鎳冶金概述與鎳鐵冶煉用原材料[1](精)課件

1、1/22鎳冶金概述與冶煉用原材料 報(bào)告單位： 技術(shù)部 技術(shù)一課 報(bào) 告 人： 陳錦輝 制成工程師 報(bào)告日期： 2012.6.20 2/22大 綱1. 鎳礦資源概述 1.1 鎳礦資源類型與分布 1.2 世界主要產(chǎn)鎳國(guó)與儲(chǔ)量 2. 鎳的性質(zhì)與消費(fèi) 1.2 鎳的性質(zhì)與用途 1.3 鎳的市場(chǎng)消費(fèi)結(jié)構(gòu) 3. 金屬氧化還原基本理論 3.1 氧化還原熱力學(xué) 3.2 氧化還原動(dòng)力學(xué) 4. 金屬揮發(fā) 4.1 金屬揮發(fā)作用與影響 4.2 金屬揮發(fā)之衡量參考 4.3 Dalton的經(jīng)驗(yàn)式 5. 鎳鐵冶煉用原材料 5.1 原材料分類 5.2 主爐料 5.3 冶金輔料 6. 結(jié)論 3/281. 1 鎳礦資源類型與分布鎳

2、礦硫化鎳礦氧化鎳礦深海底含鎳錳結(jié)核鎳礦類型：鎳礦分布：類型分布儲(chǔ)量/億噸平均鎳含量鎳儲(chǔ)量/億噸硫化鎳礦亞歐非和大洋洲、北美洲1050.580.62紅土鎳礦主要分布在赤道南北30度內(nèi)1261.281.6深海底含鎳錳結(jié)核各大洋底部估計(jì)300001.37 %4114/28深海底含鎳錳結(jié)核硫化鎳礦紅土鎳礦1. 1 鎳礦資源類型與分布5/221. 1 鎳礦資源類型與分布氧化鎳礦鎂質(zhì)硅酸鹽型褐鐵礦型中間型氧化鎳礦的三種類型：類型成分適合冶煉類型鎂質(zhì)硅酸鹽型A:Fe 8%-12%SiO2 40%-48%MgO 25%-35%火法褐鐵礦型Fe30%B1: SiO225%濕法中間型Fe 12%-25%C1: M

3、gO 20%-35%C2: MgO 10%-25%濕法、火法氧化鎳礦成分差異及冶煉類型：6/221. 鎳礦資源概述國(guó)家可靠?jī)?chǔ)量/kt估計(jì)儲(chǔ)量/kt新喀里多尼亞1400015000加拿大82008500俄羅斯80008100菲律賓55005600澳大利亞52005600古巴32003400美國(guó)多為伴生2700印度尼西亞23002500希臘21002400注：未計(jì)入錳結(jié)核資源1.2 世界主要產(chǎn)鎳國(guó)及儲(chǔ)量7/222.1 鎳的性質(zhì)與用途銀白色金屬，第族元素，原子序數(shù)28，原子量58.69，熔點(diǎn)1455，沸點(diǎn)2730，具磁性。不易生銹，抵抗苛性堿腐蝕，空氣中形成 NiO薄膜，高溫性能好，700800不氧

4、化，化學(xué)性能穩(wěn)定。自然界鎳的三種基本形態(tài)：鎳的性質(zhì)：氧化物硫化物砷化物Ni2O3NiONi3O4氧化物硫化物砷化物Ni2O3NiONi3O4400500繼續(xù)升溫8/222.2 鎳的市場(chǎng)消費(fèi)結(jié)構(gòu)國(guó)際上鎳用于生產(chǎn)不銹鋼上占總消費(fèi)的65%，中國(guó)在07到09年不銹鋼的鎳消費(fèi)比例逐年上漲。年份國(guó)別消費(fèi)結(jié)構(gòu)/%不銹鋼電池電鍍合金及鑄造有色金屬及合金化學(xué)品其他2007國(guó)際658125102007中國(guó)51.38.4268.55.82008中國(guó)69515832009中國(guó)77410729/223.1 氧化還原熱力學(xué)G：生成吉布斯自由能（標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯自由能）指定溫度及標(biāo)準(zhǔn)壓力下，穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol某物質(zhì)時(shí)的

5、吉布斯自由能變量。（穩(wěn)定單質(zhì)G為零）. 某金屬氧化物G值越小或越負(fù):該元素其被氧化傾向越大，氧化物越穩(wěn)定，不容易被還原。. 某金屬氧化物G值越大或越正:則該元素氧化傾向越小，氧化物越不穩(wěn)定，越容易被還原。生成吉布斯自由能概述：10/283.1 氧化還原熱力學(xué)T，NiO的G NiO越不穩(wěn)定，越易被還原（因此高溫下鎳的氧化物更容易還原成鎳）。G與溫度T關(guān)系：G=A+BT11/223.2 氧化還原動(dòng)力學(xué) 金屬氧化過程三個(gè)環(huán)節(jié)：外擴(kuò)散： 氧由氣相通過邊界層向氧-氧化膜界面擴(kuò)散（靠濃度差擴(kuò)散）。內(nèi)擴(kuò)散： 氧通過固體氧化膜向氧化膜-金屬界面擴(kuò)散。結(jié)晶化學(xué)反應(yīng)： 在金屬-氧化膜界面上，氧和金屬發(fā)生界面化學(xué)反

6、應(yīng)，金屬晶格變成金屬氧化物晶格。12/223.2 氧化還原動(dòng)力學(xué) 限制性環(huán)節(jié)討論：a). 外擴(kuò)散：一般不是限制性環(huán)節(jié)，因?yàn)榻饘偃蹮掃^程中，氣流速度較快，常常 高于形成邊界層的臨界速度。b). 內(nèi)擴(kuò)散：氧化物的分子體積大于此金屬原子體積時(shí)，氧化膜致密， 隨氧化膜 增厚，氧擴(kuò)散阻力增大，限制性環(huán)節(jié)為內(nèi)擴(kuò)散（如鋁硅鎳等大多數(shù)金屬）。c). 結(jié)晶化學(xué)反應(yīng)：相反若小于，則氧化膜疏松多孔，氧擴(kuò)散阻力較小，限制性 環(huán)節(jié)為結(jié)晶化學(xué)反應(yīng)，此時(shí)氧化速度為一常數(shù)（如堿金屬鋰、鎂等）。 一般性結(jié)論與應(yīng)用： 一般認(rèn)為，低溫下氧化過程受化學(xué)反應(yīng)控制，而高溫下化學(xué)反應(yīng)速度迅速增 大，大大超過擴(kuò)散速度，因此高溫下反應(yīng)過程由動(dòng)

7、力學(xué)區(qū)轉(zhuǎn)移到擴(kuò)散區(qū) 。此 時(shí)氧化速度與反應(yīng)溫度、反應(yīng)面積及氧的濃度有關(guān)。 在合金熔體中，加入少量使氧化膜致密化的合金元素，能改變?nèi)垠w氧化行為 降低氧化燒損。13/224. 金屬揮發(fā)4.1 金屬揮發(fā)之作用與影響： 精煉提純，熔煉時(shí)使金屬成分損失，污染環(huán)境。4.2 金屬揮發(fā)之衡量參考： 蒸汽壓（越高越易于揮發(fā)），沸點(diǎn)、蒸發(fā)熱（越低越易于揮發(fā)）4.3 Dalton的經(jīng)驗(yàn)式： uv=(p0Me-pMe)b/p （uv：揮發(fā)速率 p:體系外部壓力 p0Me:元素蒸氣壓 pMe:元素實(shí)際蒸氣分壓 b:常數(shù)） p，揮發(fā)速率（應(yīng)用：真空熔煉） (p0Me-pMe)=0 分別表現(xiàn)為蒸發(fā)、平衡、凝聚 影響因素：溫

8、度、揮發(fā)表面積（ ，元素蒸氣壓 ，促進(jìn)揮發(fā)） 蒸發(fā)空間體積、傳質(zhì)速度（，元素實(shí)際蒸氣分壓 ，促進(jìn)揮發(fā)）14/225. 鎳鐵冶煉用原材料鎳鐵冶煉用原材料主爐料冶金輔料5.1 原材料分類：15/22主爐料氧化鎳礦含鎳鐵返回料5.2 主爐料 主爐料分類：16/22 含鎳鐵返回料根據(jù)入爐成分要求，可與新礦搭配利用。包括：合金冶煉產(chǎn)生的除塵灰、含鎳不銹鋼、含鎳材料的打磨屑、鍍鎳泥等 。 氧化鎳礦氧化鎳礦 （含水30%左右 ）干燥窯干燥（含20%左右結(jié)晶水） 回轉(zhuǎn)窯煅燒 （充分排水、60%-90%的鐵質(zhì)變?yōu)镕eO、 10%的鐵被還原成金屬鐵、0-40%鎳被還原成金屬鎳） 5.2 主爐料礦熱爐熔煉 含鎳不銹

9、鋼氧化鎳礦 17/225.3 冶金輔料冶金輔料 無煙煤（還原劑）石灰石（溶劑） 膨潤(rùn)土 （造球粘結(jié)劑） 冶金輔料分類： 煤炭分類及用途：無煙煤：按煤化程度高低，可用于還原劑或燃料等。煙煤：可作為煉焦、燃料等。褐煤：主要作為原材料制造其它工業(yè)產(chǎn)品，如活性炭、化肥等。 無煙煤：過去氧化鎳礦焙燒處理多用低硫、低灰分、高發(fā)熱值的焦煤。為節(jié)約焦煤和改善工藝效果，目前多用無煙煤代替或部分代替。對(duì)其煤質(zhì)要求為：灰分15% 硫分1.5%磷分0.04%5.3 冶金輔料無煙煤煙煤褐煤19/22 煤質(zhì)指標(biāo)分級(jí)：5.3 冶金輔料等級(jí)固定碳/%揮發(fā)份/%灰分/%水分/%硫分/%磷分/%低分6020 15 5 1.535

10、25-40152.5-40.1級(jí)別發(fā)熱量/KJkg-1塊煤強(qiáng)度（大于25mm）/%黏結(jié)性（膠質(zhì)層最大厚度）/mm熱穩(wěn)定性KP6/%高值25121-29308高強(qiáng)65強(qiáng)黏20好30中值18841-25121中強(qiáng)50-65中黏10-20中等30-45低值12560-18841低強(qiáng)30-50弱黏6045-602h吸水率/%120100-120膨脹倍數(shù)128-12粒度小于0.074mm(-200目)的占99%以上水分/%小于10%硫分/%小于0.5%膨潤(rùn)土22/226. 總結(jié)隨硫化鎳礦的長(zhǎng)期消耗日益枯竭，儲(chǔ)量豐富的氧化鎳礦冶煉鎳鐵極具市場(chǎng)前景。深入研究金屬氧化還原的基本原理對(duì)制定合理的金屬提取和精煉方法，開發(fā)研制相關(guān)的工藝，預(yù)見性地控制生產(chǎn)過程具有重要的作用。原材料的質(zhì)量及供應(yīng)條件直接