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【技术】镍矿石的种类及回收方式

时间:2023-07-26 点击次数:593
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尽管镍(Ni)最出名的是其在造币中的用途,但它在许多工业应用中变得更加重要,这些应用的重要性归功于其独特的性能组合。镍具有 1,453 °C的较高熔点和面心立方晶体结构,赋予金属良好的延展性。镍合金在多种介质中表现出高耐腐蚀性,并且能够承受一定范围的高温和低温。在不锈钢中,镍提高了提供腐蚀的保护性氧化膜的稳定性反抗。它的主要贡献是与奥氏体不锈钢中的铬结合,其中镍能够在室温下保留奥氏体结构。现代技术严重依赖这些材料,它们是化学、石化、电力和相关行业的重要组成部分。

镍矿石的种类

硫化物

最重要的镍矿物是镍黄铁矿,其次是磁黄铁矿,通常范围从FeS到Fe 7 S 8,其中一些铁可能被镍取代。黄铜矿是这些矿石中的主要铜矿物,还含有少量的另一种铜矿物立方石(CuFe2S 3 )。一些金、银和六种铂族金属也存在,它们的回收很重要。钴、硒、碲和硫也可以从矿石中回收。

红土镍矿

其他重要的矿石类别是红土矿,它们是长期开采的结果。风化的橄榄岩最初含有少量镍。亚热带气候下的风化作用会去除大部分母岩,但其中所含的镍会溶解并向下渗透,并可能达到足够高的浓度,使采矿变得经济。由于这种形成方法,红土沉积物在地表附近被发现,是一种柔软的、通常是粘土状的材料,由于风化,镍富集在地层中。

镁镍矿是一种镍镁硅酸盐,镍含量最高,但主要成分是含镍褐铁矿红土。新喀里多尼亚矿床属于硅锰矿类型,许多其他红土矿床散布在世界各地,存在广泛的采矿、运输和回收问题。红土矿的镍含量差异很大:例如,在新喀里多尼亚的 Le Nickel,1900 年交付给冶炼厂的矿石含有 9% 的镍;目前其含量为 1% 至 3%。

矿物提取和精制

这从矿石中提取镍的路线与铜基本相同,事实上,在许多情况下,使用了类似的工艺和设备。设备的主要区别在于使用了更高温度的耐火材料以及为适应镍生产中更高的工作温度而需要增加的冷却。采取的具体过程取决于矿石是硫化物还是红土矿。就硫化物而言,氧与矿石中的铁和硫的反应提供了熔炼所需的一部分热量。另一方面,氧化矿石不会产生相同的反应热,因此必须使用其他来源的能源进行冶炼。

硫化镍矿

硫化矿石被压碎和研磨,以便通过选择性浮选从废料中释放镍矿物。在此过程中,矿石与特殊试剂混合并通过机械和气动搅拌产生气泡的装置。当这些颗粒上升通过混合物时,硫化物颗粒粘附在其表面,并作为含 6% 至 12% 镍的精矿被收集。废料或尾矿在被丢弃之前通常要经过第二次清洁步骤。由于某些含镍硫化物具有磁性,因此磁力分离器可以代替浮选或与浮选结合使用。在萨德伯里矿床等情况下,矿石中的铜含量几乎等于镍的含量,精矿经过第二次选择性浮选,其中铜被浮选以生产低镍铜精矿和单独的镍精矿,每种精矿都在各自的熔炼线中进行加工。

镍精矿可以用硫酸或氨浸出,或者可以像铜一样在闪蒸和熔浴工艺中干燥和熔炼。镍需要更高的熔炼温度(在 1,350 °C 范围内)才能生产称为人造镍铁硫化物哑光,含有 25% 至 45% 的镍。在下一步中,冰铜中的铁转化为氧化物,与二氧化硅熔剂结合形成炉渣。这是在铜生产中使用的旋转转炉中完成的。炉渣被抽出,留下 70% 至 75% 的冰面镍。由于将硫化镍直接转化为金属需要极高的温度(超过 1,600 °C),因此在转化过程的这一阶段对硫的去除进行控制,以生产出 70-75% 的冰镍,其熔点较低。另一方面,大多数镍精矿中硫与镍的比例相对较高,增加了冶炼厂的硫控制负担。

处理镍冰铜有多种工艺。一种工艺是氨压浸出,其中使用氢还原从溶液中回收镍,并以硫酸铵的形式回收硫用作肥料。在另一种情况下,哑光可能是焙烧生产高品位氧化镍;这些都经过压力浸出,溶液经过电解和羰基精炼。在电解精炼时,镍从硫酸盐或氯化物溶液中沉积到纯镍阴极上。这是在配备隔膜室的电解池中完成的,以防止杂质从阳极流到阴极。在羰基精炼时,一氧化碳通过冰铜,生成羰基镍和羰基铁。羰基镍是一种剧毒且易挥发的蒸气,经纯化后分解为纯镍颗粒,生成镍丸。铜、硫和贵金属保留在残渣中并单独处理。



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