科普百篇系列（229） 金属‘镍’是如何提炼出来的？

科普百篇系列（229） 金属‘镍’是如何提炼出来的？

科普系列（100篇） (229)

金属“镍”是如何提取的？

徐长发，华中科技大学，2023.10.5。

镍是一种用途和用途都很广泛的金属。 上一篇文章介绍了镍的各种用途。 本文将介绍“镍”和“镍盐”的提取方法。

一、世界及我国镍资源分布概况

全球镍需求巨大，那么全球镍资源分布如何？

1）镍在地壳中的含量仍然比较丰富，但其含量远低于氧、硅、铝、铁、镁。 镍和铁的含量在地核中最高，海底也有铁镍矿。

2）镍矿石主要有两种类型。 一种是硫化镍矿石，其镍铁含量相对较高，但硫含量也较高。 我国甘肃有一条大型硫化镍矿带，世界上也有很多大型镍矿带。 另一类是红土镍矿，主要分布在赤道附近。 红土镍矿镍含量较低，杂质及铁、镁、铝含量占一半以上。

2、硫化镍矿火法冶炼技术

硫化镍矿石中含有许多其他金属的硫化物，但人们最需要的是镍铁氧化物。 因此，“除硫”是硫化镍矿的首要问题，也是一个重要且难点的问题。 难道人们不知道‘炼铜除硫的火法’吗？ 用‘火法’冶炼硫化镍矿肯定是有效的。 这种方法通常分为以下几个阶段。

1.从‘硫化镍矿’中，首先使用‘火法熔炼’获得‘低镍冰铜’。

硫化镍矿石的主要成分为“硫化镍”、“硫化铁”、“硫化镁”、“硫化铜”等，经过选矿后，得到砂石，得到“镍精矿”。

最简单的“火法”冶炼技术是将“镍精矿”与造渣石混合，送入高炉或电炉进行焙烧。 部分硫随烟气排出，铁、镁、钙随炉渣排出，得到“低镍冰铜”的“烧结矿”。 在‘低冰镍’中，总镍含量达到50%左右，总硫含量约为20-25%，当然还含有少量的其他金属化合物。

高效的“火法”冶炼是“闪速熔炼”技术，将“镍精矿”粉末、“煤粉”和“造渣石粉”按比例混合，以“极高的速度”喷入闪速。 “精炼塔”，这些“粉末”以“悬浮状态”燃烧，“烟气”从塔顶排出，熔体落到塔底，轻松实现“低冰镍”的分离”和“渣”。 闪速熔炼技术大大降低了能源消耗，提高了焙烧效率，提高了硫磺利用率，改善了环境。

2、‘低冰镍’吹制成‘高冰镍’。

使用吹氧，FeS 和 CuS 首先被氧化。 吹炼的目的是进一步除去铁、铜和部分硫。 “高冰镍”中的总镍含量提高到70%-75%左右。 “高镍哑光”还含有极少量的钴、铂、金和银。

3.从“高镍冰铜”中分离铜和镍。

“高冰镍”的成分主要是“硫化镍”、“硫化铜”，还有铂族金属、贵金属和钴。 因此，铜镍分离和高冰镍精炼是镍冶炼过程中的突出问题，也是多年来的难题。 处理好硫化矿生产的关键。

处理高冰镍通常采用四种方法，即分层冶炼法、选矿磨矿浮选法、选择性浸出法和低压羰基法。 下面仅介绍前两种方法。

分层熔炼法是将高镍冰铜与硫化钠在熔融状态下混合熔化，因为硫化铜易溶解于硫化钠中，形成炉渣漂浮在液面，而硫化镍则在底部； 尤其是当温度降至凝固温度时，两者分离更加完全，凝固的顶层和底层很容易分离。 因此，为了更好地分离硫化铜和硫化镍，可以将顶层和底层分别熔炼，继续得到层状硫化铜和硫化镍，直至满足镍含量要求。

磨浮分离法是基于高冰镍缓慢冷却时，硫化铜在表层，硫化镍在底层。 由于互溶度降低，使结晶颗粒呈层状，且结晶颗粒比重不同，从而可进行磨细，可采用选矿技术。 分离两种类型的晶体颗粒。

4、电解精炼。

经过上述冶炼过程后，还需要利用“电解”将镍从硫化镍中提纯，并将镍与其他重金属元素分离。 电解时，以硫化镍为阳极，在阳极上发生氧化反应。

进入硫酸电解液； 阴极为纯镍板。 当阴极上获得电子时，发生还原反应并沉淀出金属镍。 随着电解过程的发展，电解液的pH值降低，电解液中会含有杂质，以及微量的铁、铜、钴、铅、锌等。 要及时去除杂质并调整酸含量。

为什么“高冰镍”不能用作电解阳极？ 相反，进一步去除硫化铜并进一步降低硫含量后，高冰镍可以作为阳极吗？ 原因是，如果阳极中的硫含量较高，电解过程中硫的氧化不仅会浪费电能，还会导致阳极变脆、散架。

阳极上发生的是氧化反应。 最容易被氧化的镍首先进入电解液，其他难以氧化的金属元素则留在阳极块中。

电解镍的纯度为99.85%-99.99%。

3、红土镍矿冶炼技术

红土镍矿品位较低。 镍含量一般在1%~2%之间，铁含量高达40%。 钴、镁、铝等其他金属及杂质含量往往达到55%以上，因此不可能通过选矿有效富集镍。 在许多情况下，目标是将红土矿石冶炼成“镍铁合金”。

1、火法冶炼。 原理很简单，就是将矿石煅烧、烧结，将所有金属氧化，然后粉碎，提取所需金属。

无论是电炉煅烧还是高炉煅烧，现在基本上都是环保的。 对于高炉煤气，可以过滤掉灰尘并收集二氧化碳。 对于冷却水来说，不仅可以提取热能，还可以回收利用。 对于矿渣来说，它可以作为水泥和砖块生产的最佳填料。

因此，火法冶炼虽然简单，但仍是我国镍金属精炼行业发展的主要方向。

2、湿法熔炼和萃取。 矿石用硫酸或氨水浸泡。 浸出的Ni含量约为2-3%，Co约为0.02-0.3%，Fe约为40-45%，还有少量镁。

由于钴盐、镍盐、铁盐的比重不同，现在有一种特殊的“提取技术”。 旋转轴为锥形。 上部直径大，液体驱动速度高； 底部直径小，液体驱动速度高。 小的; 所以比重较大的“盐液”会偏向上，比重较小的“盐液”会偏向下。 这样就可以在不同的高度取出不同比重的“盐液”； 这是一种简单、高效、多用途的提取方法。 萃取机协同工作，实现更高的效率。

该方法的优点是可以快速提取冶炼铁镍合金所需的主要材料。

该方法的缺点是需要大量的浸泡液，浪费、污染、成本高； 提取的炉渣还含有其他金属，必须有序堆放以供将来再利用。

特殊的萃取结构可以萃取不同比重的“盐液”。

多台提取机协同工作效率更高 4、结论

镍矿冶炼稍微复杂一些，其冶炼过程中发生的化学反应都是高中化学知识。 由于镍的使用量较大，人们还研究了一些从镍产品中回收镍的方法，以及从一些“富镍渣”中回收镍的方法。 无论是冶炼还是回收的化学原理，用高中化学知识都不难理解。