镍冶金概述与镍铁冶炼用原材料

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1、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：2012.6.202/22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3/281.1镍矿资源类型与分布镍矿硫化镍矿氧化镍矿深海底含镍

2、锰结核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%4114/28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5/221.1镍矿资源类型与分布氧化镍矿镁质硅酸盐型褐铁矿型中间型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%

3、B2:SiO2>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：6/221.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7/222.1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5

4、8.69，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，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：氧化物硫化物砷化物Ni2O3NiONi3O4氧化物硫化物砷化物Ni2O3NiONi3O4400~500℃继续升温8/222.2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5

5、1.38.4268.55.82008中国69515832009中国77410729/223.1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：10/283.1氧化还原热力学T↑，NiO的△Gθ↑NiO越不稳定，越易被还

6、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+BT11/223.2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。12/223.2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

7、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。13/224.金属挥发4

8、.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-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）⑴