производстве металлокерамики. Термическое разложение карбонила никеля - способ получения не только металлического никеля как такового, но и никелевых покрытий. 12

3. Алюмотермический способ Алюминотермия — способ получения металлов, неметаллов и сплавов восстановлением их оксидов металлическим алюминием. 3 Ni. O + Al = 3 Ni + Al 2 O 3 13

Применение Никель — ценная легирующая добавка к стали. Он повышает прочность и одновременно пластичность сталей. Никель в сочетании с хромом обеспечивает высокую антикоррозионную стойкость сталей и повышает их теплоустойчивость. Широкое применение получили хромоникелевые нержавеющие и теплоустойчивые стали. Около 80% всего производимого никеля расходуют для производства сталей, легированных никелем, и никелевых сплавов. Никелирование — создание никелевого покрытия на поверхности другого металла с целью предохранения его от коррозии. Никель применяют для никелирования железа и других металлов в качестве противокоррозионного и декоративного покрытия. Никель применяют для изготовления щелочных аккумуляторов и в качестве катализатора в разных химических процессах. 14

Сплавы никеля Никель является основой большинства суперсплавов — жаропрочных материалов, применяемых в аэрокосмической промышленности для деталей силовых установок. o o o 15 Монель-металл 65 — 67 % Ni + 30 — 32 % Cu + 1 % Mn, жаростойкий до 500 °C, очень коррозионно-устойчив; Нихром 60 % Ni + 40 % Cr высокое удельное сопротивление, жаростойкость Пермаллой 76 % Ni + 17 %Fe + 5 % Cu + 2 % Cr, обладает высокой магнитной восприимчивостью при очень малых потерях на гистерезис; Инвар 65 % Fe + 35 % Ni, почти не удлиняется при нагревании; Белое золото например 585 пробы содержит 58, 5 % золота и сплав из серебра и никеля (или палладия);