在现代工业中,镍是一种至关重要的金属,广泛应用于各个领域。从不锈钢制造到航空航天,从电池生产到电子设备,镍都扮演着不可或缺的角色。那么,这种具有重要价值的金属是怎样炼成的呢?
镍的冶炼方法.镍矿石主要分为硫化铜镍矿和氧化镍矿,它们的选矿和冶炼工艺有所不同。
对于硫化铜镍矿:
选石方法:最主要的是浮选,磁选和重选通常作为辅助方法。浮选时常采用浮选硫化铜矿物的捕收剂和起泡剂。其浮选流程包括直接用优先浮选或部分优先浮选流程、混合浮选流程、混合—优选浮选流程以及混合—优先浮选并从混合浮选尾矿中再回收部分镍的流程。硫化镍矿冶炼:工艺流程根据原料类型、成分和产品要求而定。大部分采用造锍熔炼,即将各种硫化镍矿用不同火法冶金工艺炼成低镍锍,再通过转炉吹炼成高镍锍(硫化镍和硫化铜的合金),最后经镍精炼厂的不同精炼方法生产出不同的镍产品。
硫化镍矿火法冶炼的具体工艺如下:
闪速熔炼:将深度脱水且含水分小于0.3%的粉状硫化镍精矿,与富氧空气按一定比例加入反应塔顶部的喷嘴,以高速度呈悬浮状态喷入高温反应塔内,在短时间内基本完成硫化物的分解、氧化和熔化过程。硫化物和氧化物的混合熔体落入沉淀池,继续完成造锍和造渣反应,熔锍送转炉吹炼,产出的低镍锍和炉渣分别放出,含高浓度二氧化硫的高温炉气经余热回收、除尘后用于制酸。此方法生产能力大、能耗低、脱硫率易控制、环境污染轻且自动化程度高,但精矿含氧化镁一般不得高于8%,且炉料需深度干燥、烟尘率高、炉渣含镍铜量高。
电炉熔炼:在电炉中,有两层熔体,上面是厚1700-1900mm的炉渣层,下层是厚600-800mm的镍锍层。固体物料装入熔池形成料坡,靠电能产生的热量进行熔化及反应,电极插入渣层深度为300-500mm,40%-80%的热量产生于电极-炉渣接触面,其余热量产生于电回路中的渣层。渣池各部分热量不同导致炉渣对流,过热炉渣使料坡下部表面熔化,运动着的炉渣与低温熔化炉料混合后顺流向下沉降,一部分炉渣在电极下端附近被过热后上升至熔池表面,另一部分则继续下降至对流运动薄弱的下层,在此进行镍锍和炉渣的分离。
对于氧化镍矿:
由于氧化镍矿中的镍常以类质同象分散在脉石矿物中且粒度很细,不能用机械选矿方法富集,只能直接冶炼。其冶炼富集方法可分为火法和湿法两大类。火法冶炼:包括还原熔炼镍铁工艺和还原硫化熔炼镍锍工艺。火法冶炼适合处理硅镁镍类型矿,其中还原熔炼镍铁工艺用得最多。根据还原熔炼设备又可分为电熔炉熔炼和鼓风炉熔炼,前者适合处理各种类型的氧化镍矿,生产规模可大可小,对入炉炉料粒度无严格要求,但耗能大;后者投资小、能耗低,适合规模小、电力供应困难且含镍较低的红土矿,但对矿石适应性差,对镁含量有严格要求且不能处理粉矿,对入炉炉料也有严格要求。
湿法冶炼:其冶炼工艺又可分为氨浸工艺、高压酸浸工艺、还原焙烧-酸浸工艺和硫酸化焙烧-水浸工艺等。氨浸工艺只适合处理表层的红土矿,不适合处理含铜和钴高的氧化镍矿;高压酸浸工艺适合处理低镁(铝)高铁类型的红土镍矿-褐铁矿型。湿法冶炼具有能耗低、污染少、质优的优点,但工艺投资大、周期长、复杂且成本较高。此外,镍的提炼方法还包括电解法、羰基化法和氢气还原法等。电解法是将富集的硫化物矿焙烧成氧化物,用炭还原成粗镍,再经电解得到纯金属镍;羰基化法是使镍的硫化物矿与一氧化碳作用生成四羰基镍,加热后分解可得纯度很高的金属镍;氢气还原法是用氢气还原氧化镍来获得金属镍。
镍的冶炼是一个复杂的过程,需要根据矿石的类型和特点选择合适的方法和工艺,同时也需要不断探索和改进技术,以提高镍的产量和质量,满足各行业对镍的需求。随着科技的不断进步,镍的冶炼技术也将不断发展和完善。