题目

我现在氧化镍怎样能还原成金属镍

提问时间：2021-03-11

答案

镍的冶炼一般方法：
①电解法.将富集的硫化物矿焙烧成氧化物,用炭还原成粗镍,再经电解得纯金属镍.
②羰基化法.将镍的硫化物矿与一氧化碳作用生成四羰基镍,加热后分解,又得纯度很高的金属镍.
③氢气还原法.用氢气还原氧化镍,可得金属镍.
氧化镍矿的冶炼提取方法,可分为火法和湿法两大类.前者又可分为镍铁法和造硫熔炼法,后者有还原焙烧—常压氨浸法和加压酸浸法.
1 火法冶炼工艺
硅镁镍矿通常采用火法冶金工艺处理.火法主要有两种：一种是用鼓风炉或电炉还原熔炼得到镍铁,又称镍铁法；另一种是添加硫化剂进行硫化熔炼生产镍硫,又称镍锍法.
镍铁法是采用电炉熔炼,可以达到较高的温度,炉内的气氛也比较容易控制.但为了保证矿石处理的经济性,通常要求矿石达到一定品位,所以在开始熔炼前,首先需对矿石进行筛选,排除风化程度低,品位低的矿石.炉料需预先在回转窑中干燥脱水,在700～800℃条件下进行预焙烧.所得焙砂与粒度在10～30mm的挥发性煤混合一起加入电炉进行还原熔炼,产出粗镍铁合金.在电炉还原熔炼的过程中几乎所有镍和钴的氧化物都被还原成金属,而铁则不必全部还原成金属,铁的还原程度可通过还原剂的加入量加以调节.粗镍铁合金再经过精炼产出成品镍铁合金,镍铁合金主要供生产不锈钢,其生产工艺原则流程,如图XX所示.采用该法生产镍铁合金的工厂主要有法国的新喀里多尼亚多尼安博冶炼厂、哥伦比亚塞罗马托莎厂和日本住友公司的八户冶炼厂,镍铁产品中含镍20～30%,全流程回收率为90～95%,钴进入合金.
此外硅镁镍矿也可以采用外加硫化剂的方法进行硫化熔炼得到镍锍,石膏是最常用的硫化剂.造锍熔炼一般在鼓风炉中进行,也可以用电炉.镍锍的成分可以通过还原剂(焦粉)和硫化剂(石膏)的加入量加以调整.得到的低镍锍(通常含Ni+Co=20~30%)再送到转炉中吹炼成高镍锍.
生产高镍锍的工厂主要有印度尼西亚的苏拉威西梭罗阿科冶炼厂.高镍锍产品一般含镍79%,含硫19.5%.全流程镍回收率70～85%.
火法工艺主要应用于处理硅镁镍矿,适合于处理镍含量>1%,铁含量30%左右,钴含量低的红土镍矿.其最大特点是处理工艺简单,流程短.缺点是钴也进入镍铁合金或镍锍中,失去了钴应有的价值.
2 湿法冶炼工艺
褐铁矿类型的红土镍矿和含MgO比较低的硅镁镍矿通常采用湿法冶金工艺处理.湿法主要形成了两种工艺,一种是还原焙烧—氨浸工艺(简称RRAL),另一种是加压酸浸工艺(简称HPAL).近年来,红土镍矿的湿法冶金技术有了很大的发展,特别是加压浸出技术和各种溶剂萃取技术.
RRAL工艺由Caron教授发明,又称为Caron流程,适合于处理含镁较高(MgO>10%),含镍1%左右的硅酸盐型红土矿,基本流程是还原焙烧—氨浸.还原焙烧的目的是使硅酸镍和氧化镍最大程度地还原成金属,同时控制还原条件,使Fe还原成Fe3O4.焙砂中的镍、钴采用氨性溶液浸出,浸出渣中的铁可以通过磁选回收.
古巴尼加罗(Nicaro)冶炼厂是最早使用还原焙烧—氨浸工艺回收低品位红土镍矿中镍、钴的冶炼厂,还原焙烧在多膛式反射炉中进行,流程见图XX.为了防止湿料在焙烧过程中结团,在焙烧之前用回转窑干燥,除去95%的水分,其还原焙烧时间为90min,还原气体由煤气发生器供给,控制炉膛底部还原气氛CO/CO2或H2/H2O为1：1,焙烧温度730～760℃.焙砂在还原气氛下冷却至150℃左右后,在含NH3 6.5%,CO2 3.5%,Ni 1%的碳铵溶液(ACC溶液)中淬冷.浸出过程在鼓空气浸出槽中进行,金属镍、钴浸出进入溶液并形成镍、钴氨络离子.除铁后液直接蒸氨,得碱式碳酸镍,煅烧得到最终产品NiO.在此,氧化镍产品中含有大量钴,这种氧化镍产品即不符合各种镍合金生产要求,钴的回收率又非常低,只有40%左右.
鉴于Nicaro冶炼厂钴没有得到充分利用的缺陷,Caron法在相继建成的澳大利亚昆士兰州Townsville镍冶炼厂和菲律宾的Marinduque冶炼厂分别得到了相应改进.
在Towsville 镍冶炼厂,还原焙烧设备使用层式Herreschoff还原焙烧炉,入料前混入矿重4%的重油.在燃烧室内还原气体将逐层向下走的物料加热至焙烧温度760℃.淬冷后在ACC体系溶液中浸出,浸出液用H2S沉钴得到Ni/CoS产品(含Ni约39%,Co约13%),沉钴后液蒸氨,煅烧,在带式还原炉中用H2还原焙烧得含镍90%的镍粉,最后在980℃,惰性气氛条件下压制成Ni块.采用化学沉淀法分离钴后得到的镍产品中钴含量较低,适合镍合金生产要求,钴也得到了有效富集.
Marinduque冶炼厂与Townsvillen镍冶炼厂流程相似,不同之处主要表现在以下两点：
（1） 还原焙烧还原剂和沉钴剂不同：Marinduque冶炼厂使用的还原剂是含H2 75%,N2 25%的气体,还原温度较低,才650℃.在浸出液镍、钴粉分离工序中,沉钴剂使用的是(NH4)2S,并认为是最好的化学沉钴剂.
（2） Marinduque冶炼厂将蒸氨所得碱式碳酸镍用AAC溶液再溶解,部分蒸氨除杂后,在165℃,3.5MPa条件下用H2还原制镍粉产品.