第九次课 镍冶金 - 副本.ppt

镍 冶 金 Nickel Metallurgy （3学时） 镍的性质 镍的主要化合物的性质 镍的用途及其消费量 炼镍原料及资源 镍的提取方法 一、镍的性质 镍是元素周期表中第Ⅷ族的元素，其在元素周期表中的位置决定了镍及其化合物的一系列物理化学特性，镍的许多物理化学特性与钴、铁近似；由于与铜比邻，因此在亲氧和亲硫性方面又较接近铜。 1、物理性质 镍是一种银白色的金属，其物理性质与金属钴、铁有相当一致的地方。物理性质特点为 熔点较高，不挥发 有磁性，是许多磁性物料（由高导磁率的软磁合金至高矫顽力的永磁合金）的主要组成部分，其含量常为10~20% 。 有五种稳定的同位素 2、化学性质 A.在大气中不易生锈以及能抵抗苛性碱的腐蚀。 大气实验结果，99%纯度的镍在20年内不生锈痕，无论在水溶液或熔盐内镍抵抗苛性碱的能力都很强，在50%沸腾苛性钠溶液中每年的腐蚀性速度不超过25微米，对盐类溶液只容易受到氧化性盐类（如氯化高铁或次氯酸铁盐）的侵蚀。镍能抵抗所有的有机化合物。 B.在空气中或氧气中，镍表面上形成一层NiO薄膜，可防止进一步氧化，含硫的气体对镍有严重腐蚀，尤其在镍与硫化镍Ni3S2共晶温度在643℃以上时更是如此。在500℃以下时镍对于氯气无显著作用。 二、镍的主要化合物的性质 在自然界里镍的化合物有三种基本形态 1：镍的氧化物 2：镍的硫化物 3：镍的砷化物 羰基镍 1、镍的氧化物 镍有三种氧化物：即氧化亚镍（NiO），四氧化三镍（Ni3O4）及三氧化二镍（Ni2O3）。 三氧化二镍仅在低温时稳定，加热至400~450℃，即离解为四氧化三镍，进一步提高温度最终变成氧化亚镍。因此，不稳定的三氧化二镍常作为较负电金属（如Co、Fe）的氧化剂，用于镍电解液净化除Co之用。 氧化亚镍的熔点为1650~1660℃，很容易被C或CO所还原。氧化亚镍具有触媒作用，可使SO2转变为SO3，氧化亚镍能溶于硫酸、亚硫酸、盐酸和硝酸等溶液中形成绿色的两价镍盐。当与石灰乳发生反应时，即形成绿色的氢氧化镍（Ni(OH) 2）沉淀。 2、镍的硫化物 镍的硫化物有：NiS2、NiS5、Ni3S2、NiS。 硫化亚镍（NiS）在高温下不稳定，在中性和还原气氛下受热时按下式离解：3NiS = Ni3S2 + 1/2S2在冶炼温度下，低硫化镍（ Ni3S2 ）是稳定的，其离解压比FeS小，但比Cu2S大。 3、镍的砷化物 镍的砷化物有砷化镍（NiAs）和二砷化三镍（Ni3As2）。 前者在自然界中为红砷镍矿，在中性气氛中可按下式离解：3NiAs = Ni3As2+As在氧化气氛中红砷镍矿的砷一部分形成挥发性的As2O3，一部分则形成无挥发性的砷酸盐（NiO?As2O3）。因此，为了更完全地脱砷，在氧化焙烧后还必须再进行还原焙烧，使砷酸盐转变为砷化物，进一步氧化焙烧中再使砷呈As2O3形态挥发，即进行交替的氧化还原焙烧以完成脱砷过程。 4、羰基镍 三、镍的用途 镍是一种用途广泛的金属，大量的镍是用在各种类型不锈钢、软磁合金和合金结构钢的生产上。概括起来镍的用途可分为六类： a.作金属材料，包括制作不锈钢，耐热合金钢和各种合金等3000多种，占镍消费量的70%以上。 b. 用于电镀，其用量约占镍消费量的15%。主要用在钢材及其他金属材料的基体上覆盖一层耐用、耐腐蚀的表面层，其防腐性能要比镀锌层高20~15%。 c. 在石油化工的氢化过程中作催化剂。在煤的气化过程中，当用CO和H2合成甲烷时发生下列反应：CO + 3H2 →CH4 + H2O（温度800℃、催化剂）。常用的催化剂为高度分散在氧化铝基体上的镍复合材料(Ni25~27%)。这种催化剂不易被H2S、SO2所毒化。 d.用于用作化学电源，是制作电池的材料。如工业上已生产的Cd-Ni、Fe-Ni、Zn-Ni电池和H2-Ni密封电池。 e.制作颜料和染料。其最主要的是组成黄橙色颜料。 f.制作陶瓷和铁素体。如陶瓷上常用NiO作着色剂添加还能增加料坯与铁素体间的粘结性，并使料坯表面光洁致密。 镍在地壳中的含量估计约为0.02%，相当于铜、铅、锌三种金属加起来的两倍之多，但富集成可供开采的镍矿床则廖廖无几。炼镍原料按冶炼方法不同而略有差异，但无论是镍的何种矿物，大多都必须经过选矿得到镍精矿才能用来冶炼。 镍矿通常分为三类：即硫化镍矿、氧化镍矿和砷化镍矿。砷化镍矿的含镍矿物为红镍矿（NiAs）、砷镍矿（NiAs2）、辉砷镍矿(NiAsS)，此类矿物只有北非摩洛哥有少量产出。现代镍的生产约有70%产自硫化镍矿，30%产自氧化镍矿。 1.镍的硫化矿石 自然界广泛存在的镍硫化矿是（Ni，Fe）S，比重为5