冶金百科 | 鎳冶金 - 鎳冶金概述（四）

2023-10-11 10:25:20 來(lái)源：中冶有色技術(shù)網(wǎng)

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簡(jiǎn)介：鎳在吹煉過(guò)程中的行為是怎樣的? 答：鎳的氧化在鐵、鈷之后，硫化性能在鐵、鈷之前，在吹煉前中期大部分鎳以硫化物狀態(tài)存在，少部分被氧化以氧化物狀態(tài)存在并損失于渣中，在吹煉后期當(dāng)鎳锍含鐵降到8%時(shí)，鎳锍中的Ni?S?開(kāi)始劇烈地氧化和造渣，因此，在生產(chǎn)上為了使渣含鎳降低，鎳锍含鐵吹到不低于20%便放渣并接收新的一批鎳锍，如此反復(fù)進(jìn)行，直到爐內(nèi)具有足夠數(shù)量的富鎳锍時(shí)，進(jìn)行篩爐操作，將富鎳锍中的鐵集中吹到2%～4%后放渣出爐，產(chǎn)生含鎳45%~50%的高鎳锍。

鎳在吹煉過(guò)程中的行為是怎樣的?

答：鎳的氧化在鐵、鈷之后，硫化性能在鐵、鈷之前，在吹煉前中期大部分鎳以硫化物狀態(tài)存在，少部分被氧化以氧化物狀態(tài)存在并損失于渣中，在吹煉后期當(dāng)鎳锍含鐵降到8%時(shí)，鎳锍中的Ni?S?開(kāi)始劇烈地氧化和造渣，因此，在生產(chǎn)上為了使渣含鎳降低，鎳锍含鐵吹到不低于20%便放渣并接收新的一批鎳锍，如此反復(fù)進(jìn)行，直到爐內(nèi)具有足夠數(shù)量的富鎳锍時(shí)，進(jìn)行篩爐操作，將富鎳锍中的鐵集中吹到2%～4%后放渣出爐，產(chǎn)生含鎳45%~50%的高鎳锍。

高鎳硫緩冷工序的目的是什么?

答：經(jīng)過(guò)吹煉得到的高鎳锍，其主要成分為鎳、銅金屬硫化物及少量的富含稀貴金屬的鎳、銅、鐵的合金所組成的共熔體。為進(jìn)一步提煉鎳、銅及貴金屬，需要對(duì)高鎳锍的各組成成分進(jìn)行進(jìn)一步的分離。高鎳锍的緩冷就是將轉(zhuǎn)爐產(chǎn)出的高鎳锍熔體注入保溫模內(nèi)，緩冷72h,以使其中的銅锍化物、鎳锍化物和銅鎳合金相分別結(jié)晶，有利于下一步相互分離。

高鎳硫緩冷工序的設(shè)備是什么?

答：緩冷用的鑄?？梢杂?a href="http://www.sc682.com/news_show-6553.html" target="_blank">耐火磚砌筑或用耐熱鑄鐵鑄成，其容量根據(jù)高鎳锍的產(chǎn)量可分為幾種，形狀可為方梯形、圓截錐體等，豎壁內(nèi)表面光滑，高度根據(jù)鑄錠大小、保溫緩冷曲線要求及破碎條件而定，一般為600mm左右。5t以下的鑄錠可在高鎳锍熔體鑄人模內(nèi)并稍微冷卻后，在其中心插入用耐火料裹住的圓銅吊鉤，使其與高鎳锍一起冷卻，便于冷卻后起吊。大的鑄模應(yīng)設(shè)豁口，澆鑄高锍前用黃泥封死，起吊時(shí)取開(kāi)，以便用夾鉗起吊高鎳锍塊。為達(dá)到高鎳锍緩冷的目的，鑄模上還配有保溫蓋，保溫蓋用鋼板焊制，內(nèi)襯保溫材料。

高鎳硫緩冷過(guò)程的降溫秩序是什么?

答：(1)溫度在1200K以上時(shí)，锍鎳中的各組分完全混熔。溫度降到1200K以下時(shí)，Cu?S開(kāi)始結(jié)晶，溫度越低，液相中Cu?S析出得越多，緩冷使Cu?S向于生成粗粒晶體。

(2)熔體降溫到約973K時(shí)，金屬相銅、鎳合金開(kāi)始結(jié)晶。

(3)當(dāng)溫度降到848K時(shí)，Ni₃S₂開(kāi)始結(jié)晶。同時(shí)液態(tài)熔體完全冷固。該溫度點(diǎn)為銅、鎳、硫三元共晶液相的共晶點(diǎn)。此時(shí)，鎳在Cu?S中含量小于0.5%,銅在Ni?S?中含量約6%。

(4)固體溫度降到793K時(shí)，Ni?S₂完成結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，由高溫的β型轉(zhuǎn)化為低溫的β'型。析出部分Cu?S和Cu-Ni合金，銅在β'基體中的含量下降為2.5%,793K也是三元系共晶點(diǎn)。

(5)溫度繼續(xù)下降，Ni?S?相中不斷析出Cu?S和Cu-Ni合金相，直至644K為止。此時(shí)Ni3S?相中含銅小于0.5%。

高鎳锍緩冷作業(yè)的影響因素有哪些?

答：緩冷的質(zhì)量首先取決于要有足夠的冷卻保溫時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)要求保溫時(shí)間為72h;其次，影響緩冷質(zhì)量的因素還有模內(nèi)高鎳锍的冷卻速度、鑄錠的散熱面積鑄錠的質(zhì)量、保溫措施及環(huán)境溫度等。為控制鑄錠的冷卻速度及生產(chǎn)安全，現(xiàn)場(chǎng)鑄模均埋于廠房地表以下。要求保溫罩的隔離效果要好，放到坑上應(yīng)穩(wěn)定，不得有空隙，在冬季應(yīng)加強(qiáng)澆鑄廠房的密封，避免澆鑄廠房有對(duì)流空氣發(fā)生。

什么是磨浮分離法?

答：磨浮分離法是20世紀(jì)40年代才發(fā)展起來(lái)的一種高鎳锍銅鎳分離工藝。由于其成本低、效率高，一經(jīng)問(wèn)世就備受青睞，并發(fā)展成為迄今為止最重要的高鎳锍銅鎳分離方法。其理論依據(jù)是，當(dāng)高鎳锍從轉(zhuǎn)爐倒出時(shí)，溫度由1205℃降至927℃的過(guò)程中，銅、鎳和硫在熔體中還完全混熔;當(dāng)溫度降至920℃時(shí)，硫化亞銅(Cu?S)首先結(jié)晶析出;繼續(xù)冷卻至800℃時(shí)，鉑族金屬的捕收劑——銅鐵鎳合金晶體開(kāi)始析出，β-Ni?S?的結(jié)晶溫度為725℃,且大部分在共晶點(diǎn)(即所有液相全部凝固的最低溫度)575℃時(shí)結(jié)晶出來(lái)，所以總是作為基底礦物以充填的形式分布于枝晶銅礦中。

此時(shí)β-Ni?S?相含銅約6%。固體高鎳锍繼續(xù)冷卻達(dá)到類(lèi)共晶溫度520℃,,S及合金相從固體Ni3S,中擴(kuò)散出來(lái)，其中銅的溶解度下降為約2.5%,至390℃ Ni?S?中的銅的溶解度則小于0.5%,在此溫度以下，即不再有明顯的析出現(xiàn)象發(fā)生。此時(shí)，Cu?S晶體粒徑已達(dá)幾百微米，共晶生成的微粒晶體完全消失，只剩一種粗大的容易解離且易采用普通方法選別的Cu?S晶體。而合金則一般為且自形晶體程度較好，光片中多為自形的六面體或八面體出現(xiàn)，星50~200μm等粒狀，周邊平直，容易單體解離，具延展性和強(qiáng)磁性，采用磁選方法就能予以同收。

磨浮分離法的產(chǎn)物是什么?

答：(1)硫化銅精礦：含銅69%~71%、含鎳3.4%~3.7%,送銅冶煉工序。

(2)硫化鎳精礦：含鎳62%~63%、含銅3.3%～3.6%。經(jīng)焙燒—還原熔煉鑄成金屬鎳陽(yáng)極或直接鑄成硫化鎳陽(yáng)極。

(3)銅鎳合金：含鎳60%,含銅17%和絕大部分貴金屬。經(jīng)磁選后得到一次合金。由于一次合金貴金屬品位較低，須將一次合金配入含硫物料中進(jìn)行硫化熔煉和吹煉，使貴金屬進(jìn)一步富集于二次高鎳锍合金中，以便貴金屬的提取。

什么是鎳的隔膜電解精煉法?

答：鎳電解精煉陽(yáng)極有硫化鎳、粗鎳和鎳基合金三種。其中硫化鎳陽(yáng)極電解工藝占我國(guó)電鎳總產(chǎn)量的90%以上。由于此工藝取消了高鎳锍的焙燒與還原熔煉工藝，從而簡(jiǎn)化了流程，減少了建廠投資和生產(chǎn)消耗。但是硫化鎳陽(yáng)極含硫較高一般含硫20%～25%,含鎳65%~75%),因此電耗大，殘極返回量大，陽(yáng)極板易破裂。同時(shí)由于陽(yáng)極板成分復(fù)雜，雜質(zhì)含量高，因此為獲得高質(zhì)量的電鎳，必須采用有別于其他電解精煉的方法，即隔膜電解法。

所謂隔膜電解就是用帆布制作成一個(gè)袋。陰極放在袋里，陽(yáng)極放在袋外。隔膜袋內(nèi)液面比袋外液面高50～100mm,這樣就可以保證陰極電解液通過(guò)隔膜的濾過(guò)速度大于在電流的影響下銅、鐵等雜質(zhì)離子從陽(yáng)極移向陰極的速度。也就是說(shuō)電解液由陰極區(qū)流向陽(yáng)極區(qū)，從而保證了陰極室內(nèi)電解液的純度。

陽(yáng)極區(qū)的電解液，也稱(chēng)陽(yáng)極液，不斷從電解槽流出，送去凈化，陽(yáng)極液必須進(jìn)行深度凈化后，才能再送到陰極區(qū)一隔膜袋內(nèi)，進(jìn)行電解提鎳。這是由于鎳的平衡電位較負(fù)，難以析出，如果不進(jìn)行深度凈化，存在于電解液中的大部分陽(yáng)離子在陰極區(qū)將與鎳共同析出。造成電鎳含雜質(zhì)高，純度不夠。還需要注意的就是，為了避免H*放電析出，必須控制電解液的酸度。

鎳的電解精煉有什么特點(diǎn)?

答：鎳的電解精煉的特點(diǎn)：隔膜電解，電解液低酸，電解液深度凈化。

鎳電解液凈化的流程是什么?

答：我國(guó)采取的陽(yáng)極液凈化的流程為：首先用空氣將電解液中Fe2⁺氧化Fe3⁺,然后水解沉淀即可除去大部分的鐵，濾渣加H?SO?、Na?CO?、NaClO₃采用黃鈉鐵礬法進(jìn)一步除鐵，所得濾液返回。除鐵后的濾液調(diào)整pH值到3.5以下，加鎳粉除銅。除銅后的濾液用Na?CO?調(diào)整pH值為4.8,再通氯氣作為強(qiáng)氧化劑除鈷，使Co2⁺氧化成Co3⁺,然后水解成氫氧化物沉淀。在氯氣氧化除鈷的同時(shí)，雜質(zhì)鉛、鋅可用共沉淀法脫除，即Pb也被氧化成PbO?,還有部分鎳被化成Ni(OH)₃,PbO?被Ni(OH)₃沉淀吸附除去。鉛、鋅的脫除在我國(guó)也采用離子交換法，即利用在含有較多的CI的溶液中，使Zn2⁺與CI^?結(jié)合生成ZnCl₄²⁺配合物離子，再用陰離子交換樹(shù)脂可將鋅除去，微量的鉛也可同時(shí)除去。