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.