Способы получения никеля

Основная трудность извлечения никеля из окисленных руд заключается в отделении его от железа. Попытки восстановительной плавки с переводом железа в шлак показали, что при этом отделяется только часть железа, основная масса его восстанавливается, образуя железоникелевый сплав, последующее выделение никеля из которого не выгодно. Несмотря на преимущественное использование никеля в специальных сталях, выплавка его в виде сплава с железом не всегда применима, так как, помимо никеля, в сплав переходят кобальт, марганец, хром и другие металлы, которые не могут быть целесообразно использованы в специальных сталях совместно с никелем.

Восстановление никеля из руды при низких температурах с получением железо-никелевой крицы позволяет лучше отделить его от железа, так как при низких температурах железо восстанавливается в меньшей степени. Однако этот так называемый кричный способ переработки никелевых руд пока еще мало распространен.

Наиболее распространенный в настоящее время способ переработки окисленных никелевых руд основан на различии сродства железа и никеля к кислороду и сере.

Никель путем сульфидирования переводится в штейн, представляющий собой сплав Ni3S2 и FeS; основная масса железа удаляется со шлаком:



Окисленные руды не содержат серы, ее приходится вводить, добавляя при плавке пирит или гипс. Гипс, восстанавливаясь до сернистого кальция, сульфидирует железо и никель. Действие гипса при плавке более сложно, чем действие пирита, однако в большинстве случаев все же пользуются гипсом, а не пиритом, так как последний часто загрязнен медью, переходящей при плавке в никелевый штейн, а затем в металлический никель. Плавка с гипсом позволяет получить никель, не требующий дорогого электролитического рафинирования, а после плавки с загрязненным пиритом необходимо прибегать к этому способу очистки металла. Наиболее выгодно при переработке окисленных никелевых руд применять пирит, чистый по меди и не содержащий благородных металлов.

Никелевый штейн, полученный в результате плавки руды с пиритом или гипсом, содержит до 65% Fe, которое далее отделяют от никеля продувкой жидкого штейна в конвертере.

При конвертировании происходят ранее приведенные реакции избирательного окисления железа и шлакования его добавляемым в конвертер кварцем. Получаемый при этом практически чистый от железа никелевый штейн — файнштейн — можно по аналогии с белым штейном в металлургии меди назвать белым никелевым штейном. Конвертерный шлак богат никелем, его считают оборотным продуктом и возвращают в рудную плавку.

Полученный в конвертере белый штейн разливают в изложницы, затем измельчают и обжигают намертво, согласно реакции:



Порошкообразную закись никеля смешивают с древесным углем и плавят в электрической печи при температуре 1500°, получая жидкий металл. Схема переработки окисленных никелевых руд приведена на рис. 105.

Металлургия сульфидных медно-никелевых руд во многом сходна с пирометаллургией меди.

Руды с суммарным содержанием больше 4—5% меди и никеля считают богатыми; их подвергают непосредственной плавке. Бедные руды обогащают способами ручной разборки, магнитной сепарации, а главным образом способом флотации с получением коллективных или селективных концентратов.

Руды и получаемые из них концентраты содержат одни и те же минералы, поэтому к рудам и концентратам могут быть применены одни и те же способы переработки.

При нагревании руды до 400—600° еще до начала плавления халькопирит и никельсодержащие сульфиды разлагаются:



Сложная совокупность минералов превращается в смесь простых сульфидов Cu2S, Ni3S2 и FeS. При температурах, необходимых для плавления шлака, состоящего из окислов пустей породы и флюсов, сульфиды меди, никеля и железа неограниченно растворимы друг в друге; они образуют медно-никелевый штейн, отделяемый от шлака в виде более тяжелого жидкого слоя.

Если часть серы при плавке окислена или удалена предварительным обжигом, распределение меди, никеля и железа между штейном и шлаком будет зависеть от сродства этих металлов к кислороду и сере.

В условиях плавки сродство к сере, определяющее стремление металла перейти в штейн, у меди больше, чем у никеля, а у никеля больше, чем у железа. Сродство тех же металлов к кислороду убывает в обратной последовательности. При недостатке серы для сульфидирования всех металлов в штейн сначала будет переходить медь, затем никель и, наконец, часть железа. Чем больше железа перейдет в штейн, тем больше полнота сульфидирования меди и никеля, но штейн, разбавленный сернистым железом, будет бедным.

Для наиболее полного перевода никеля в штейн при плавке руды или концентрата не стремятся к полному шлакованию железа, оставляя часть его в штейне.

Кобальт по сродству к сере и кислороду занимает промежуточное положение между железом и никелем.

Расплавленный штейн продувают в конвертере, добавляя кварц. Остатки железа, окисляясь, шлакуются кварцем. Полученный конвертерный шлак возвращают в рудную плавку. Основной продукт конвертерного передела представляет собой сплав сульфидов меди и никеля, практически чистый от железа; назовем его белым медно-никелевым штейном, или по обычной терминологии — файнштейн.

Кобальт при продувке в конвертере шлакуется вместе с остатками железа в конце процесса; эту часть шлака собирают отдельно и используют для извлечения кобальта.

Платиновые металлы и золото концентрируются практически полностью в белом штейне.

Схема переработки сульфидных медно-никелевых руд приведена на рис. 106.

Имеется несколько способов получения меди и никеля из белых медно-никелевых штейнов, описываемых ниже; попутно из белого штейна извлекают и платиновые металлы.

Богатые крупнокусковые медно-никелевые руды плавят на штейн в шахтных печах, если пустая порода этих руд не слишком тугоплавка. В ряде случаев для руд, содержащих много окиси магния или другие тугоплавкие составляющие, приходится прибегать к электроплавке.

Флотационные концентраты и мелкие фракции богатых руд плавят в отражательных или электрических печах; при высоком содержании серы в этих материалах применяют предварительный обжиг.

Выбор способа плавки во многом зависит от состава сырья в местных экономических условиях, в частности, от наличия того или иного топлива и стоимости электроэнергии.



Гидрометаллургия никеля находится в стадии промышленного опробования, но перспективность ее несомненна.

Окисленные руды подвергают восстановительному обжигу при 590—690° в атмосфере генераторного газа для восстановления окисленных минералов никеля до металла. Обработанную таким образом руду выщелачивают раствором аммонийных солей, в котором металлический никель растворяется, образуя комплексные аммонийные соли. Отфильтрованный раствор продувают паром для удаления аммиака, который улавливают и возвращают в процесс. В осадок выпадают основные карбонаты никеля, которые прокаливанием превращают в закись никеля, а последнюю восстанавливают до металла.

Сульфидные руды и концентраты выщелачивают аммиаком в автоклавах в присутствии кислорода воздуха. Никель переходит в раствор, который после очистки от примесей обрабатывают также в автоклавах водородом, получая металл в виде тонкого порошка.