镍冶金概述与镍铁冶炼用原材料[1](1).ppt

1/22,镍冶金概述与冶炼用原材料,报告单位技术部技术一课报告人陈锦辉制成工程师报告日期2012.6.20,2/22,大纲,1.镍矿资源概述1.1镍矿资源类型与分布1.2世界主要产镍国与储量2.镍的性质与消费1.2镍的性质与用途1.3镍的市场消费结构3.金属氧化还原基本理论3.1氧化还原热力学3.2氧化还原动力学,4.金属挥发4.1金属挥发作用与影响4.2金属挥发之衡量参考4.3Dalton的经验式5.镍铁冶炼用原材料5.1原材料分类5.2主炉料5.3冶金辅料6.结论,3/28,1.1镍矿资源类型与分布,⑴镍矿类型,⑵镍矿分布,4/28,深海底含镍锰结核,硫化镍矿,红土镍矿,1.1镍矿资源类型与分布,5/22,1.1镍矿资源类型与分布,⑶氧化镍矿的三种类型,⑷氧化镍矿成分差异及冶炼类型,6/22,1.镍矿资源概述,注未计入锰结核资源,1.2世界主要产镍国及储量,7/22,2.1镍的性质与用途,①银白色金属，第Ⅷ族元素，原子序数28，原子量58.69，熔点1455℃，沸点2730℃，具磁性。②不易生锈，抵抗苛性碱腐蚀，空气中形成NiO薄膜，高温性能好，700800℃不氧化，化学性能稳定。,⑵自然界镍的三种基本形态,⑴镍的性质,8/22,2.2镍的市场消费结构,国际上镍用于生产不锈钢上占总消费的65，中国在07到09年不锈钢的镍消费比例逐年上涨。,9/22,3.1氧化还原热力学,△Gθ生成吉布斯自由能（标准摩尔生成吉布斯自由能）指定温度及标准压力下，稳定单质生成1mol某物质时的吉布斯自由能变量。（稳定单质△Gθ为零）Ⅰ.某金属氧化物△Gθ值越小或越负该元素其被氧化倾向越大，氧化物越稳定，不容易被还原。Ⅱ.某金属氧化物△Gθ值越大或越正则该元素氧化倾向越小，氧化物越不稳定，越容易被还原。,⑴生成吉布斯自由能概述,10/28,3.1氧化还原热力学,T↑，NiO的△Gθ↑NiO越不稳定，越易被还原（因此高温下镍的氧化物更容易还原成镍）。,,⑵△Gθ与温度T关系△GθABT,11/22,3.2氧化还原动力学,⑴金属氧化过程三个环节外扩散氧由气相通过边界层向氧-氧化膜界面扩散（靠浓度差扩散）。内扩散氧通过固体氧化膜向氧化膜-金属界面扩散。结晶化学反应在金属-氧化膜界面上，氧和金属发生界面化学反应，金属晶格变成金属氧化物晶格。,12/22,3.2氧化还原动力学,⑵限制性环节讨论a.外扩散一般不是限制性环节，因为金属熔炼过程中，气流速度较快，常常高于形成边界层的临界速度。b.内扩散氧化物的分子体积大于此金属原子体积时，氧化膜致密，随氧化膜增厚，氧扩散阻力增大，限制性环节为内扩散（如铝硅镍等大多数金属）。c.结晶化学反应相反若小于，则氧化膜疏松多孔，氧扩散阻力较小，限制性环节为结晶化学反应，此时氧化速度为一常数（如碱金属锂、镁等）。⑶一般性结论与应用一般认为，低温下氧化过程受化学反应控制，而高温下化学反应速度迅速增大，大大超过扩散速度，因此高温下反应过程由动力学区转移到扩散区。此时氧化速度与反应温度、反应面积及氧的浓度有关。在合金熔体中，加入少量使氧化膜致密化的合金元素，能改变熔体氧化行为降低氧化烧损。,13/22,4.金属挥发,4.1金属挥发之作用与影响⑴精炼提纯，⑵熔炼时使金属成分损失，⑶污染环境。4.2金属挥发之衡量参考蒸汽压（越高越易于挥发），沸点、蒸发热（越低越易于挥发）4.3Dalton的经验式uvp0Me-pMeb/p（uv挥发速率p体系外部压力p0Me元素蒸气压pMe元素实际蒸气分压b常数）⑴p↓，挥发速率↑（应用真空熔炼）⑵p0Me-pMe＞＜0分别表现为蒸发、平衡、凝聚影响因素温度、挥发表面积（↑，元素蒸气压↑，促进挥发）蒸发空间体积、传质速度（↑，元素实际蒸气分压↓，促进挥发）,14/22,5.镍铁冶炼用原材料,5.1原材料分类,15/22,5.2主炉料,⑴主炉料分类,16/22,⑵含镍铁返回料根据入炉成分要求，可与新矿搭配利用。包括合金冶炼产生的除尘灰、含镍不锈钢、含镍材料的打磨屑、镀镍泥等。⑶氧化镍矿氧化镍矿（含水30左右）干燥窑干燥（含20左右结晶水）回转窑煅烧（充分排水、60-90的铁质变为FeO、10的铁被还原成金属铁、0-40镍被还原成金属镍）,5.2主炉料,,矿热炉熔炼,,,含镍不锈钢,氧化镍矿,17/22,5.3冶金辅料,膨润土（造球粘结剂）,,⑴冶金辅料分类,⑶煤炭分类及用途无烟煤按煤化程度高低，可用于还原剂或燃料等。烟煤可作为炼焦、燃料等。褐煤主要作为原材料制造其它工业产品，如活性炭、化肥等。,⑵无烟煤过去氧化镍矿焙烧处理多用低硫、低灰分、高发热值的焦煤。为节约焦煤和改善工艺效果，目前多用无烟煤代替或部分代替。对其煤质要求为①灰分＜15②硫分＜1.5③磷分＜0.04,5.3冶金辅料,无烟煤,烟煤,褐煤,19/22,⑷煤质指标分级,5.3冶金辅料,煤质指标等级㈠,煤质指标等级㈡,,5.3冶金辅料,⑹石灰石等级分类,⑸石灰石石灰石作为镍铁冶金溶剂的作用使炉渣成分FeO-MgO-SiO2CaO-FeO-MgO-SiO2，降低炉渣熔点，减小炉渣密度，有利于炉渣与镍铁分离，提高镍铁品位和回收率。质量要求①酸性氧化物（SiO2Al2O3）含量＜3.5，②S含量＜0.08P含量＜0.03越低越好，③石灰石有一定强度和均匀块度。,,石灰石,⑺膨润土/皂土用作成球粘结剂，分钙质钠质两种，以蒙脱石为主，质量要求⑴最适宜含水量78，⑵＜0.043mm粒度的含量高于70，＜0.074mm粒度的含量高于90，＜0.150mm粒度的含量高于97。⑶应具以下形态3g膨润土与0.15g化学纯的MgO及100mL蒸馏水混合静置24h，无沉淀，胶体量不小于90mL，上层溶液不超过10。⑻膨润土质量参考指标,5.3冶金辅料,膨润土,22/22,6.总结,随硫化镍矿的长期消耗日益枯竭，储量丰富的氧化镍矿冶炼镍铁极具市场前景。深入研究金属氧化还原的基本原理对制定合理的金属提取和精炼方法，开发研制相关的工艺，预见性地控制生产过程具有重要的作用。原材料的质量及供应条件直接关系着镍铁冶炼的各项技术经济指标，确保冶炼用原料的化学成分和物理性质达标及原料品性稳定，关系到产品品质与成本效益。,敬請指教,报告笔记,组织架构逻辑性（煤炭分类不插入辅料介绍照中）主题小点，深入分析主题（三种氧化镍矿成分分析中缺少镍分析，△Gθ进一步研究，三种氧化镍矿的地层分析）一个论点的前因后果（无烟煤为何取代焦煤）,24/28,