nikel (682908), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Выделенный из штейна сплав никеля с железом перерабаты­вается карбонильным методом на чистый никель или непосред­ственно применяется для производства стали и сплавов, содержа­щих никель. При применении этого способа переработки медно-никелевого штейна исключается сложная операция полу­чения файнштейна и последующего его передела на никель.

ПЕРЕРАБОТКА ФАЙНШТЕЙНА

Известными методами переработки файнштейна являются: 1) метод Орфорда, основанный на расслаи­вании меди никелевого файнштейна и расплаве с сульфидом натрия и разделении двух слоев, обогащенных медью, с одной стороны, и никелем — с другой; 2) метод Хибинетта, основанный на избирательном выщелачивании меди серной кислотой из обожженного медно-никелевого файнштейна; 3) метод Монда, состоящий из операции отделения никеля от меди и других примесей путем образования легколетучего карбонила никеля; 4) ме­тод совместного окисления файнштейна н соответствующих окислов никеля и меди с последующим их восстановлением н получением промышленного сплава типа монель.

Теоретической основой процесса Орфорда является различное поведение сульфидов никеля н меди но отношению к сульфиду натрия. Тройная система этих сульфидов Na₂S—Ni₃S₂—Cu₂S . характеризуется расслаиванием. При кристаллизации сплавов подобной системы образуется два слоя: одни более легкий (так называемый «топ»), обогащенный сульфидами меди н натрия (с примесью сульфида никеля), и другой более тяжелый (так назы­ваемый «боттом»), состоящий из сульфида никеля с некоторым количеством сульфидов меди и натрия.

В верхнем слое (в топе) концентрируется около 90% меди, а в нижнем слое (в боттоме) остается около 96% никеля. Это разделение на два слоя — обогащенный сульфидом меди (верхний слой) и обогащенный сульфидом никеля (нижний слои)— вытекает из характера диаграммы состояния двойных систем сульфидов Ni₃S₂—Na₂S, Ni₃S₂—Cu₂S, Cu₂S—Na₂S и составленной из этих двойных систем тройной системы Ni₃S₂—Cu₂SNa₂S. Благодаря ограниченной смешиваемости в двойной системе Ni₃S₂—Na₂S в тройной системе появляется значительная область существова­ния двух несмешивающихся слоев.

В практике применения процесса Орфорда вместо сернистого натрия применяют смесь более дешевых сульфата и бисульфата натрия с углем. При разделительной плавке сульфидов никеля и меди в шахтных печах эта смесь восстанавливается до сульфида натрия, вступающего во взаимодействие с файл штейном. В медно-никелевых рудах часто присутствует значительное количество железа, которое, переходя в шлак, увлекает до 80% исходного кобальта. Поэтому такие шлаки не направляются в отвал, а ис­пользуются в качестве исходного сырья для извлечения из них этого ценного металла. Степень извлечения никеля в файнштейн составляет 85—87%; в шлаке его остается от 0,6 до 1,2%.

Кобальт и никель в конверторных шлаках увлекаются глав­ным образом магнетитом, файялитом и сульфидами, а медь — преимущественно сульфидами. В магнетите медь почти отсутству­ет; в файялите ее примерно в 2—3 раза меньше по сравнению с содержанием никеля и кобальта; больше всего содержится меди в сульфидной составляющей шлака. Сульфиды представлены в шла­ках в виде обогащенной медно-никелевой сульфидной составляю­щей (с незначительным содержанием в них железа).

Знание химического и минерального состава и физико-хими­ческой природы шлаков имеет большое значение для характерис­тики распределения кобальта, никеля и меди и выбора рациональных путей их извлечения из шлаков.

В медно-никелевой промышленности широко используется кислород как в пиро-, так и в гидрометаллургии.

Описано применение электрохимической технологии для очист­ки сточных вод, содержащих никель. На комбинате «Североникель» применяется электролитическая флотация.

Отработан автоматический метод разливки файнштейна в тонкие слитки с последующей термической обработкой но заданному режиму охлаждения. Внедрение этого метода на комбинате «Североникель» позволило улучшить качество файнштейна.

Драгоценные металлы — серебро и частично золото — пере­ходят в топ, так как серебро, золото и сульфид серебра легко растворяются в сульфиде и металлической меди. Металлы плати­новой группы благодаря хорошей растворимости в никеле в основ­ном концентрируются в боттоме. Серебро и золото при бессемеро­вании топа переходят в черновую медь и при рафировании меди электролизом переходят в шлаки, а металлы платиновой группы также переходят в шлам при электрической рафинировке никеля. Эти шламы подвергаются аффинажу с целью извлечения из них всех ценных металлов. В шламе содержится ~42—43% никеля и меди; в нем же сосредоточены основные металлы платиновой группы, серебро и золото. Схема переработки таких шламов разработана Звягинцевым.

Второй боттом разделительной плавки, в котором сконцент­рирован главным образом никель после надлежащего выщелачивания для удаления сульфида натрия и железа подвергается обжигу с получением закиси никеля, а закись никеля потом восстанавливается с коксом или древесным углем в отражательной печи или электропечи.

Восстановленный никель имеет состав (%): 95 Ni; 2—2,5 Сu, 0,75 Fe, 0,75 S. Жидкий черновой металл отливается в виде анодов, которые поступают на электролиз для получения рафинированно­го катодного никеля.

Метод Хибипетта основан па избирательном выщелачивании раствором серной кислоты значительной части меди из обожжен­ного медно-никелевого файнштейна. Этот процесс разработан и нашел наибольшее применение в Норвегии.

Первая операция по этому методу заключается в обжиге файнштейна для перевода сульфидов меди н никеля в окислы. Обжиг измельченного файнштейна производится в многоподовой печи до содержания серы ~1%. После размельчения обожженный продукт подвергается выщелачиванию отработанным электроли­том медного электролизного процесса с содержанием 60 г/л Н₂SO₄ и 20 г/л Сu. При выщелачивании в раствор переходит значительная часть меди (от 30 до 70 %) и в остатке медь составляет около ¹/3 от содержания никеля.

Для объяснения неполного выщелачивания меди при условий различной растворимости окислов меди и никеля в данной концентрации серной кислоты Уразов исследовал взаимодействие системы CuO—NiO при высоких температурах. В результате исследования установлено, что в системе CuO—NiO образуются ограниченные твердые растворы этих окислов. Точные пределы их взаимной растворимости в работе не установлены; авторы считают, что этот предел должен отвечать молекулярному отно-шению CuO : NiO == 1 : 4, т. с. примерно тому, что отвечает предельному содержанию окиси меди, ниже которого смесь NiO с CuO не подвергается выщелачиванию в 10%-ном растворе Н₂SO₄.

Остаток от выщелачивания с примерным содержанием 55—56%-Ni и 15—20% Сu подвергается переплавке с древесным углем в электропечи; получается сплав, содержащий 80% Ni, 18% Сu, 0,2—0,3% Fе н немного меньше 1% S. Из этого сплава отливают аноды, которые поступают на дальнейшую рафинировку методом электролиза для получения катодного никеля.

Отделение никеля от меди и других примесей карбонильным методом основано на образовании легколетучего карбонила ни­келя. Это соединение легко образуется при взаимодействии порошка никеля с окисью углерода, оно летуче при температуре 43° С, а при температуре выше 180—200° С разлагается на никель и окись углерода.

В отличие от никеля, медь не образует карбонила меди, а карбонил железа Fe(CO)₅ образуется только при 150—200° С; он устойчив при более высоких температурах, чем карбонил никеля. Карбонилы кобальта Со(СО)з и Сo(СО)₄ образуются только при большом давлении, а в нормальных условиях неустойчивы.

Таким образом, замечательная реакция образования легко­летучего карбонила никеля, впервые открытая в 1889 г. Мондом и Лангером, легла в основу карбонильного метода разделе­ния и получения никеля, названного методом Монда—Лангера. Первоначально этим методом перерабатывался непосредственно медно-никелевый файнштейн, для чего он обжигался и подвергался выщелачиванию меди сернокислотным раствором. Остаток от этого выщелачивания восстанавливался водяным газом при тем­пературе 350—400° С, и получаемый порошкообразный никель подвергался в особой башне при температуре 50—80° С взаимо­действию с окисью углерода. Образовавшийся при этом карбонил никеля отгонялся в другую башню для разложения карбонила. Сейчас этим методом перерабатывается второй боттом раздели­тельной плавки файнштейна.

Измельченный боттом подвергается вначале выщелачиванию для отмывки от сульфида натрия, а затем обжигается до содержа­ния серы ~1%. Обожженный продукт поступает на восстановлен ние. Восстановительная башня напоминает высокую многоподовую обжиговую печь, состоящую из 21 секции. Восстановление осуществляется генераторным газом при 350—400° С. Окись углерода, получаемая путем соответствующей очистки отработанных восстановительных газов, используется для реакции образования карбонила никеля. Для этого служит так называемая реакцион­ная башня. Полученный карбонил никеля, проходя через фильтры, очищается и поступает в башню для разложения; там он разлагается и образуется порошкообразный никель.

Получаемый этим методом металл имеет следующий состав (вес.%): 99,4-99,8 Ni; 0,01-0,1 Fe; 0,02-0,1 Со; 0,01-0,3 Cu; 0,01—0,1 Si; 0,03—0,2 С и 0,002 S. Этот метод позволяет получить

чистый никель с незначительным содержанием примесей (кроме углерода), присутствующих в металле в количестве до 0,20%. Металл такого состава применяется для получения сплавов никеля.

Метод совместного окисления файнштейна и восстановления окислов никеля и меди обеспечивает получение стандартного сплава, называемого монель-металлом, нашедшего широкое при­менение в промышленности. Монель-металл — это сплав ~67% Ni с 28% Сu, содержащего ~5% примесей. Для получения по­добных сплавов специально подбирают составы файнштейнов, примерно отвечающие составам получаемого сплава. Такой файнштейн в измельченном виде предварительно подвергается окисли­тельному обжигу до полного удаления серы.

Обожженный материал смешивают с древесным углем и прово­дят восстановительную плавку в отражательной печи или в электропечи. После полного расплавления сплав выпускают их печи в ковш, где его раскисляют металлическим магнием и разливают в изложницы. Метод весьма прост и дешев.

ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО НИКЕЛЯ

Металлический никель получают различными способами в зависимости от того, для какой цели предназначается, этот ме­талл. Существует ряд методов, основанных на переработке его окислов или солей при высоких температурах: восстановление водородом, окисью углерода или углеродом или электролиз рас­плавов. Этим путем получают основную массу никеля, которая по­требляется в металлургии.

Для получения особо чистого металла используется реакция, основанная на диссоциации карбонила никеля, который испаря­ется и разлагается на никель и окись углерода при сравнительно невысоких температурах.

В данном реферате рассмотрю лишь выде­ления металлического никеля электролизом из расплавов и, осо­бенно, из растворов его солей.

Если же требуется провести никелировку других металлов для защиты от коррозии или с целью украшения, никель выде­ляют преимущественно электролизом растворов хлорида, сульфа­та, нитрата или других солей.

При электролизе расплавов применяют окись никеля, но в основном хлористый никель с различными добавками. Найдено, что при электролизе хлорида никеля можно получить блестящий никелевый порошок, если вести процесс в присутствии, хлористо­го калия или его смеси с хлористым натрием. При этом реакция идет при 600° С. Если же добавить в расплав хлориды лития и калия, то температура реакции понижается до 450° С. Найдено, что в случае эвтектической смеси этих хлоридов и при несколько повышенной температуре, наряду с крупными кристаллами ме­таллического никеля появляются очень мелкие кристаллики. Их число особенно сильно возрастает начиная с 540° С, а при 600° С — все кристаллики очень мелкие.

При 700° С и плотности тока в 0,03 а/дм² никель можно выде­лить из расплава, в котором имеется 30 мол.% фтористого нат­рия и 70 мол.% йодистого натрия. При этой же плотности тока для извлечения никеля электролизом были использованы распла­вы его хлорида в смесях фторидов натрия и калия, фтористого и йодистого калия, фторидов натрия и алюминия, наконец, фтори­дов натрия и бария. Никель выделялся из этих расплавов при температурах порядка 730—800° С. Однако присутствие солей алюминия приводит к образованию серых, а иногда и черных осадков.

Для никелировки применяется в основном электролиз никеля из растворов его солей, чаще всего хлорида или сульфата в смеси с другими солями. Хлористый никель давно применяется для этой цели. Он особенно хорош в тех случаях, когда нужно бы­стро провести никелировку. Оптимальная концентрация никеля ~23% при температуре ~15° С; остальные примеси не должны превышать 2%. Большая растворимость в воде и высокая элект­ропроводность раствора приводят к меньшему расходу электри­ческой энергии: экономия на токе достигает 50% по сравнению с другими солями.

Характеристики

Список файлов реферата