Способы получения металла никеля

Производство никеля по современным технологиям

Никель — это тяжелый цветной металл. Он был открыт сравнительно недавно. Но за короткий промежуток времени стал активно использоваться человеком. Около 50% никеля идет на производство никелевых сталей, чуть больше 30% — на изготовление жаропрочных и цветных сплавов.

Никель применяют для производства аккумуляторных батарей, струн для электрогитар, нержавеющей стали, и даже для чеканки монет. Он широко используется в строительных делах, при производстве посуды, в химической промышленности и на транспорте. Одним словом, никель вносит хороший вклад в экономику страны. Поэтому в данной статье мы рассмотрим крупнейших производителей никеля в России и мировой практике, а также методы и основы производства такого металла.

Необходимое оборудование

В процессе переработки никеля задействовано следующее оборудование:

1. Прессы (для брикетирования).
2. Ленточные машины.
3. Конвертер.
4. Шахтные печи (служат для выплавки штейна). Это оборудование имеет прямоугольное сечение, высоту 6 метров, ширину 1,5 метра и длину 10-15 метров.
5. Дуговые электрические печи (для восстановления никеля).
6. Электролизные ванны.

Про сырье для получения никеля читайте ниже.

О том, где можно взять небольшое количество никеля, расскажет этот видеосюжет:

Расчет сырья

Количество сырья, которое нужно для получения никеля, зависит от способности или мощности предприятия, на котором планируется перерабатывать сырье. А так же в расчет обязательно берутся финансовые возможности завода.

Технологии производства никеля

Источники получения

Никель получают из окислительных никелевых и сульфидно-никелевых руд.

• В первом виде никель содержится в форме силикатов. Общее процентное содержание никеля здесь составляет 1-7%. Никель в сульфидных рудах содержится в виде NiS.
• В сульфидных рудах чистый никель составляет 0,5-5,5%. Кроме этого, в сульфидных рудах содержится купрум (2,5%), платина, кобальт, иридий и некоторые металлы платиновой группы.

Сырье может иметь различный состав. Поэтому для получения чистого никеля могут применяться разные технологии.

Никель химически схож больше с серой, чем с кислородом. Поэтому процесс получения никеля из пустой породы заключается в том, что сначала никель в форме сульфида переводят в штейн, и только потом из штейна выделяют чистый никель.

Процесс получения

Процесс производства никеля из окисленных никелевых руд выглядит следующим образом:

1. Берут добытое сырье (руду) и подвергают ее дроблению, сушке и спеканию. Этот этап необходим для удаления из руды лишней влаги и ненужных гнилостных веществ.
2. В результате первого этапа образуются еще два продукта: флюсы и гипс.
3. На третьем этапе к перечисленным продуктам добавляют кокс и отправляют все в плавку на штейн.
4. В результате третьего этапа получается шлак и штейн. Шлак идет в отвал, а штейн подвергается продувке в конвертере.
5. После четвертого этапа получается шлак и белый никелевый штейн. Одна часть шлака идет на извлечение СО, а другая часть отправляется назад на этап «плавка на штейн».
6. Белый никелевый штейн подвергают дроблению и измельчению.
7. Затем полученный материал отправляют на обжиг.
8. Закись никеля с помощью древесного угля подвергаю восстановлению. Образованный на этом этапе газ идет в трубы, а пыль – возвращается на обжиг.
9. Последний этап – это электролитическое рафинирование никеля. Конечным продуктом после процедуры восстановления является чистый никель.

О производствах никеля в России и мире читайте ниже.

О требованиях в отношении охраны труда при производстве никеля, расскажет данный видеоролик:

Известные производители

Из числа стран производителей больше всего никеля производят в Китае, Канаде, России, Японии и Австралии.

1. Самым крупным предприятием по переработке никеля считается зарубежная компания Инко. Ее никелеплавительный завод Коп-пер-Клифф способен переработать около 291 тысяч тонн сырья в год.
2. Второе почетное место производителя никеля занимает завод ГМК «Норильский Никель» (266 тысяч тонн сырья).
3. На третьем месте стоит иностранное предприятие: Jinchuan Group Co. Ltd (150 тысяч тонн сырья). Это китайское предприятие. Основной офис находится в Цзиньчан (Ганьсу). Производит компания не только никель, но и селен, серебро, медь, золото, кобальт, палладий и платину. Производительность Jinchuan Group Co. Ltd составляет 90% от всей переработки никеля в Китае. Эта компания является самой крупной в Азии.
4. На четвертом месте — Glencore International AG (96 тысяч тонн).
5. Пятое место занимает предприятие BHP Billiton (78,5 тысяч тонн). Это крупнейшее предприятие основано в 2001 году. Основной офис BHP Billiton находится в Мельбурне (Австралия), а в Лондоне у них дополнительная штаб квартира. С юридической точки зрения описываемое предприятие состоит из двух компаний, у каждой из которой отдельный собственнике. На рынке акций они существуют независимо друг от друга.

В России существуют еще несколько предприятий по переработке никеля. Это ОАО «Комбинат Южуралникель» и ОАО «Уфалейникель».

• ОАО «ГМК «Норильский никель»» имеет несколько филиалов. Это Западный филиал, Кольская ГМК и ОАО «ГМК «Печенганикуль». Норильский никель перерабатывает преимущественно сульфидные руды, в состав которых входит дополнительно платиноиды, медь, кобальт и некоторые драгоценные металлы. Кольская ГМК перерабатывает медно-никелевый штейн, который им доставляют из вне. Этот филиал не имеет собственных ресурсов.
• Южуралникель находится в Оренбургской области. Компания добывает руду на следующих месторождениях: Буруктальское и Сахаринское. Перерабатывают руду на Орской фабрике. Южуралникель используют устаревшую технологию производства (они применяют кокс). Поэтому рентабельность компании сильно зависит от цен на уголь.

О том, как производится никель на заводе в Норильске, показан в данном видео:

Источник

Свойства никеля

Никель является 17-м химическим элементом периодической системы Менделеева с атомным номером 28. Вещество представляет собой переходный металл, отличающийся своею пластичностью и имеющий характерный серебристо-белый окрас. Не проявляет сильной химической активности. Само название вещества в переводе с немецкого означает «горный дух». С никелем люди были знакомы еще в 17-м столетии, однако он еще не был выделен в отдельное вещество. Его встречали в медных рудах во время добычи меди и называли лжемедь (купферникель) от духа гор. Выделение вещества как отдельного металла осуществил Аксель Кростедт в 1751 году и назвал его «никель».

В середине 18 века людям было известно 12 металлов, а также сера, фосфор, углерод и мышьяк. Тогда же к ним добавился и никель, которому был присвоен 17-ый номер.

Характеристика никеля

Новооткрытый элемент нашел свое применение не сразу. Только спустя два столетия люди стали активно использовать металл. Особенно популярным он стал в металлургии. Как выяснилось, никель является отличным легирующим элементом для стали и железа. Так, сплавы с никелем являются очень устойчивыми к различным химическим воздействиям, не поддаются коррозионному повреждению, а также могут выдерживать очень высокие температурные режимы. Например, сплав никеля и железа, который называется в металлургии инвар, не способен расширяться под воздействием высоких температур, это является одной из главных причин, по которой инвар используется для производства рельс для железных дорог и многих других элементов.

Физические свойства никеля

Никель является металлом с характерным желтовато-серебристым оттенком. На открытом воздухе сохраняет свой цвет и блеск, не тускнеет. Твердость металла по Бринеллю составляет 600-800 Мн/м 2 . Не смотря на достаточно высокую свою твердость, металл хорошо поддается различным физическим воздействиям и обработкам, в том числе ковке и полировке. Это позволяет использовать никель для производства очень тонких и деликатных изделий.

Металл имеет магнитные особенности даже в условиях достаточно низких температур (до -340 0 С). Не поддается коррозионному повреждению.

Физические свойства никеля

Атомный номер	28
Атомная масса, а.е.м	58,69
Атомный диаметр, пм	248
Плотность, г/см³	8,902
Удельная теплоемкость, Дж/(K·моль)	0,443
Теплопроводность, Вт/(м·K)	90,9
Температура плавления, °С	1453
Температура кипения, °С	2730-2915
Теплота плавления, кДж/моль	17,61
Теплота испарения, кДж/моль	378,6
Молярный объем, см³/моль	6,6
Группа металлов	Тяжелый металл

Химические свойства никеля

Никель имеет 28 атомный номер и обозначается в химической номенклатуре символом Ni. Имеет молярную массу 58,6934 г/моль. Атом никеля имеет радиус в 124 пм. Его электроотрицательность по шкале Полинга составляет 1,94, электронный потенциал равен 0,25 В.

Металл не подвергается негативному воздушному и водному воздействию. Это связано с образованием на его поверхности пленки в виде оксида никеля (NiO), которая предотвращает его дальнейшее окисление.

Реагирует с кислородом только при определенных условиях, в частности, при сильном нагревании. В условиях высоких температур способен также взаимодействовать абсолютно со всеми галогенами.

Проявляет бурную реакцию в азотной кислоте, а также в растворах с аммиаком. Однако, некоторые соли, например, соляная и серная, достаточно медленно растворяют металл. А вот в фосфорной кислоте он не растворяется вообще.

Химические свойства никеля

Ковалентный радиус, пм	115
Радиус иона, пм	(+2e) 69
Электроотрицательность (по Полингу):	1,91
Электродный потенциал:	0
Степени окисления:	3, 2, 0

Получение никеля

Основным материалом для добычи никеля являются именно сульфидные медно-никелевые руды. Так, именно из таких руд получают порядка 80 % никеля от общего производства в мире, без учета России. Руды подвергаются селективному обогащению флотацией, после чего из руды выделяется медный, никелевый, а также пирротиновый концентраты.

Для получения чистого металла используется никелевый рудный концентрат, который наряду с флюсами подвергается плавлению в электрических шахтах или отражательных печах. В результате данного процесса отделяется пустая порода и извлекается никель в виде штейна, в составе которого находится до 15% никеля.

Иногда перед тем, как отправить на плавление концентрат, его подвергают обжигу и окускованию. В составе сульфидного расплава (штейна) после процесса плавки также обнаруживаются Fe, Со и практически полностью Сu, а также благородные металлы. Далее отделяется железо, после чего остается сплав, в составе которого присутствуют медь и никель. Сплав подвергается медленному охлаждению, после чего тонко измельчается и отправляется на дальнейшую флотацию с целью разделения этих двух элементов. Cu и Ni также можно разделить так называемым карбонильным процессом, в основе которого лежит обратимость реакции.

Наиболее распространенными считаются три способа получения никеля:

1. Восстановительный. За основу берется силикатная руда, из которой с участием угольной пыли образуются железно-никелевые окатыши, содержащие от 5% до 8% никеля. Для этого процесса используются вращающиеся трубчатые печи. После этого окатыши очищаются от серы, прокаливаются и обрабатываются раствором аммиака, из которого и получают после подкисления никель.
2. Карбонильный. Данный метод еще называют методом Монда. Основан на получении медно-никелевого штейна из сульфидной руды. Над штейном под высоким давлением пропускается СО, в результате чего образуется тетракарбонилникель, из которого под воздействием высоких температур происходит выделение особо чистого никеля.
3. Алюминотермический. Данный способ основан на восстановлении никеля из оксидной руды: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al₂O₃

Соединения никеля

Никель образует множество различных соединений, как органических, так и неорганических, каждое из которых применяется в определенных областях человеческой деятельности.

Неорганические соединения никеля

Среди таковых стоит отметить оксиды. В частности его монооксид, образование которого происходит в результате реакции металла и кислорода при достаточно высокой температуре, превышающей 500 0 С, используется в качестве материала, из которого изготавливают краски и эмали в керамическом и стекольном производстве. А при производстве анодов, которые применяются в щелочных аккумуляторах, используется сесквиоксид никеля Ni₂O₃. Для его получения нитрат никеля или хлорат никеля подвергают очень медленному нагреванию.

Не последнее место отводится и гидроксидам никеля. Например, Ni(OH)₂ образуется в результате воздействия щелочей на водные растворы солей никеля. Для данного гидроксида характерен светло-зеленый цвет. Из гидроксида никеля под воздействием окислителя в щелочной среде образуется гидратированный оксид, на основе которого происходит работа щелочного аккумулятора Эдисона. Преимуществом данного аккумулятора является его способность на протяжении длительного времени находится незаряженным, в то время, как обычный свинцовый аккумулятор не может пребывать долго в незаряженном состоянии.

Соли никеля (ІІ), как правило, образуются в результате взаимодействия NiO или Ni(OH)₂ c разнообразными кислотами. Растворимые соли никеля, в большинстве случаев, образуют кристаллогидраты. Нерастворимыми солями являются фосфат Ni₃(PO₄)₂ и силикат Ni₂SiO₄. Для кристаллогидратов и растворов характерен зеленоватый окрас, а безводные соли характеризуются желтым или коричнево-желтым цветом.

Также существуют комплексные соединения никеля (II). Для их образования растворяется оксид никеля в растворе аммиака. Диметилглиоксимат никля Ni(C₄H₆N₂O₂)₂ применяется в качестве реакции на ионы никеля. Для него характерно окрашивание кислой среды в красный цвет.

Наименее характерными соединениями никеля выступают соединения никеля (III). Из таковых известно вещество черного цвета, которое получается в результате реакции окисления гидроксида никеля (II) в щелочной среде гипохлоритом или галогенами:

Органические соединения никеля

Связь Ni-C осуществляется двумя способами:

1. По у-типу. Такие соединения называются у-комплексами. К ним относятся соединения, имеющие следующий вид: [Ni(R2)L2] и [NiX(R)L2], где R=Alk или Ar, L=PR3, где Х – ацидолиганд.
2. По р-типу. Именуются р-комплексами. К ним относятся алкеновые и полиеновые никельорганические соединения, в состав которых входит никель в нулевой степени окисления. Такие соединения характеризуются, как правило, тригональной или тетраэдрической структурой.

Источник