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时间:2020-11-28
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1、镍冶金概述与镍铁冶炼用原材料1.1镍矿资源类型与分布⑴镍矿类型:⑵镍矿分布:类型分布储量/亿吨平均镍含量镍储量/亿吨硫化镍矿亚欧非和大洋洲、北美洲1050.58%0.62红土镍矿主要分布在赤道南北30度内1261.28%1.6深海底含镍锰结核各大洋底部估计300001.37%4112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31.1镍矿资源类型与分布⑶氧化镍矿的三种类型:类型成分适合冶炼类型镁质硅酸盐型A:Fe8%-12%SiO240%-48%MgO25%-35%火法褐铁矿型Fe>30%B1:SiO2<20%B2:Si
2、O2>25%湿法中间型Fe12%-25%C1:MgO20%-35%C2:MgO10%-25%湿法、火法⑷氧化镍矿成分差异及冶炼类型:41.镍矿资源概述国家可靠储量/kt估计储量/kt新喀里多尼亚1400015000加拿大82008500俄罗斯80008100菲律宾55005600澳大利亚52005600古巴32003400美国多为伴生2700印度尼西亚23002500希腊21002400注:未计入锰结核资源1.2世界主要产镍国及储量52.1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2
3、730℃,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,700~800℃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:400~500℃继续升温62.2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。年份国别消费结构/%不锈钢电池电镀合金及铸造有色金属及合金化学品其他2007国际658125102007中国51.38.4268.55.82008中国69515832009中国774107273.1氧化还原热力学△Gθ:生成吉布斯自由能(标准摩尔
4、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:83.1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:△Gθ=A+BT93.2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
5、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。103.2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,
6、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。114.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:uv=(p0Me
7、-pMe)b/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)⑵(p0Me-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)125.镍铁冶炼用原材料5.1原材料分类:135.2主炉料⑴主炉料分类:14⑵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)
8、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155.3冶金辅料膨润土(造球粘结剂)⑴冶金辅料分类:
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