• +7 (495) 730 31 40

    Контакт с администрацией портала

  • Новости

  • Аналитика

  • Публикации

  • Госты

  • Металлургический калькулятор

  • Металлургический справочник

  • Конференции

  • Полезные материалы

  • Списки

  • Индекс цен

  • Индекс цен LME

Металлургия Никеля

Никель – цветной металл, обладающий серебристо-белым оттенком. По своим характеристикам, таким как температура плавления, плотность и теплопроводность, металл схож с железом и кобальтом, и отличается средними показателями активности. При нормальных температурных условиях окружающей среды никель практически не вступает в реакцию с воздухом, но после нагрева до 500 °С наблюдается усиленная активность в виде окисления. В форме порошка никель обладает пирофорностью, то есть может самовоспламеняться на открытом воздухе без нагрева.

Плотность никеля при нормальных условиях равняется 8,902 г/см3, а его температура плавления – 1455 °С.


Технология производства


1. Пирометаллургический метод


Добыча никеля происходит из окисленных никелевых (горные породы второстепенного происхождения) и сульфидных медно-никелевых руд. В рудах, состоящих из тяжёлых металлов с серой, никель является не чем иным, как смесью, схожей с сульфидами железа и никеля (Ni, Fe)S, а порода, пролегающая рядом с границами рудного тела, включает в себя силикаты железа и магния, (сульфида железа) и иных элементов. Эти руды также включают, в процентном соотношении: никель (Ni) – 0,3 – 5,5; медь (Cu) – не превышает 2,5; кобальт (Co) – не превышает 0,2; кроме того, в минимальных объемах встречаются платиноиды (платиновая группа металлов), а также теллур (Te), селен (Se), серебро (Ag), золото (Au).

Зачастую никель входит в сульфидные (включающие соединения тяжёлых металлов и серы) и медно-никелевые руды, включающие мышьяк:

• никелин - соединение меди с никелем и иными примесями, (NiAs));
• хлоантит - бедный мышьяком вид никельскуттерудита, мышьяково-никелевый колчедан,
(Ni, Co, Fe)As2;
• пентландит - соединение сульфида железа с никелем, (Fe, Ni)9S8;
• гарниерит - соединение водных силикатов магния и никеля, (Mg, Ni)6(Si4O11)(OH)6*H2О и иные силикаты;
• пирротит - магнитный колчедан, (Fe, Ni, Cu)S;
• герсдорфит - сульфоарсенид никеля, (NiAsS).

Для создания продукта обогащения (концентрата) медно-никелевой руды, используют флотационные методы. В случае наличия в руде не меньше 4 – 5 % соединения меди с никелем, процесс плавления осуществляется без использования обогащения.

Последовательность метода такова: плавка >> переработка на медь штейна >> очистка >> переплав.

Никель После процесса превращения мелких классов окисленных никелевых руд в куски с требуемыми свойствами, для лучшего использования выплавляют штейн, как правило, в шахтных печах.

Плавление исполняется для перехода никеля в штейн в предельно возможных количествах, а отходов рудной породы – в шлак. Оно считается восстановительным, так как сопровождается использованием большого объема кокса (1/4 – 1/3 часть от объема окускованного рудного концентрата).

 В печь помещают шихту, в состав которой входит гипс или пирит, известняк, кокс, окуксованный рудный концентрат.

Кокс выступает в роли горючего, известняк обеспечивает шлак достаточным количеством оксида кальция, гипс CaSO4*2H2O и пирит FeS2 служат сульфидизаторами, то есть обогащают процесс серой.


Файнштейн – переходное соединение в пирометаллургическом периоде выработки никеля Ni3S2. Образуется он во время переработки на медь штейна.
  
Переработка проводится для получения никелевого файнштейна (Ni3S2 и Ni) применяя способ окисления железа и присоединенной к нему серы. Для этого используют конвертеры горизонтального типа. Для продувки берется воздух.

В результате образуется файнштейн, который подлежит разливанию по изложницам. В него входит, %: никель (Ni) - 76 – 78; сера (S) - 19 – 21; железо (Fe) - 0,2 – 0,4; кобальт (Co) - 0,3 – 0,5. При этом доля меди (Cu) не превышает 2 %.

Перерабатываемый шлак включает в себя, %: оксид кремния (SiO2) - 26 – 30; оксид железа (FeO) - 55 – 60; никель (Ni) - ~1; кобальт (Co) - 0,2 – 0,5. Для удачной вытяжки шлаком кобальта и никеля проводят доизвлечение из него оставшихся ценных компонентов. В результате образуется кобальтовый штейн, включающий в себя 4 – 5 % кобальта (Co) и 24 – 30 % никеля (Ni). Он подлежит отправке на кобальтовом промышленном предприятии, где из него получат кобальт и никель.

Обжигание файнштейна в окислительной среде осуществляется для понижения показателей серы до 0,02 %, а также трансформации никеля в соединение никеля с кислородом (NiO).

Ni3S2+3,5O2=3NiO+2SO2 и Ni+1/2O2=NiO

Соединение никеля с кислородом на выходе включает в себя, %: никель (Ni) - около 78; железо (Fe) - 0,2 – 0,4; медь (Cu) - 0,4; кобальт (Co) - 0,4 – 0,5.

Электрическая плавка восстановления осуществляется для добычи расплавленного никеля из оксида никеля или ранее не полностью восстановленного оксида никеля. Плавление проходит в дуговой сталеплавильной печи посредством теплового эффекта, возникающего в процессе выделения энергии от электрической дуги. В роли шихты используется оксид никеля (NiO), восстановитель в виде малосернистого нефтяного кокса и известняк. Во время плавления шихты совершается восстановление оксида никеля (NiO) при помощи коксового углерода: NiO + C = Ni + CO.


При этом образуется жидкий никель с расщепленным в нем углеродом. По завершении восстановительного процесса осуществляют доводку для избавления от лишнего углерода. Для этого в печь подают оксид никеля, после чего происходит окисление углерода. В этот момент в печь выгружают известняк и проводят наведение известкового шлака, собирающего серу.


Полученный никель в жидком состоянии подвергается гранулированию. Для этого его сливают в бассейн, наполненный водой, получая, таким образом, гранулированный огневой никель (полученный пирометаллургическим процессом). Он состоит из 98,6-процентного никеля, при этом доля углерода составляет свыше 0,1 %, а медь не превышает 0,6 %.

2. Карбонильный метод


В первую очередь из сульфидных руд добывают медно-никелевый штейн. Для этого над ним под большим давлением пропускают монооксид углерода (CO). В результате возникает парообразный тетракарбонилникель (Ni(CO)4). Позже он, в результате распада под действием высоких температур, образует металл.

 Тетракарбонилникель (карбонил никеля), в частности порошковая его форма, имеет максимально возможную чистоту, поэтому считается очень ценным при изготовлении металлокерамики.

Расщепление тетракарбонилникеля под воздействием высоких температур используется не только для извлечения металлического никеля, но и для создания покрытий из никеля. Такой метод является довольно интересным и необычным. К примеру, нить жидкого стекла подается сквозь фильеры в камеру с парами тетракарбонилникеля, где происходит покрытие блестящей пленкой. Нити из стекла, покрытые никелем, являются многообещающим материалом для особого приборостроения и электротехники.


3. Алюмотермический метод


Под таким процессом подразумевают выделение металлов и неметаллов (включая сплавы) методом восстановления их оксидов при помощи алюминия: 3NiO+Al=3Ni+Al2O3.


Использование


Никель является довольно важным связующим компонентом, который добавляют в сталь. Благодаря ему усиливается прочность и, вместе с тем, ее пластичность. Совмещая никель с хромом можно придать стали высокую устойчивость к коррозиям и усилить показатели сохранения ее свойств при воздействии больших и низких температур. Массовое применение обрели хромоникелевые нержавеющие и устойчивые к теплу стали.

 Производство никеля в промышленных масштабах стартовало более века назад, вместе с тем где-то 80 % от всего объема используется для производства легированных сталей и сплавов никеля.

Сплавы

Никель считается самым важным компонентов наибольшего числа сверхпрочных и жароустойчивых сплавов, используемых в космической промышленности и самолетостроении для создания комплектующих к силовым установкам.

Кроме того, созданы сплавы, где объем никеля является наибольшим. К таким можно отнести соединения с кремнием, алюминием, марганцем и хромом. В первую очередь их используют для создания нагревательных элементов. Никель, соединяясь с железом после термического воздействия, придает ему высокую магнитную проницаемость.


Перечень некоторых сплавов:

• монель (до 67 % никеля и до 38 % меди);
• белое золото (платина, палладий или никель придают ему белый оттенок);
• нихром (группа сплавов с содержанием никеля 55 – 78 %);
• пермаллой (обладает магнитно-мягкими характеристиками, создан с сохранением особых физических свойств, с содержанием никеля 45 – 82 %);
• инвар (содержание никеля - 36 %).

 Никелирование – процесс нанесения покрытия из никеля на другой металл для придания ему устойчивости к ржавлению, а также в качестве декоративного напыления.
Никель используется в производстве монет, в протезировании, при изготовлении щелочных аккумуляторов, а также он присутствует в обмотке струн для музыкальных инструментов.

Возврат к списку