镍
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镍是什么金属镍是一种化学元素,原子序数为28,化学符号为Ni。
它是一种过渡金属,位于周期表的d区域。
镍具有很高的融点和熔点,是一种坚硬的银白色金属,在常温下具有良好的耐腐蚀性。
镍也是世界上广泛使用的金属之一,被用于多种工业和商业应用中,包括不锈钢制造、电池制造、化学反应催化剂等。
镍在地球上的存在形式相对较少,主要以矿物镍的形式存在。
镍矿主要分为硫化镍矿和氧化镍矿两种类型。
硫化镍矿中镍的含量较高,氧化镍矿的镍含量较低。
全球主要的镍矿产国包括俄罗斯、澳大利亚、加拿大、菲律宾等。
镍是一个重要的金属材料,主要用于不锈钢制造。
不锈钢是一种具有高强度、耐腐蚀和高温性能的金属材料,广泛应用于建筑、汽车、家电等领域。
不锈钢中加入镍元素可以提高其耐腐蚀性能,并使其具有良好的机械性能。
在不锈钢中,镍的含量一般在8%至25%之间,具体含量取决于不锈钢的用途和需求。
镍还广泛用于电池制造。
镍镉电池和镍氢电池都是以镍为主要电极材料的电池类型。
镍镉电池因其高能量密度和长寿命在航空航天、军事等领域有重要应用。
镍氢电池是一种高效、环保的电池类型,被广泛应用于电动车、太阳能和风能储能系统等领域。
除了不锈钢和电池,镍还用作各种合金材料的成分。
镍合金具有优异的热膨胀性、磁性和耐腐蚀性能。
镍基合金被广泛应用于航空航天、能源、化工等高端领域。
例如,镍钛合金具有记忆效应,在医疗器械和航空领域有重要应用。
镍铬合金在高温环境下保持良好的机械性能,被广泛应用于燃气涡轮发动机中。
此外,镍还是一种重要的化学反应催化剂。
由于镍具有良好的氧化还原性质和催化活性,可以用于合成催化剂和催化反应中。
例如,镍催化剂常用于氢化反应中,如合成氨和加氢裂化等。
镍还可以参与一系列有机合成反应,如氢化、偶联和氧化反应等。
然而,镍也具有一定的毒性。
在一些情况下,接触高含镍物质可能引起镍过敏症,导致皮肤炎症和其他过敏反应。
因此,在处理和使用镍材料时,需要采取适当的安全措施,以降低对人体健康的风险。
镍概况一、镍的理化特征金属镍,化学符号Ni,原子序数28,密度8.902克/立方厘米,熔点1453℃,沸点2732℃。
镍是一种近似银白色的金属,低温时具有良好的强度和延展性,常温时在潮湿空气中表面会形成致密的氧化膜,能阻止继续氧化,镍也易与其他金属组成合金。
二、镍的主要用途镍是重要的工业金属,广泛运用于钢铁工业、机械工业、建筑业和化学工业。
具体的用途包括:第一、用作金属材料,包括制作不锈钢、耐热合金钢和各种合金;第二、用于电镀,在钢材及其他金属材料的基体上覆盖一层耐用、耐腐蚀的表面层,其防腐性比镀锌层高;第三、在石油化工的氢化过程中用作催化剂;第四、用作化学电源,制作镍氢电池、镍镉电池的原料;第五、制作颜料和染料,制作陶瓷和铁素体等新型材料。
三、镍的主要分类镍按照生产原料的不同可分为原生镍和再生镍,原生镍的生产原料来自于镍矿,再生镍的生产原料来自于含镍废料。
原生镍包括电解镍、镍铁和镍盐。
其中,电解镍根据国标GB/T6516-2010的规定,可分为Ni9999、Ni9996、Ni9990、Ni9950、Ni9920五个牌号;镍铁,又称含镍生铁,是镍和铁的合金,主要由红土镍矿进行火法冶炼烧结而成,镍铁的镍金属含量约为5%~30%,按照镍含量的不同可分为高镍生铁、中镍生铁和低镍生铁。
国际镍市场一、镍市场供应情况(一)镍矿的生产镍的矿物资源主要分为硫化镍矿和氧化镍矿(又称为“红土镍矿”)。
近年来,随着全球硫化镍矿储量的逐渐下降,红土镍矿的产量占比已经达到70%左右。
全球镍矿产量(折镍金属量)从2004年131万吨逐步增长至2013年253万吨。
其中,盛产红土镍矿的印尼和菲律宾位居全球前两位,2013年产量分别为85万吨和31万吨。
2004~2013年全球镍矿产量(万吨)数据来源:CRU(二)原生镍的生产全球原生镍产量(折镍金属量)从2004年126万吨逐步增长至2013年198万吨。
其中,中国是全球最大的原生镍生产国,俄罗斯、日本、加拿大和澳大利亚的原生镍产量分别位居世界第二到第五位。
(镍)nièㄋㄧㄝˋ◎ 一种金属元素,可用来制造货币等,镀在其他金属上可以防止生锈。
汉英互译------------------------------------------------------◎ 镍nickelEnglish--------------------------------------------------------◎ nickel◎ 镍镍niè〈名〉近似银白色、硬而有延展性并具有铁磁性的金属元素,它能够高度磨光和抗腐蚀。
主要用于合金(如镍钢和镍银)及用作催化剂(如拉内镍,尤指用作氢化的催化剂) [nickel]——元素符号Ni常用词组------------------------------------------------------- ◎ 镍币nièbì[nickel coin] 镍质的货币◎ 镍钢niègāng[nickel steel] 含镍的钢编辑本段元素名称:镍元素原子量:58.69元素类型:金属原子体积:(立方厘米/摩尔)6.59元素在太阳中的含量:(ppm)80元素在海水中的含量:(ppm)太平洋表面 0.0001地壳中含量:(ppm)80原子序数:28元素符号:Ni元素中文名称:镍元素英文名称:Nickel相对原子质量:58.69核内质子数:28核外电子数:28核电核数:28质子质量:4.6844E-26质子相对质量:28.196所属周期:4所属族数:VIII摩尔质量:59氢化物:NiH3氧化物:NiO最高价氧化物化学式:Ni2O3氧化态:Main Ni+2Other Ni-1, Ni0, Ni+1, Ni+3, Ni+4, Ni+6密度:8.902熔点:1453.0沸点:2732.0声音在其中的传播速率:(m/S)4900电离能 (kJ/ mol)M - M+ 736.7M+ - M2+ 1735.0M2+ - M3+ 3393M3+ - M4+ 5300M4+ - M5+ 7280M5+ - M6+ 10400M6+ - M7+ 12800M7+ - M8+ 15600M8+ - M9+ 18600M9+ - M10+ 21660外围电子排布:3d8 4s2编辑本段核外电子排布:2,8,16,2晶体结构:晶胞为面心立方晶胞,每个晶胞含有4个金属原子。
镍是一种近似银白色的金属,低温时具有良好的强度和延展性,常温时在潮湿空气中表面会形成致密的氧化膜,能阻止继续氧化,镍也易与其他金属组成合金。
一、镍的用途镍是重要的工业金属,广泛运用于钢铁工业、机械工业、建筑业和化学工业。
镍按照生产原料的不同可分为原生镍和再生镍,原生镍的生产原料来自于镍矿,再生镍的生产原料来自于含镍废料。
原生镍包括电解镍、镍铁和镍盐。
二、镍市场供应情况(一)镍矿的生产:镍的矿物资源主要分为硫化镍矿和氧化镍矿(又称为“红土镍矿”)。
近年来,随着全球硫化镍矿储量的逐渐下降,红土镍矿的产量占比已经达到70%左右。
全球镍矿产量(折镍金属量)从2004年131万吨逐步增长至2013年242万吨。
其中,盛产红土镍矿的印尼是全球最大的镍矿生产国,2013年产量达到85万吨。
我国镍矿的资源量有限,镍矿资源对外依存度较高。
2013年我国镍矿产量(折镍金属量)约9.2万吨,其中,甘肃省占比为80%左右,甘肃、吉林和新疆占比超过90%。
(二)原生镍的生产:全球原生镍产量(折镍金属量)从2004年126万吨逐步增长至2013年198万吨。
其中,中国是全球最大的原生镍生产国,俄罗斯、日本、加拿大和澳大利亚的原生镍产量分别位居世界第二到第五位。
我国原生镍产量(折镍金属量)从2004年7.6万吨增长至2013年71万吨,世界占比从6%上升至36%。
其中,电解镍产量从2004年不足10万吨增至2013年20万吨以上,镍铁(折镍金属量)产量2005年仅仅0.3万吨,2013年已超过40万吨。
三、镍市场需求情况全球原生镍消费量从2004年127万吨增加至2013年181万吨。
其中,中国是全球最大的原生镍消费国,2013年消费占全球的比例高达48%,美国、日本、韩国和德国的原生镍消费量分别位居世界第二到第五位。
我国原生镍消费量从2004年15万吨增加到2013年87万吨,占世界总消费量的比例从2004年12%上升至2013年48%,是全球最大的原生镍消费国。
一种金属元素,可用来制造货币等,镀在其他金属上可以防止生锈。
熔点:1453.0沸点:2732.0声音在其中的传播速率:(m/S)4900电离能(kJ/ mol)M - M+ 736.7M+ - M2+ 1735.0M2+ - M3+ 3393M3+ - M4+ 5300M4+ - M5+ 7280M5+ - M6+ 10400M6+ - M7+ 12800M7+ - M8+ 15600M8+ - M9+ 18600M9+ - M10+ 21660外围电子排布:3d8 4s2核外电子排布:2,8,16,2晶体结构晶胞为面心立方晶胞,每个晶胞含有4个金属原子。
晶胞参数:aa = 352.4 pmb = 352.4 pmc = 352.4 pmα = 90°β = 90°γ = 90°莫氏硬度:4颜色和状态:银白色金属原子半径:1.246常见化合价:+2,+3发现人:克朗斯塔特发现时间和地点:1751 瑞典元素来源:镍黄铁矿[(Ni,Fe)9S8]元素用途合价2和3。
电离能为7.635电子伏特。
质坚硬,具有磁性和良好的可塑性。
有好的耐腐蚀性,在空气中不被氧化,又耐强碱。
在稀酸中可缓慢溶解,释放出氢气而产生绿色的正二价镍离子Ni2+;对氧化剂溶液包括硝酸在内,均不发生反应。
镍是一个中等强度的还原剂。
一、我国镍矿资源状况截至1995年末,我国已探明镍矿区84处,分布于全国18个省、自治区。
镍的保有储量为785.31万t,其中A+B+C级占储量的47.9%,为376.39万t。
如以我国的工业储量(A+B+C级)与西方国家的储量基础相比,我国在古巴(储量基础2300万t)、新喀里多尼亚(储量基础1500万t)、加拿大(储量基础1400万t)、印度尼西亚(储量基础1300万t)、菲律宾(储量基础1100万t)、俄罗斯(储量基础730万t)、澳大利亚(储量基础680万t)、巴西(储量基础430万t)之后,位居世界第9位。
镍的主要物理化学性质为:
相对原子质量58.71
密度/(g/cm3) 8.91
熔点/℃1455
沸点/℃2910
摩尔热容(25℃时)/(J/(mol.C)) 25.51
电阻率(0℃时)/(Ω•cm)6.14×10-6
纯镍呈银白色,镍能与一些元素形成化合物。
镍与碳可以形成Ni3C,在380℃以上时分解成镍和碳。
但是看来液体中的Ni3C,直到2 000℃以上是稳定的。
镍与硅可形成一系列硅化物,如Ni3Si、Ni5Si2、Ni2Si、Ni3Si2、NiSi和NiSi2。
镍和氧能形成NiO,NiO系菱面体晶,加热至200℃以上时则变成立方晶。
氧在固态镍中的熔解度,随温度的升高而下降。
镍与硫可以形成Ni3S2、Ni6S5、Ni7S6、NiS、Ni3S4和NiS2等硫化镍。
在工业镍铳中,找不到存在于自然界中的硫化镍NiS和NiS2,因为这两种硫化镍在熔点以下就早已分解了。
镍和铁在γ区内形成连续固溶体。
液相线在1436℃下,含镍65%-72%时,出现一个不很明显的最低点。
镍可以扩大γ区,在固态时,分成数个相,回火时从这数个相中,都可形成FeNi3。
在图29-1中可以看出镍铁合金中的居里点的变化,α-镍在360℃以下为面心立方晶,β-镍在1130℃以下为六方晶,γ-镍在熔点之前为立方晶。
冶炼方法:
现代生产镍的方法主要有火法和湿法两种。
根据世界上主要两类含镍矿物(含镍的硫化矿和氧化矿)的不同,冶炼处理方法各异。
含镍硫化矿目前主要采用火法处理,通过精矿焙烧反射炉(电炉或鼓风炉)冶炼铜镍硫吹炼镍精矿电解得金属镍。
氧化矿主要是含镍红土矿,其品位低,适于湿法处理;主要方法有氨浸法和硫酸法两种。
氧化矿的火法处理是镍铁法。
工艺操作:
硫化镍精矿的火法冶炼
硫化镍精矿的火法冶炼流程如图29-2所示。
其主要工艺特点如下:
(1)熔炼。
镍精矿经干燥脱硫后即送电炉(或鼓风炉)熔炼,目的是使铜镍的氧化物转变为硫化物,产出低冰镍(铜镍锍),同时脉石造渣。
所得到的低冰镍中,镍和铜的总含量为8%-25%(一般为13%-17%),含硫量为25%。
(2)低冰镍的吹炼。
吹炼的目的是为了除去铁和一部分硫,得到含铜和镍70%-75%的高冰镍(镍高硫),而不是金属镍。
转炉熔炼温度高于1230℃,由于低冰镍品位低,一般吹炼时间较长。
(3)磨浮。
高冰镍细磨、破碎后,用浮选和磁选分离,得到含镍67%-68%的镍精矿,同时选出铜精矿和铜镍合金分别回收铜和铂族金属。
镍精矿经反射炉熔化得到硫化镍,再送电解精炼或经电炉(或反射炉)还原熔炼得粗镍再电解精炼。
(4)电解精炼。
粗镍中除含铜、钻外,还含有金、银和铂族元素,需电解精炼回收。
与铜电解不同的是这里采用隔膜电解槽。
用粗镍做阳极,阴极为镍始极片,电解液用硫酸盐溶液硫酸盐和氯化盐混合溶液。
通电后,阴极析出镍,铂族元素进入阳极泥中,另行回收。
产品电镍纯度为99.85%-99.99%。
用火冶法处理氧化镍制取镍铁和金属镍
硅酸氧化矿可以用火冶法熔炼,经还原、熔化和精炼得到镍。
还原时要争取使氧化镍完全变为金属镍。
熔化时流言蜚语镍铁将同较轻的渣分开。
镍铁的含镍量取决于部分还原过程的选择能力。
采用焦炭作还原剂,也可采用硅铁作还原剂。
为了除去粗镍铁中的杂质碳、硫、磷和铬,必须进行精炼。
在电炉中用碳直接部分还原炼制镍铁
在矿热炉中采用碳热法将矿石还原成镍铁,随后进行精炼。
所用矿石的成分为:Ni2.8%,CoO0.06%,Fe13%,Cr2O32%,MgO24%,SiO239%,化合水12%。
这种矿石经干燥后,放在回转窑内预热到750℃左右。
重油的消耗量为每吨干矿石65-85L。
在经预热的热矿石中,加入约4%的焦粉,然后即将这种混合料,放在还原电炉中冶炼。
在矿热炉的容量为12500kV.A,电极直径1250mm,炉膛内径11m。
冶炼时每吨矿石的耗电量为600kW.h。
每天可冶炼450t矿石,镍铁出炉温度为1500℃,出渣温度为1600℃。
炉料中9 0%以上的镍回收到成分为Ni+Co24%,Si3%,C2%,Cr1.6%,P0.03%的粗镍铁中。
在铸桶中用苏打处理两次而将硫除掉,在酸性转炉中把铬、硅、碳和磷吹掉。
精炼好的镍铁大约1650℃时出炉,铸成约20kg重的锭块。
最终产品含Ni+Co29%,C0.02%,Cr0.02%,余量为铁。
用冶炼镍锍的方法制取镍丸
采用的方法是,先将矿石作成球团,经烧结后同焦炭和石膏一起加到低炉身电炉中进行还原冶炼。
硫酸钙被还原后,与镍和铁反应生成硫化物。
约含Ni27%,Fe60%,S10%的铁镍锍,同附加料一起装在转炉中用空气吹炼,使铁渣化,成为约含有Ni78%,S22%的贫铁镍锍。
然后采用流化床法在回转窑中将硫焙烧到0.005%以下。
这种氧化镍经磨细加糊加粘合剂混合后压成3cm×2cm的圆柱形料块。
为种料块经干燥后混加大量木炭,放在加热的立式碳化硅马弗炉中,于约1300下用一氧化碳还原,这种炉子与锌竖罐法用的炉子相似。
生产出镍粒约含Ni99%,Cu0.07%,Co0.5%,Fe0.1%,C0.04%,S0.004%。
用硅铁部分还原的方法冶炼镍铁
矿石经在回转窑中干燥后,进行分级,并除掉低品位的粗块,这时的成分大致为:Ni1. 65%,Co0.02%,Fe12%,SiO250%,MgO25%,Cr2O31.5%,Al2O31.3%,化合水7%。
干燥的矿石经破碎后,筛出小于0.08mm的筛下料,并放在多层焙烧炉中进行预焙烧。
筛上料则放在用煤气加热的回转窑中,加热到700℃左右,以除去水分和预热矿石。
加热好的热料即送到炉前料仓内,接着再从料仓将料装入14000kV.A开口式电炉中,电炉自焙电极直径约1000mm,并配有水冷炉壁。
冶炼每吨矿石的耗电量约为760kW.h,电极消耗量为5kg。
往熔化的氧化矿和金属的混合液中添加一种强还原剂,并将矿石、还原剂和液态金属充分混合。
还原剂采用含硅50%的硅铁。
熔池的搅动是通过在两个铸桶间的快速倒来倒去的方法实现的。
其还原顺序如下:
(2Fe2O3)+[FeSi]=4(FeO)+(SiO2)+[Fe]
(2NiO)+[FeSi] =2[Ni]+[Fe]+( SiO2)
(2FeO)+[FeSi]=3[Fe]+(SiO2)
硅铁中的铁直接进入金属相。
来自前步工序的1650℃的液态矿石、硅铁(1.5L/kg液态矿石中的镍)和镍铁,采用在两个铸桶(叫做“跳转混合器”)间倒来倒去的方法进行混合。
同硅铁的反应是放热的,所以可防止温度在混合时下降得过多。
每操作一次可生产出400kg 镍铁,因而在2500kV.A的电炉中要定期装入4000kg精矿用的炉料。
粗镍铁含磷达0.4%,这些磷可在电弧炉中,采用氧化钙含量很高的渣,用铁矿石氧化成P2O5后除掉。
液态镍铁用硅铁脱氧后铸成13kg重的锭,其大致成分如下,Ni48%,S0.00 5%,P0.01%,C0.02%,Cr0.02%,Si0.9%,Co0.5%,Cu0.1%,其余为铁。