Московский Государственный Авиационный Институт
(Технический Университет)
кафедра «Конструкционные материалы»
Реферат
на тему:
«Производство никеля»
| Студент: Павлюк Д.В. группа 02-206 |
| Преподаватель: Тазетдинов Р.Г. |
2000г.
Содержание:
Введение……………………………………………………………………………….3
Общие сведения о производстве никеля на различных предприятиях……………4
Схема обжига флотационного концентрата с полным возвратом пыли…………..5
Схема обжига флотационного концентрата с частичным возвратом пыли……….7
Обогащение никелевых руд………………………………………………….……….9
Флотация……………………………………………………………………………….9
Переработка медно-никелевых штейнов…………………………………………….11
Переработка файнштейна…………………………………………………………….11
Получение металлического никеля………………………………………………….13
Электролитическое рафинирование…………………………………………………14
Список использованной литературы ………………………………………………..16
ВВЕДЕНИЕ
Кобальт и никель как индивидуальные химические элементы открыты лишь в середине XVIII в. Но их минералы были известны с древнейших времен.
Минералы никеля употреблялись в Китае за 235 лет до н. э. для изготовления монет, в которых содержалось 78% меди и до 20% никеля (этот сплав назывался пагфонгом). В Европе аналогичный минерал был открыт в 1094 г. в Саксонии. Но так как извлечь из него металл не умели, то назвали «купферникель», что означает «дьявольская медь».
Никель был открыт шведским ученым А. Ф. Кронштедтом и 1751 г. в минерале николите. Первое практическое применение он обрел в 1824 г., когда в Европе появилась имитация китайского пагфонга, а с 1850 г. в ряде стран началось производство мелких никелевых монет.
В конце XIX и начале XX в. были открыты многие исключительно ценные свойства кобальтовых н никелевых сплавов и с этого времени оба металла приобретают все подрастающее значение. И кобальт, и никель принадлежат к стратегическим металлам, н применяются в очень важных областях играющих первостепенную роль в научно-техническом прогрессе.
Кобальт и никель широко применяются для изготовления магнитных сплавов. Качество постоянных магнитов определяется величиной остаточной индукции (в гауссах) и коэрцитивной силой, т. е. сопротивлением размагничиванию (в эрстедах). Кроме того, магниты должны быть устойчивы к температурным и механическим воздействиям (вибрации) и поддаваться обработке.
Никель и кобальт не принадлежат к числу наиболее распространенных элементов, но они широко распространены в природе. Оба металла обнаружены в солнечной короне и найдены в метеоритах, а на земле встречаются повсеместно: в горных породах, в морской и речной воде, в каменных углях и почве, в растительных и животных организмах. Их абсолютное и относительное количество в каждом случае варьирует в довольно широких пределах, но, как правило, никеля больше, чем кобальта.
В земной коре кобальт и никель находятся преимущественно в виде сульфидов и арсенидов или продуктов их окисления, а также в виде силикатов, образуя самостоятельные минералы и сопровождая аналогичные минералы железа, меди, марганца и некоторых других элементов. По-видимому, близость ионных и атомных радиусов этих металлов допускает взаимное замещение. При этом в никелевых и железных рудах, а также в силикатных горных породах соотношение Со : Ni в ряде случаев примерно такое же, как и в метеоритах, В отдельных месторождениях Сибири и Урала никель был найден в металлическом состоянии.
Полагают, что пo мере охлаждения земной коры различные химические элементы выделялись как бы в три этажа: в более глубоких внутренних слоях тяжелые металлы, за ними сульфиды и, наконец, в самом внешнем поясе — силикаты. В результате дифференциации магмы кобальт и никель концентрируются в основном в ультраосновных горных породах, причем их содержание выше в тех скалах, которые выделились раньше. Так, например, в базальтах относительное количество обоих металлов в 6 раз выше, чем в олигоклазах, а в гранитах совершенно ничтожно.
Если судить по составу метеоритов, то можно полагать, что в недрах земли содержится до 8—10% кобальта и никеля, в сульфидах от 1 до 4%, а в силикатах 0,001% Со и 0,02% Ni. По данным, общее содержание никеля в земной коре 0,02% и соответственно кобальта 0,001%. Однако за последние годы и ряде работ приводятся иные данные: содержание кобальта в них оценивается в 0,004%, никеля 0,01%.
Следы никеля обнаружены в продуктах вулканических извержений и в нефти, в минеральных источниках и в пахотной земле, в растениях и в живых организмах (в частности, он содержится в поджелудочной железе).
В основном минералы никеля и кобальта представляет собой сульфиды, арсениды, арсенаты и силикаты. Они часто образуют соединения с примесью железа, меди или марганца, свинца и некоторых других металлов. При этом кобальта больше в сульфидах и арсенидах, а никеля — в силикатах.
Собственно никелевых минералов и минеральных видов известно около 50. В основном это сульфиды, арсениды и силикаты. Силикаты никеля содержат следы кобальта, a арсениды сопровождаются аналогичными кобальтовыми минералами.
Наиболее важное промышленное значение в настоящее время имеют пентландит, никелин и гарниерит. Никель входит в состав многочисленных минералов других элементов, среди которых особенно важное значение имеет пирротин. Хотя содержание никеля здесь не превышает 0,6%, но распространенность пирротина, мощность его месторождений и сравнительная доступность никелевых включений делает извлечение этого металла из руд практически целесообразным.
Никелевые и медно-никелевые руды часто сопровождаются минералами не только кобальта, но и некоторых других ценных металлов, в том число платины и ее аналогов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ НИКЕЛЯ НА РАЗНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ.
Производство никеля из руд включает несколько стадий переработки сырья с получением на каждой из них соответствующего полупродукта. В мировой практике на большинстве предприятий, производящих никель, такими полупродуктами являются никелевый концентрат или никелевый (медно-никелевый) файнштейн. Они направляются на окислительный обжиг для возможно более полного удаления серы из материала перед последующей переработкой его на анодный металл.
Содержание серы в закиси никеля перед ее плавкой на аноды должно быть в пределах 0,01-0,5 %. Такое низкое содержание можно получать окислительным обжигом сульфидного материала лишь при 1100—1250 С. Нагрев никелевого сульфидного материала до такой температуры сопровождается спеканием и оплавлением его зерен уже при 650—750 С, что и явилось тем барьером, который долго не могли преодолеть во время испытаний обжига этих материалов в печах кипящего слоя.
До внедрения окислительного обжига никелевых сульфидных полупродуктов в промышленных печах кипящего слоя(КС) его подготовку к высокотемпературной обработке осуществляли в две стадии: первую — в многоподовых печах при температурах до 840-860°С с механическим перегреванием материала на 12 подах и пересыпанием его с пода на под и вторую — в трубчатой вращающейся печи с нагревом закиси никеля до 1100—1250°С. На первой стадии обжига зерна сульфидного материала медленно нагревались до 840-860°С, окисляясь с поверхности, что предотвращало их спекание в интервале температур 650-750°С. Процесс осуществляли в сложных по конструкции, громоздких и трудно управляемых печах, занимавших большую площадь, требовавших большого расхода углеродистого топлива и тяжелого физического труда.
Вторую стадию окислительного обжига осуществляли без каких-либо трудностей в трубчатых вращающихся печах, получение высокой температуры в которых достигалось за счет сжигания углеродистого топлива.
Освоение процесса окислительного обжига в печах позволило устранить крупные недостатки прежней технологии и перевести ее на автогенный режим. Появилась возможность механизировать и автоматизировать отдельные операции и весь процесс.
Получаемые при обжиге отходящие газы содержат повышенную концентрацию сернистого ангидрида, что позволяет производить из него серную кислоту. Избыточное тепло процесса можно отводить и использовать для технологических нужд.
В настоящее время окислительный обжиг никелевых сульфидных материалов и полупродуктов широко применяют в производстве никеля. В связи с тем, что объемы производства никеля во всем мире непрерывно возрастают, дальнейшее совершенствование технологии этого вида обжига имеет большое значение. Необходимо изыскивать резервы для дальнейшего улучшения технико-экономических показателей и повышения эффективности производства.
На никелевых предприятиях исходным материалом для обжига в кипящем слое являются никелевые файнштейны и никелевые концентраты, получаемые при разделении медно-никелевых файнштейнов методом флотации.
Никелевый файнштейн получают из окисленных никелевых руд. содержащих мало меди, путем восстановительно-сульфидирующей плавки на штейн с последующей продувкой его в конверторах. Так получают файнштейн на Уфалейском никелевом заводе, комбинате "Южуралникель" в Советском Союзе, заводе "Дониамбо" в Новой Каледонии, заводе "Сисакаима" в Японии и на других предприятиях. Полученный из окисленных никелевых руд файнштейн содержит 77-82 % Ni, до 2 % Сu и 16-22 % S.
Из медно-никелевых руд также получают никелевый файнштейн. По этой технологии осуществляют селективное разделение компонентов руды методом флотации с высокой степенью отделения меди от никеля и получают раздельные рудные концентраты: никелевый медный и пирротиновый. На заводе "Томпсон" в Канаде в процессе переработки такого концентрата получают никелевый файнштейн с 75 % Ni, 3 % Си и 20 % S, который направляют на переплавку и отливку сульфидных анодов с последующим выделением никеля электролизом.