冶金百科 | 镍冶金 - 镍冶金概述（四）

2023-10-11 10:25:20 来源：中冶有色技术网

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简介：镍在吹炼过程中的行为是怎样的? 答：镍的氧化在铁、钴之后，硫化性能在铁、钴之前，在吹炼前中期大部分镍以硫化物状态存在，少部分被氧化以氧化物状态存在并损失于渣中，在吹炼后期当镍锍含铁降到8%时，镍锍中的Ni₃S₂开始剧烈地氧化和造渣，因此，在生产上为了使渣含镍降低，镍锍含铁吹到不低于20%便放渣并接收新的一批镍锍，如此反复进行，直到炉内具有足够数量的富镍锍时，进行筛炉操作，将富镍锍中的铁集中吹到2%～4%后放渣出炉，产生含镍45%~50%的高镍锍。

镍在吹炼过程中的行为是怎样的?

答：镍的氧化在铁、钴之后，硫化性能在铁、钴之前，在吹炼前中期大部分镍以硫化物状态存在，少部分被氧化以氧化物状态存在并损失于渣中，在吹炼后期当镍锍含铁降到8%时，镍锍中的Ni₃S₂开始剧烈地氧化和造渣，因此，在生产上为了使渣含镍降低，镍锍含铁吹到不低于20%便放渣并接收新的一批镍锍，如此反复进行，直到炉内具有足够数量的富镍锍时，进行筛炉操作，将富镍锍中的铁集中吹到2%～4%后放渣出炉，产生含镍45%~50%的高镍锍。

高镍硫缓冷工序的目的是什么?

答：经过吹炼得到的高镍锍，其主要成分为镍、铜金属硫化物及少量的富含稀贵金属的镍、铜、铁的合金所组成的共熔体。为进一步提炼镍、铜及贵金属，需要对高镍锍的各组成成分进行进一步的分离。高镍锍的缓冷就是将转炉产出的高镍锍熔体注入保温模内，缓冷72h,以使其中的铜锍化物、镍锍化物和铜镍合金相分别结晶，有利于下一步相互分离。

高镍硫缓冷工序的设备是什么?

答：缓冷用的铸模可以由耐火砖砌筑或用耐热铸铁铸成，其容量根据高镍锍的产量可分为几种，形状可为方梯形、圆截锥体等，竖壁内表面光滑，高度根据铸锭大小、保温缓冷曲线要求及破碎条件而定，一般为600mm左右。5t以下的铸锭可在高镍锍熔体铸人模内并稍微冷却后，在其中心插入用耐火料裹住的圆铜吊钩，使其与高镍锍一起冷却，便于冷却后起吊。大的铸模应设豁口，浇铸高锍前用黄泥封死，起吊时取开，以便用夹钳起吊高镍锍块。为达到高镍锍缓冷的目的，铸模上还配有保温盖，保温盖用钢板焊制，内衬保温材料。

高镍硫缓冷过程的降温秩序是什么?

答：(1)温度在1200K以上时，锍镍中的各组分完全混熔。温度降到1200K以下时，Cu₂S开始结晶，温度越低，液相中Cu₂S析出得越多，缓冷使Cu₂S向于生成粗粒晶体。

(2)熔体降温到约973K时，金属相铜、镍合金开始结晶。

(3)当温度降到848K时，Ni₃S₂开始结晶。同时液态熔体完全冷固。该温度点为铜、镍、硫三元共晶液相的共晶点。此时，镍在Cu₂S中含量小于0.5%,铜在Ni₃S₂中含量约6%。

(4)固体温度降到793K时，Ni₃S₂完成结构转化，由高温的β型转化为低温的β'型。析出部分Cu₂S和Cu-Ni合金，铜在β'基体中的含量下降为2.5%,793K也是三元系共晶点。

(5)温度继续下降，Ni₃S₂相中不断析出Cu₂S和Cu-Ni合金相，直至644K为止。此时Ni3S₂相中含铜小于0.5%。

高镍锍缓冷作业的影响因素有哪些?

答：缓冷的质量首先取决于要有足够的冷却保温时间，现场要求保温时间为72h;其次，影响缓冷质量的因素还有模内高镍锍的冷却速度、铸锭的散热面积铸锭的质量、保温措施及环境温度等。为控制铸锭的冷却速度及生产安全，现场铸模均埋于厂房地表以下。要求保温罩的隔离效果要好，放到坑上应稳定，不得有空隙，在冬季应加强浇铸厂房的密封，避免浇铸厂房有对流空气发生。

什么是磨浮分离法?

答：磨浮分离法是20世纪40年代才发展起来的一种高镍锍铜镍分离工艺。由于其成本低、效率高，一经问世就备受青睐，并发展成为迄今为止最重要的高镍锍铜镍分离方法。其理论依据是，当高镍锍从转炉倒出时，温度由1205℃降至927℃的过程中，铜、镍和硫在熔体中还完全混熔;当温度降至920℃时，硫化亚铜(Cu₂S)首先结晶析出;继续冷却至800℃时，铂族金属的捕收剂——铜铁镍合金晶体开始析出，β-Ni₃S₂的结晶温度为725℃,且大部分在共晶点(即所有液相全部凝固的最低温度)575℃时结晶出来，所以总是作为基底矿物以充填的形式分布于枝晶铜矿中。

此时β-Ni₃S₂相含铜约6%。固体高镍锍继续冷却达到类共晶温度520℃,,S及合金相从固体Ni3S,中扩散出来，其中铜的溶解度下降为约2.5%,至390℃ Ni₃S₂中的铜的溶解度则小于0.5%,在此温度以下，即不再有明显的析出现象发生。此时，Cu₂S晶体粒径已达几百微米，共晶生成的微粒晶体完全消失，只剩一种粗大的容易解离且易采用普通方法选别的Cu₂S晶体。而合金则一般为且自形晶体程度较好，光片中多为自形的六面体或八面体出现，星50~200μm等粒状，周边平直，容易单体解离，具延展性和强磁性，采用磁选方法就能予以同收。

磨浮分离法的产物是什么?

答：(1)硫化铜精矿：含铜69%~71%、含镍3.4%~3.7%,送铜冶炼工序。

(2)硫化镍精矿：含镍62%~63%、含铜3.3%～3.6%。经焙烧—还原熔炼铸成金属镍阳极或直接铸成硫化镍阳极。

(3)铜镍合金：含镍60%,含铜17%和绝大部分贵金属。经磁选后得到一次合金。由于一次合金贵金属品位较低，须将一次合金配入含硫物料中进行硫化熔炼和吹炼，使贵金属进一步富集于二次高镍锍合金中，以便贵金属的提取。

什么是镍的隔膜电解精炼法?

答：镍电解精炼阳极有硫化镍、粗镍和镍基合金三种。其中硫化镍阳极电解工艺占我国电镍总产量的90%以上。由于此工艺取消了高镍锍的焙烧与还原熔炼工艺，从而简化了流程，减少了建厂投资和生产消耗。但是硫化镍阳极含硫较高一般含硫20%～25%,含镍65%~75%),因此电耗大，残极返回量大，阳极板易破裂。同时由于阳极板成分复杂，杂质含量高，因此为获得高质量的电镍，必须采用有别于其他电解精炼的方法，即隔膜电解法。

所谓隔膜电解就是用帆布制作成一个袋。阴极放在袋里，阳极放在袋外。隔膜袋内液面比袋外液面高50～100mm,这样就可以保证阴极电解液通过隔膜的滤过速度大于在电流的影响下铜、铁等杂质离子从阳极移向阴极的速度。也就是说电解液由阴极区流向阳极区，从而保证了阴极室内电解液的纯度。

阳极区的电解液，也称阳极液，不断从电解槽流出，送去净化，阳极液必须进行深度净化后，才能再送到阴极区一隔膜袋内，进行电解提镍。这是由于镍的平衡电位较负，难以析出，如果不进行深度净化，存在于电解液中的大部分阳离子在阴极区将与镍共同析出。造成电镍含杂质高，纯度不够。还需要注意的就是，为了避免H*放电析出，必须控制电解液的酸度。

镍的电解精炼有什么特点?

答：镍的电解精炼的特点：隔膜电解，电解液低酸，电解液深度净化。

镍电解液净化的流程是什么?

答：我国采取的阳极液净化的流程为：首先用空气将电解液中Fe²⁺氧化Fe³⁺,然后水解沉淀即可除去大部分的铁，滤渣加H₂SO₄、Na₂CO₃、NaClO₃采用黄钠铁矾法进一步除铁，所得滤液返回。除铁后的滤液调整pH值到3.5以下，加镍粉除铜。除铜后的滤液用Na₂CO₃调整pH值为4.8,再通氯气作为强氧化剂除钴，使Co²⁺氧化成Co³⁺,然后水解成氢氧化物沉淀。在氯气氧化除钴的同时，杂质铅、锌可用共沉淀法脱除，即Pb也被氧化成PbO₂,还有部分镍被化成Ni(OH)₃,PbO₂被Ni(OH)₃沉淀吸附除去。铅、锌的脱除在我国也采用离子交换法，即利用在含有较多的CI的溶液中，使Zn²⁺与CI^⁻结合生成ZnCl₄²⁺配合物离子，再用阴离子交换树脂可将锌除去，微量的铅也可同时除去。