鎳鐵冶金技術及設備.doc

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1、鎳鐵冶金技術及設備前言：就陸地資源而言，鎳的礦物資源主要是硫化鎳礦和氧化鎳礦。人們從硫化鎳礦中提取鎳金屬的歷史已久，工藝成熟。但地球上硫化鎳礦資源日益枯竭，因而開發(fā)利用氧化鎳礦已成為當今世界鎳金屬提取業(yè)的主流。從氧化鎳礦中提取鎳金屬有火法和濕法之分，前者一般采用電爐或高爐生產(chǎn)線。1.鎳冶金概述1.1鎳礦資源全世界鎳的礦物資源主要有硫化鎳礦、氧化鎳礦和深海底含鎳錳結核三種。陸地資源中氧化鎳礦約占65%，硫化鎳礦約占35%，海底含鎳錳結核則是潛在的巨大鎳資源。硫化鎳精礦一般伴生有銅、鈷、金、銀和鉑族金屬等，在冶煉過程中可以綜合回收。氧化鎳礦主要分為鎂質硅酸鹽型、褐鐵礦型和中間型三

2、大類，可綜合回收的成分只有鈷和鐵。1.2鎳的性質及用途鎳是元素周期表中第Ⅷ族的元素，其在元素周期表中的位置決定了鎳及其化合物的一系列物理化學性質與鈷，鐵相似，在親硫和親氧性方面接近于銅。29鎳是一種銀白色金屬,原子序數(shù)為28,相對原子質量為58.71,熔點為(1453±1)℃,沸點為2732℃,其在不同條件下的密度如下表1-1所示。表1-1鎳的密度條件20℃1453℃1500℃鑄鎳電解鎳鎳丸化學純密度/g·8.9087.97.768.88.98.49.04（±0.03）鎳的化合物在自然界里有三種形態(tài)，即鎳的氧化物、硫化物和砷化物。其氧化物有氧化亞鎳（NiO）、四氧化三鎳（Ni

3、3O4）及三氧化二鎳（Ni2O3）。三氧化二鎳僅在低溫時穩(wěn)定，加熱至400-450℃，則離解為四氧化三鎳，進一步升溫則變?yōu)檠趸瘉嗘?。氧化亞鎳的熔點為1650-1660℃，很容易被C或CO還原。氧化亞鎳與CO和FeO一樣，可形成NiO·SiO2和2NiO·SiO2兩類硅酸鹽化合物，但NiO·SiO2不穩(wěn)定。氧化亞鎳能溶于硫酸、亞硫酸、鹽酸和硝酸等溶液中，形成綠色的兩價鎳鹽。概況起來鎳的用途可分為六類：（1）制作金屬材料。包括制作不銹鋼、耐熱合金鋼和多種鎳合金等約3000余種金屬材料，約占消費總量的70%以上。（2）用于電鍍。其用量約占鎳總消費量的15%。（3）在石油化工的氫化過

4、程中作催化劑。在煤氣化過程中，專用CO和H2合成甲烷時發(fā)生下列反應：CO+H2→CH4+H2O（溫度800℃加催化劑），常用的催化劑為高度分散在氧化鋁基體上的鎳復合材料（25%-27%），這種催化劑不易被H2S、SO229等毒化。（1）用作化學電源，是制作電源的材料。如在工業(yè)上已生產(chǎn)的Cd-Ni、Fe-Ni、Zn-Ni電池和H2-Ni密封電池。（2）制作顏料和染料。其最主要的是組成黃橙色顏料，該顏料由TiO2、NiO和Sb2O3的混合料在800℃以下煅燒而成，覆蓋能力強，具有金紅石或尖晶石結構，故化學性質穩(wěn)定。（3）制作陶瓷和鐵素體。如陶瓷工業(yè)上用NiO作著色劑，此外，還能增

5、加料坯與鐵素體間的黏結性，并使料坯表面光潔致密。鐵素體是一種較好的陶瓷材料，主要用于高頻電氣設備。2.鎳鐵冶煉用耐火材料耐火材料是能滿足高溫條件下使用的無機非金屬材料，如熱工設備中的內襯結構材料，高溫容器內襯材料，高溫裝置中的元件、部件材料等。冶金對耐火材料的性能要求非常嚴格，即耐火度要高，高溫強度要好，能經(jīng)受熔渣、金屬液的侵蝕和急劇的溫度變化，有的還要求其在高真空和高溫下不揮發(fā)或不發(fā)生分解，可以說，冶金工業(yè)的發(fā)展與耐火材料工業(yè)的進步是密不可分的。按其原料的化學性質，耐火材料可分為堿性、酸性和中性三類。堿性耐火材料的主要成分是MgO和CaO；酸性耐火材料的主要成分為SiO2；

6、中性耐火材料分為Al2O3質、C質和SiC質等，耐火材料成分如表2-1所示。29表2-1耐火材料的分類分類耐火材料名稱主要原料主要成分酸性耐火材料黏土質耐材耐火黏土SiO2+Al2O3硅質耐材石英巖、硅石SiO2石英玻璃——SiO2中性耐火材料高鋁質耐材鋁礬土、藍晶石Al2O3+SiO2剛玉質耐材工業(yè)鋁氧、電熔剛玉Al2O3碳質耐材炭素材料、石墨C碳化硅質耐材碳化硅SiC堿性耐火材料鎂質耐材菱鎂礦、海水鎂礦MgO鎂碳質耐材高級鎂砂、石墨MgO、C白云石質耐材白云石CaO+MgO石灰質耐材石灰、化學純碳酸鈣CaO按照使用溫度，可分為普通耐火制品（耐火度為1580-1770℃）、

7、高級耐火制品（耐火度為1770-2000℃）、特級耐火制品（耐火度大于2000℃）。耐火材料具有如下重要性質：（1）耐火度和荷重軟化點。耐火度是材料在高溫下抵抗熔化的性能，耐火度是衡量硅酸鋁系耐火材料品質的一個重要指標。熔點是純物質的固液相平衡溫度，耐火度是低于純物質熔點的。耐火材料在使用時都承受一定負荷，如果耐火材料受熱后變形，爐體必然損壞，因此荷重軟化點是耐火材料的另一個重要質量指標。（2）高溫抗折強度。高溫強度大的磚，其抗渣性能必然好，抗急冷急熱變化的能力也強，因此高溫抗折強度成為許多耐材特別是堿