Особенности производства стали

Свойства никеля

Никель относится к переходным металлам первого длинного периода и в периодической системе Д.И. Менделеева располагается в VIIIA подгруппе вместе с железом и кобальтом.

Никель кристаллизуется в кубической гранецентрированной решетке с периодом при комнатной температуре, равным 0,352387 нм. Атомный диаметр никеля – 0,248 нм. Плотность никеля (8,897 г/см3) почти такая же, как у меди, и в два раза превышает плотность титана, так что никель относят к числу тяжелых цветных металлов.

Физические свойства никеля приведены в табл. 7. Скрытая теплота плавления никеля примерно такая же, как у магния, и несколько больше, чем у алюминия. Его удельная теплоемкость сравнительно невелика и лишь немного превышает теплоемкость меди. Удельная электро- и теплопроводность никеля меньше, чем у меди и алюминия, но значительно превышает электро- и теплопроводность титана и многих других переходных металлов. Модули упругости у никеля примерно такие же, как у железа.

Никель – ферромагнитный металл, но его ферромагнетизм выражен значительно меньше, чем у железа и кобальта. Точка Кюри для никеля составляет 358 ˚С, выше этой температуры никель переходит в парамагнитное состояние.

Чистый никель – металл серебристого цвета. При высокотемпературном окислении никеля образуются два оксидных слоя: внутренний – светло-зеленый и внешний – темно-зеленый. Два этих слоя состоят из оксида, но отличаются количеством кислорода.

Никель характеризуется более высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях по сравнению с другими техническими металлами, что обусловлено образованием на его поверхности тонкой и прочной защитной пленки. Никель обладает достаточной устойчивостью не только в пресной, но и в морской воде. Минеральные кислоты, особенно азотная, сильно действуют на никель. Щелочные и нейтральные растворы солей на никель влияют незначительно даже при нагревании, в кислых растворах солей он корродирует довольно сильно. В концентрированных растворах щелочей никель устойчив даже при высоких температурах.

Никель при комнатной температуре не взаимодействует с сухими газами, но присутствие влаги заметно повышает скорость его коррозии в этих средах. Никель, загрязненный кислородом, склонен к водородной болезни.

Стадии пирометаллургического производства меди

Общие способы получения метала из руды

Промышленное получение меди с использованием пирометаллургического способа имеет преимущества перед другими методами:

• технология обеспечивает высокую производительность – с ее помощью можно получать метал из породы, в которой содержание меди даже ниже 0,5%;
• позволяет эффективно перерабатывать вторичное сырье;
• достигнута высокая степень механизации и автоматизации всех этапов;
• при его использовании значительно сокращаются выбросы вредных веществ в атмосферу;
• метод экономичный и эффективный.

Обогащение

Схема обогащения руды

На первом этапе производства необходимо подготовить руду, которую доставляют на обогатительные комбинаты прямо с карьера или шахты. Часто встречаются большие куски породы, которые предварительно нужно измельчить.

Происходит это в огромных дробильных агрегатах. После дробления получается однородная масса, с фракцией до 150 мм. Технология предварительного обогащения:

• в большую емкость засыпается сырье и заливается водой;
• затем добавляется кислород под давлением, чтобы образовалась пена;
• частицы металла прилипают к пузырькам и поднимаются наверх, а пустая порода оседает на дне;
• далее, медный концентрат отправляется на обжиг.

Обжиг

Этот этап направлен на то, чтобы максимально снизить содержание серы. Рудную массу помещают в печь, где устанавливается температура 700–800оС. В результате термического воздействия содержание серы сокращается в два раза. Сера окисляется и испаряется, а часть примесей (железа и других металлов) переходит в легкошлакуемое состояние, которое облегчит в дальнейшем плавку.

Обжиг руды для снижения уровня серы

Этот этап можно опустить, если порода богатая и содержит после обогащения 25–35% меди, его используют только для бедных руд.

Плавка на штейн

Технология плавки на штейн позволяет получить черновую медь, которая различается по маркам: от МЧ1 – самая чистая до МЧ6 (содержит до 96% чистого металла). В ходе процесса плавки, сырье погружается в специальную печь, в которой температура поднимается до 1450оС.

Технология переработки медной руды и получение черной меди

После расплавления массы она продувается сжатым кислородом в конвертерах. Они имеют горизонтальный вид, а дутье осуществляется через боковое отверстие. В результате продува сульфиды железа и серы окисляются и переводятся в шлак. Тепло в конвертере образуется за счет протекания раскаленной массы, он дополнительно не нагревается. Температура при этом составляет 1300оС.

Общая схема выплавки меди

На выходе из конвертера получают черновой состав, который содержит до 0,04% железа и 0,1% серы, а также до 0,5% прочих металлов:

• олова;
• сурьмы;
• золота;
• никеля;
• серебра.

Такой черновой металл отливается в слитки массой до 1200 кг. Это так называемая анодная медь. Многие производители останавливаются на этом этапе, реализуют такие слитки. Но поскольку часто производство меди сопровождается добычей драгоценных металлов, которые содержатся в руде, то на обогатительных комбинатах используется технология рафинирования чернового сплава. При этом выделяются и сохраняются прочие металлы.

Рафинирование с использованием катодной меди

Технология получения рафинированной меди довольно простая. Ее принцип используют даже для чистки медных монет от окислов в домашних условиях. Схема производства выглядит следующим образом:

Слитки рафинированной меди

• черновой слиток помещается в ванну с электролитом;
• в качестве электролита используется раствор со следующим содержанием:
  • сульфат меди – до 200 г/л;
  • серная кислота – 135–200 г/л;
  • коллоидные добавки (тиомочевина, столярный клей)– до 60 г/л;
  • вода.
• температура электролита должна быть до 55оС;
• помещаются в ванну пластины катодной меди – тонкие листы чистого металла;
• подключается электричество. В это время происходит электрохимическое растворение металла. Частицы меди концентрируются на катодной пластине, а прочие включения оседают на дне и называются шлам.

Весь процесс электролиза протекает в течение 20–28 суток. За этот период вынимают катодную медь до 3–4 раз. Вес пластин получается до 150 кг.

Как это делается: добыча меди

В процессе рафинирования, на катодной меди могут образовываться дендриты – наросты, которые сокращают расстояние до анода. В результате чего снижается скорость и эффективность реакции. Поэтому, при возникновении дендритов, их незамедлительно удаляют.

Какими свойствами обладает латунь?

Температура плавления соединения варьируется от 880 до 950 градусов. Начальная точка плавления зависит от процентного соотношения меди цинка. Чем последнего больше тем соответственно температура плавления ниже. Кроме того он превосходно поддается как механической обработке так и кузнечной ковке. Так же он достаточно хорошо противодействует коррозийным процессам. Благодаря высокой степени пластичности при низких температурах, латунь является хорошим конструкционным материалом.

Наравне с положительными качествами у нее имеются и недостатки:

• Боится морской воды.
• Разрушается под воздействием углекислотных растворов и органических кислот.
• При взаимодействии с воздухом темнеет, поэтому требует дополнительной обработки лаком.

В зависимости от предназначения латунного сплава, он делится на три вида, которые кроме общих свойств имеют и свои собственные:

Деформируемые металлы (Томпак). В такой металле количество цинка не превышает 10 процентов. Данный сплав отличается пластичностью высоким антикоррозийным показателем и низкой силой трения. Томпак легко сваривается с железом.
Литейная латунь. Такое название получила благодаря низкой температуре плавления, что позволяет заливать ее в специальные формы. Содержание цинка колеблется в пределах 50 — 80 процентов. Такой уникальный сплав не подвержен изменению поверхности из-за трения и имеет высокие прочностные характеристики.
Автоматный цветной металл. В такой металл в качестве легирующего компонента обязательно добавляется свинец

Сплав хорошо переносит механическую обработку и при этом стружка отходит небольшими частицами, благодаря чему увеличивается скорость обработки и уменьшается износ резцов, что очень важно при больших объемах работ.

Для придания особых свойств в латунь добавляются легирующие компоненты, каждый из которых изменяет структуру состава и усиливает его определенные качества:

• Алюминий. На поверхности изделия создается оксидная пленка снижающая «летучесть» сплава.
• Магний. Применяется в совокупности с алюминием и железом, для придания повышенных прочностных характеристик и антикоррозийных свойств.
• Никель. Не дает развиваться окислительным процессам.
• Свинец. Улучшает ковкость и пластичность сплаву, делает пригодным для механической обработки.
• Кремний. Улучшает прочность сплава.
• Олово. Благодаря олову латунь можно использовать в морской воде.

Схемы обогащения сульфидных руд

На фабриках применяют в основном три группы схем: флотации с получением коллективного медно-никелевого концентрата, коллективной флотации сульфидов с последующим разделением полученного концентрата на медный и никелевый и комбинированные магнитно-флотационные схемы с получением как коллективных, так и одноименных концентратов.

Схема коллективной флотации минералов меди и никеля из исходной руды без последующего разделения коллективного концентрата (рис. 3.5) обычно применяется, если отношение содержания меди к никелю в концентрате не превышает 2. Разделение металлов в этом случае осуществляется при металлургическом переделе концентратов. Если отношение содержаний меди к никелю превышает 2, то коллективный концентрат подвергается разделению. В процессе селективной флотации получают медный, никелевый, никель-пирротиновый и иногда самостоятельный пирротиновый концентрат.

Рис. 3.5. Принципиальная технологическая схема обогащения медно-никелевых руд на фабрике «Замбейлз»

При использовании схем с предварительной коллективной флотацией минералов меди и никеля легче устранить загрязнение концентрата тугоплавкой породой, повысить комплексность использования сырья за счет попутного извлечения металлов платиновой группы, золота, серебра и кобальта в цикле коллективной флотации благодаря использованию сильных реагентов-собирателей без применения какого-либо специального оборудования или с использованием, например, шлюзов для улавливания крупных зерен металлов платиновой группы. По этой схеме легче осуществить стадиальное обогащение с межцикловой флотацией в рудном цикле и раздельную флотацию песков и шламов при переработке шламистых медно-никелевых руд. По этим причинам схемы, предусматривающие предварительное получение коллективных медно-никелевых или медно-никелево-пирротиновых концентратов, получили в настоящее время широкое распространение на фабриках.

Комбинированные магнитно-флотационные схемы переработки медно-никелевых руд (рис. 3.6) применяют при наличии в рудах значительных количеств никеля и меди, тесно связанных с выделениями сильномагнитных (моноклинных) разновидностей пирротина.

Рис. 3.6. Принципиальная технологическая схема обогащения медно-никелевых руд на фабрике «Камбалда»

Обогащение медно-никелевых руд осуществляют обычно по разветвленным схемам. Улучшению показателей селективной флотации минералов, снижению потерь металлов в пирротиновом концентрате и отвальных хвостах способствуют:

• применение предварительной концентрации руд, характеризующихся наличием крупных выделений сульфидов в них, с использованием методов гравитации (в тяжелых суспензиях, на отсадочных машинах, винтовых сепараторах и т. д.), магнитной сепарации и флотоотсадки;
• использование процессов самоизмельчения и рудногалечного измельчения во второй стадии измельчения (см. рис. 3.6);
• применение раздельной флотации песков и шламов (см. рис. 3.5) и развитие стадиальности обогащения в связи с легкой шламуемостью, окисляемостью и обычно неравномерной вкрапленностью сульфидов никеля и никеленосного пирротина.

Схемы циклов флотационного извлечения минералов никеля отличаются простотой: они состоят из одной, двух, редко трех операций, что объясняется легкой окисляемостью никельсодержащих минералов, приводящей к их депрессии.

Производство

Обработка и производство никеля различаются в зависимости от исходного сырья. Так, для работы с магнезиальными рудами обработка и производство включают электроплавку. Вызвано это в первую очередь тем, что указанная руда является тугоплавкой. Также часто обработка и производство основываются на гидрометаллургических методах. При этом обработка и производство никеля включают воздействие на сырье различными щелочами и кислотами.

Сегодня обработка и производство никеля и основано на методе переплава с продувкой кислородом. Это обеспечивает оптимальное растворение легирующих элементов, содержащихся в шихте. Следует учесть, что в дуговых печах при плавке без окисления происходит науглероживание металла электродами, это требует, минимального исходного содержания углерода. Это ограничивает использование высоколегированных отходов и вынуждает включать в состав шихты малоуглеродистое и очищенное от примесей фосфора и серы сырьё, которое повышает себестоимость конечного продукта. Многие сплавы на никелевой основе называют «суперсплавами», поскольку их превосходные свойства очень высоко ценятся в аэрокосмической отрасли, а также широко используются в качестве элементов силовых установок.

Обработка давлением

Особенности обработки никеля регламентируются не только требованиями к изделию, но и применяемым оборудованием. Также стоит отметить характеристики самого материала. Предел прочности никеля по показателям уступает лишь титану. Но вместе с тем он обладает также высокими параметрами жаропрочности

Очень важно чтобы процесс производства никеля был направлен на улучшение свойств материала и при этом способствовал его обрабатываемости. Процесс обработки давлением подразделяют на два вида — неударный и ударный:

прокаткой, прессованием и волочением получают полуфабрикаты постоянного сечения: проволоку, пруток, лист, ленту. Они применяются в качестве заготовок для последующего формоизменения.

ковкой и штамповкой получают детали приближённой формы, которые требуют дополнительной доработки для придания им окончательных размеров и получения поверхности заданного качества.

Окислительный обжиг концентрата

Флотационные никелевые концентраты подвергают окислительному обжигу с целью получения NiO. Обжиг ведут в печах кипящего слоя, процесс является автогенным, воздух иногда обогащают кислородом, поддерживая температуру процесса в пределах 1100—1200 °С. Основными реакциями являются окисление никеля и серы сульфида Ni3S2 и образование при этом NiO и SO2.

Горячий оксид никеля (огарок) из печи кипящего слоя выпускают в трубчатый реактор, куда добавляют кокс, обеспечивающий восстановление части NiO, что уменьшает расход электроэнергии при последующей плавке на черновой никель.

Восстановительная плавка монооксида никеля. Монооксид Ni подвергают восстановительной плавке по технологии, близкой к переработке никелевого файнштейна на огневой Ni с тем отличием, что в печи не наводят шлак для удаления в него серы.

Полученный в печи жидкий черновой никель разливают на карусельной разливочной машине в плоские слитки — аноды массой ~ 300 кг. Анодный никель сожержит 88-92 % Ni и 11-17 видов примесей (элементы, содержавшиеся в файнштейне, и некоторые оксиды и сульфиды).

Процесс производства

Производится сталь плавкой. Исходным сырьем служат чугун, лом самой стали или чугуна, окатыши, флюсы и ферросплавы.

Сам чугун по природе – недостаточно твердый и хрупкий материал, поэтому имеет ограниченное применение.

Однако, он незаменим в качестве сырья для получения стали. Суть плавки состоит, в случае применения передельного чугуна, в снижении процентного содержания углерода в нем до требуемого уровня.

Выводятся не предусмотренные в конечной рецептуре примеси. Традиционный состав шихты представляет 55% чугуна и 45% стального лома (скрапа). Существует также рудный процесс, когда к компонентам добавляется рудный материал или скрап-процесс для переработки отходов машиностроительного производства.

Чтобы в процессе плавки примеси и углерод легче выводился из состава компонентов, они переводятся в газы и шлак. В первую очередь при взаимодействии чугуна с кислородом железо окисляется, образуя закись железа FeO.

Одновременно окисляются C, Si, Mn и P, при этом происходит отдача кислорода оксидом железа химически активным примесям. К массе шихты добавляют флюс для лучшего растворения металла: известняк или известь, боксит. В качестве топлива используют каменноугольную пыль, жидкий мазут, природный или коксовый газ.

Соединения никеля

Никель образует множество различных соединений, как органических, так и неорганических, каждое из которых применяется в определенных областях человеческой деятельности.

Неорганические соединения никеля

Среди таковых стоит отметить оксиды. В частности его монооксид, образование которого происходит в результате реакции металла и кислорода при достаточно высокой температуре, превышающей 5000С, используется в качестве материала, из которого изготавливают краски и эмали в керамическом и стекольном производстве. А при производстве анодов, которые применяются в щелочных аккумуляторах, используется сесквиоксид никеля Ni2O3. Для его получения нитрат никеля или хлорат никеля подвергают очень медленному нагреванию.

Не последнее место отводится и гидроксидам никеля. Например, Ni(OH)2 образуется в результате воздействия щелочей на водные растворы солей никеля. Для данного гидроксида характерен светло-зеленый цвет. Из гидроксида никеля под воздействием окислителя в щелочной среде образуется гидратированный оксид, на основе которого происходит работа щелочного аккумулятора Эдисона. Преимуществом данного аккумулятора является его способность на протяжении длительного времени находится незаряженным, в то время, как обычный свинцовый аккумулятор не может пребывать долго в незаряженном состоянии.

Соли никеля (ІІ), как правило, образуются в результате взаимодействия NiO или Ni(OH)2 c разнообразными кислотами. Растворимые соли никеля, в большинстве случаев, образуют кристаллогидраты. Нерастворимыми солями являются фосфат Ni3(PO4)2 и силикат Ni2SiO4. Для кристаллогидратов и растворов характерен зеленоватый окрас, а безводные соли характеризуются желтым или коричнево-желтым цветом.

Также существуют комплексные соединения никеля (II). Для их образования растворяется оксид никеля в растворе аммиака. Диметилглиоксимат никля Ni(C4H6N2O2)2 применяется в качестве реакции на ионы никеля. Для него характерно окрашивание кислой среды в красный цвет.

Наименее характерными соединениями никеля выступают соединения никеля (III). Из таковых известно вещество черного цвета, которое получается в результате реакции окисления гидроксида никеля (II) в щелочной среде гипохлоритом или галогенами:

Как получают латунь в производстве

Изготовление латуни осузествляется по технологическим картам, разработанным в цинковой и медной промышленности. Нередко сплавы получают посредством вторичной переработки сырья: медных заготовок, цинковых отходов и пр. Особенно часто вторичное сырье используется во время литья латуни с дополнительными элементами.

Литье латуни — сложный процесс, обеспечиваемый наличием на производстве разных типов плавильных печей. Особым спросом среди технологов пользуются современные низкочастотные печи (индукционные), оснащенные дополнительно магнитопроводом.

Необходимо учитывать, что в процессе плавки металлов происходит их частичное испарение. Поэтому производить литье можно только при наличии мощной производственной вытяжной вентиляции. Существует также риск возгорания компонентов будущего сплава в процессе литья — необходимо постоянно следить за температурой в плавильной печи, чтобы исключить возможность перегревания.

Перед началом изготовления латуни определенного состава необходимо полностью очистить печь. Затем в ней будет разогреваться медь до состояния красного каления, после чего — добавляются цинковые заготовки. Чтобы предотвратить процесс окисляемости цинка, медь в сплавах всегда добавляется первой.

Для того, чтобы получить литейную латунь, расплавленный в печи сплав разливается в заранее подготовленные формы. В итоге сплав застывает и образует круглые, плоские слитки. После завершения процесса литья, можно производить со сплавом дальнейшие работы. К примеру, подвергать его термической обработке в целях увеличения показателей прочности, производить старение и закаливание сплава, деформировать слитки при необходимости.

Технология огневого рафинирования черновой меди

Этот способ получения чистой меди используется, когда исходное сырье – медный лом.

Процесс протекает в специальных отражательных печах, которые топятся углем или нефтью. Растопленная масса наполняет ванну, в которую вдувают воздух по железным трубам:

• диаметр труб – до 19 мм;
• давление воздуха – до 2,5 атм;
• емкость печи – до 250 кг.

В процессе рафинирования окисляется медное сырье, выгорает сера, затем металлы. Окислы не растворяются в жидкой меди, а всплывают на поверхность. Чтобы их удалить, используется кварц, который помещается в ванну еще до начала процесса рафинирования и размещается вдоль стенок.

Если в металлоломе присутствует никель, мышьяк или сурьма, то технология усложняется. Процент содержания никеля в рафинированной меди можно снизить лишь до уровня 0,35%. Но если присутствуют остальные компоненты (мышьяк и сурьма), то образуется никелевая «слюдка», которая растворяется в меди, и ее удалить не получится.

Добыча металла в разных странах

Никель распространен на территории всего мира, как железо, кремний или магний. Несмотря на обилие залежей на каждом континенте, лидерами по добыче становятся страны с развитым промышленным комплексом. Это обусловлено особенностью обработки исходной никельсодержащей руды для получения металла в чистом виде.

Сам по себе пригодный для производства металл не встречается — для получения необходимо перерабатывать сульфаты, силикаты и оксиды. Рациональнее всего размещать предприятия в непосредственной близости от места добычи. Например, несмотря на обилие залежей на территории Кубы, в число лидеров по добыче страна не входит.

Крупнейшими предприятиями считаются:

• российский «Норильский никель» — пятая часть мировой добычи;
• канадская компания Vale Inco Ltd;
• китайская Jinchuan Group Co. Ltd;
• австралийская корпорация BHP Billion.

Меньшее количество добывают в Бразилии, Греции, Украине. Количество открытых и действующих месторождений по всему миру насчитывает более 400.

В России залежи сосредоточены в Таймырском округе, на Урале и в Мурманской области. Работы по добыче начались в 19 веке, в период развития металлообработки. Первые рудники были открыты на Среднем Урале — также в ходе разработки медных месторождений. Считалось, что там находятся основные залежи никельсодержащей руды — этому способствовало обнаружение еще нескольких крупных жил.

В ходе интенсивной разработки разведанных ресурсов запасы были истощены. В конце столетия добыча никеля в России переживала упадок — до начала освоения новых залежей. В начале следующего века новые метода геологической разведки позволили обнаружить никель в других областях. В период с 1933 по 1942 гг. были запущены несколько крупных предприятий, регулярно поставлявших партии обработанного никеля для нужд промышленности.

Первичные минералы

Эволюция годовой добычи никеля по рудам.

Латериты

Латериты обычно расположены в тропиках. Они эксплуатируются, в частности, в Новой Каледонии , Индонезии , на Филиппинах и на Кубе . Эта руда добывается, когда содержание никеля превышает 1,3%, а содержание кобальта 0,1%.

Латериты представляют собой сложные минералы, возникающие в результате распада океанического дна на перидотит , когда они возникают в результате тектонических движений (случай Новой Каледонии). Следовательно, это поверхностные отложения. Изменение перидотита (смесь оливин и пироксен ) приводит к вертикальной сегрегации, от поверхности почвы до коренных пород  :

• из лимонита , богатого железом гидрата ( гетита ) и низким содержанием магния . Он составляет железную шапку месторождения;
• из смектита , таких как нонтронитом , встречается в некоторых месторождениях ( Западная Австралия ) под лимонит;
• из сапролита как гарниерит . В отличие от лимонита, они богаты магнезией и беднее железом.

Конфигурация пластов меняется в зависимости от климата и возраста почвы. Мощность каждого слоя от 2 до 5  м . Дождь и растительность смывают верхний слой лимонита, удаляя магнезию и кремнезем из первоначальной перидотитовой породы, обогащая ее железом, никелем и кобальтом. Растворенный никель также имеет тенденцию просачиваться вниз , обогащая тем самым глубокий слой сапролита. Поскольку это выщелачивание происходит в течение периода от 1 до 10  миллионов лет, его развитие различается в зависимости от месторождения.

Сульфидные руды

В отличие от латеритов образование сернистых руд не зависит от климата. Встречаются в Канаде и на севере Сибири . Месторождения сульфидных руд происходят из:

• волна магмы через земную кору;
• концентрация металлов из-за наличия геотермальных вод .

Самым распространенным минералом, обнаруживаемым в месторождениях сульфидного никеля, является пентландит . Серы происходит от коренных пород, а молярное отношение никель / железо варьируется от 0,34 до 2,45, в среднем 1,15 существа. Этот минерал часто сопровождается пирротином и халькопиритом , а также более или менее драгоценными металлами, такими как кобальт, серебро и платиноиды . Месторождения, используемые для извлечения никеля, содержат от 1 до 3% никеля.

За исключением пирротина, где никель заменяет железо в различных пропорциях, месторождения сернистых никелевых руд содержат очень мало сернистых никелевых минералов . Таким образом, как и в случае с латеритными отложениями, характер их пустой породы имеет большое влияние на процессы добычи.

Сернистые минералы, которые могут содержать никель
Минеральная	Химическая формула
Халькопирит	CuFeS 2
Магнетит	Fe 3 O 4
Кубанит	CuFe 2 S 3
Хромит	(Mg, Fe) Cr 2 O 4
Галенит	PbS
Сфалерит	ZnS
Борнит	Cu 5 FeS 4
Макинавит	(Fe, Ni, Co) S
Валлериит  (ru)	Cu 3 Fe 4 S 7

Сернистые минералы никеля
Минеральная	Химическая формула	Теоретическое содержание никеля в минерале (в% по массе)
Пентландит	Ni 9 Fe 9 S 8	34,2
Миллерит	NiS	64,7
Хизлвудит	Ni 3 S 2	73,4
Полидимит	Ni 3 S 4	57,9
Виоларит	Ni 2 FeS 4	38,9
Зигенит	(Co, Ni) 3 S 4	28,9
Флетшерит  (en)	Ni 2 CuS 4	75,9
Никелин	NiAs	43,9
Маучерит	Ni 11 As 8	51,9
Раммельсбергит	NiAs 2	35,4
Breithauptite	NiSb	32,5
Аннабергит	Ni 3 As 2 O 8 .8H 2 O	34,2
Пирротин	(Ni, Fe) 7 S 8	1–5

Технология переработки никелевых руд

Технология переработки никелевых руд отличается сложностью и многоступенчатостью. Подчас часть сырья приходится возвращать к предыдущим этапам процесса. В значительной степени она определяется процентным содержанием нужного минерала в исходном сырье.

Так:

• богатые никелем руды (свыше 1% в составе) сразу отправляются на плавку;
• более бедные – рядовые, подвергаются обогащению;
• силикатные железистые руды проходят гидрометаллургический передел;
• силикатные магнезиальные руды идут на пирометаллургический передел;
• имеются также сложные комбинированные схемы, с помощью которых перерабатывают окисленные и смешанные руды.

В никель

Для того чтобы получить из руды никель, первоначальное сырьё проходит целый ряд этапов переработки:

• Прежде всего, руду очищают от влаги и гнилостей. Для этого её подвергают дроблению, затем сушат и спекают в печах.
• Полученные в результате первого этапа флюсы и гипс разбавляют коксом и всю полученную массу переплавляют в штейн (промежуточный металлургический продукт).
• В результате плавки образуется штейн и шлак. Шлак направляют в отвал. А штейн продувают в конвекторе.
• После чего получается белый никелевый штейн и опять же шлак, часть которого снова отправляется на переплавку, а другая часть используется для выработки угарного газа.
• Белую массу, содержащую значительное количество никеля опять же дробят и измельчают, чтобы затем направить на обжиг.
• Закись никеля восстанавливают, используя древесный уголь.
• Окончательным этапом получения нужного химического элемента Niявляется электролитическое рафинирование.

Никель

В кобальт

Для получения кобальта из никелевых руд, их предварительно растворяют с помощью серной кислоты, аммиака или воды. Иногда используют пирометаллургические процессы.

Затем с помощью хлорных соединений получают гидроокиси кобальта или с помощью электроэкстракции выделяют кобальт на катодах в процессе электролиза. Чтобы получить высокочистый металл, раствор предварительно тщательным образом очищают от примесей: меди, железа, свинца и никеля.

Биологическая роль

Никель относится к числу микроэлементов, необходимых для нормального развития живых организмов. Однако о его роли в живых организмах известно немного. Известно, что никель принимает участие в ферментативных реакциях у животных и растений. В организме животных он накапливается в ороговевших тканях, особенно в перьях. Повышенное содержание никеля в почвах приводят к эндемическим заболеваниям — у растений появляются уродливые формы, у животных — заболевания глаз, связанные с накоплением никеля в роговице. Токсическая доза (для крыс) — 50 мг. Особенно вредны летучие соединения никеля, в частности, его тетракарбонил Ni(CO)4. ПДК соединений никеля в воздухе составляет от 0,0002 до 0,001 мг/м3 (для различных соединений).

Классификация сплавов

Классификация никелевых сплавов основывается на составе и свойствах.

Кислотостойкие

Сплавы с присадкой-легированием другими металлами:

• Хром, вольфрам придают сплаву стойкости в агрессивных окислительных средах.
• Соединения с медью или молибденом используются в агрессивных неокислительных средах.

Стойкость к коррозии обеспечивают кремний, алюминий.

Жаропрочные

Сплавы типа «никель + хром + присадка других легирующих элементов». Такими элементами выступают алюминий, вольфрам, титан, молибден, стронций, другие.

Такие сплавы металлов востребованы для изготовления узлов силовых установок, подверженных максимальным нагрузкам.