title-icon
Яндекс.Метрика
» » Основные сведения о металлургии никеля и его сплавов

Основные сведения о металлургии никеля и его сплавов

Никель в виде сплавов применялся задолго до получения его в чистом виде и даже задолго до открытия его как химического элемента. Как химический элемент, никель был открыт в 1751 г. и получен в чистом виде в 1804 г.
Мировое производство никеля 1875 г. составляло всего 500 т, но потом быстро возросло, в 1917 г. было произведено 46, в 1936 г. 108, в 1970 г. 427, в 1974 г. 539 тыс. (без бывш. СССР и социалистических стран). В России до революции производства никеля не было. В годы индустриализации страны в бывш. СССР была создана никелевая промышленность.
Свойства никеля и его сплавов. В периодической системе элементов Д.И. Менделеева никель располагается в 8-й группе. По своим химическим свойствам он занимает промежуточное место между железом, кобальтом и медью. Атомная масса никеля 58,69. Никель состоит из пяти устойчивых изотопов, из которых наиболее распространены два изотопа с атомными массами 58 и 60.
Температура плавления никеля при чистоте металла 99,99% равна 1455° С, температура кипения при атмосферном давлении 2900° С, а при уменьшении внешнего давления до 133,3 Па становится равной 1907° С. Высокая температура кипения показывает, что в процессе получения он практически не улетучивается.
Плотность твердого литого никеля 8,8, электролитного плотного 8 9, жидкого при температуре 1500° С 7,76 г/см3. Очень важное свойство никеля — его химическая инертность. Разбавленные кислоты (серная, соляная, уксусная), а также щелочи на него заметно не действуют. Никель при обычных температурах не окисляется на воздухе. Заметное окисление начинается выше 800° С. Окись никеля Ni2O3 — неустойчивое соединение, при нагревании она разлагается с образованием закиси никеля NiO. Никель имеет большое сродство к сере Его сульфид Ki3S2 — устойчивое соединение с температурой плавления 788° С. Сульфид никеля NiS при нагревании до 600—700° С разлагается с образованием Ni3S2 : 3NiS = Ni3S2 + 1/2S2.
Никель относится к основным элементам, улучшающим свойства стали. Добавка никеля повышает прочность стали (броня морских кораблей, танков) и ее вязкость. Сплавы никеля (8—80% Ni) и железа известны под названием «нержавеющие и жаропрочные стали». Широкое распространение получили сплавы «константан» (40% никеля и 60% железа), «никелин» (32% никеля и 68% меди), они отличаются высоким электросопротивлением и применяются в качестве нагревательных элементов электропечей сопротивления.
В настоящее время известно более 3000 составов никелевых сплавов. Много металлического никеля расходуют на покрытие (никелирование) других металлов. Никелируют различные части машин и хирургические приборы.
Себестоимость никеля, зависит от затрат на добычу и подготовку руды, плавку и рафинирование. В нее входит стоимость флюсов, топлива (кокса), электроэнергии, воды, заработная плата, расходы по ремонту механизмов. Большую часть себестоимости никеля, выплавляемого из окисленных никелевых руд, составляют расход на топливо — кокс (40% всех затрат). Себестоимость никеля, выплавляемого из сульфидных руд, зависит от содержания и извлечения из них металлов-спутников (из сульфидных руд извлекают медь, кобальт, золото, серебро и редкие металлы) В табл. 31 приведены статьи себестоимости никеля при переработке окисленных и сульфидных руд.

Никелевые руды и их обогащение. В настоящее время никелевые заводы перерабатывают два типа руд: окисленные руды, в этих рудах никель находится в соединении с кислородом в виде гидратированных силикатов; сульфидные руды, в них никель связан с серой и железом. Окисленные никелевые руды по внешнему виду представляют собой землисто-глинистую массу с включением валунов кварцита. Пустую породу трудно отличить от руды, содержащей никель. Руда хорошо впитывает в себя влагу, вследствие чего ее влажность колеблется от 25 до 35%. Из-за высокого содержания влаги в зимних условиях руда смерзается, что затрудняет ее транспортировку и переработку. Никель в окисленной руде находится, как правило, в виде минералов ревдинскита (никелевый силикат) 3(Ni, Mg) О*2SiО2*2Н2О и гарниерита nNiSiO3*mMgSiO3*H2O В этих рудах содержится кобальт и в незначительных количествах медь. Главная часть руды — пустая порода — никеля не содержит; она в основном представлена глиной (каоленит) Al2O3*2SiO2*2Н2O, тальком 3MgO*4SiO2*H2O и другими силикатами магния, бурым железняком Fe2O3*nH2O, кварцем и известняком. Окисленные руды залегают чаще всего горизонтальными пластами близко к поверхности земли. Поэтому их в большинстве случаев разрабатывают открытыми работами при помощи экскаваторов. Основные месторождения окисленных никелевых руд в России находятся на Среднем и Южном Урале, а также на Украине.
Окисленные никелевые руды до сих пор в промышленности не обогащают, за исключением механического отсева крупных кварцевых глыб, бедных по никелю. В табл. 32 приведен состав некоторых окисленных руд.

Сульфидные никелевые руды являются сложными, они содержат значительное количество меди и поэтому называются медноникелевыми. Кроме указанных металлов, в них имеются кобальт и металлы платиновой группы (платина, осмий, иридий), теллур и другие элементы. Основным никельсодержащим минералом является пентландит (NiFe)S. Медь представлена в этих рудах халькопиритом CuFeS2 и халькозином Cu2S. Железо в руде находится в виде пирротина Fe7S8 и часто около 10% в виде магнетита Fe3O4. Пустая порода сульфидных медно-никелевых руд содержит следующие окислы, %: 3—45 кремнезема SiO2, до 35 окиси магния MgO, до 15—20 глинозема Al2O3 и до 10 окиси кальция CaO. Значительное содержание в пустой породе окиси магния обусловливает тугоплавкость сульфидных медно-никелевых руд.
Содержание никеля в сульфидных рудах колеблется в пределах 0,3—5,5%, меди 0,6—10%, кобальта 0,02—0,2%. Сульфидные руды залегают в виде жил или мощных рудных тел; жилы и рудные тела могут располагаться с крутым наклоном (почти вертикально) и полого (почти горизонтально). Поэтому верхнюю часть месторождения, которая выходит на поверхность земной коры, иногда разрабатывают открытым способом, а нижнюю часть на глубине до 500 м и более — подземным способом.
Богатые сульфидные медно-никелевые руды (более 1,5% Ni) направляют в плавку. Бедные руды (менее 1,5% Ni) подвергают флотационному обогащению. В результате обогащения получают коллективный концентрат, называемый медно-никелевый. Состав такого концентрата приведен в табл. 33. При необходимости коллективный концентрат можно разделить флотацией на медный и никелевый.

В России месторождения сульфидных медно-никелевых руд находятся в северных районах страны: на Кольском полуострове и на полуострове Таймыр, а в зарубежных странах — в Канаде и в Австралии.
Окисленные и сульфидные никелевые руды не встречаются вместе. Они образуют самостоятельные месторождения, а добытые руды перерабатывают на металлургических предприятиях по разным технологическим схемам. Поэтому вопросы переработки окисленных и сульфидных никелевых руд изложены раздельно.

title-icon Подобные новости