本書系統(tǒng)講述了羰基法精煉鎳技術(shù)的基本概念、原理、工藝流程及產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用。全書共分十二章,主要內(nèi)容有:羰基冶金的基本概念、已經(jīng)獲得的羰基金屬絡(luò)合物;羰基鎳絡(luò)合物的發(fā)現(xiàn)、制取及物理化學(xué)性質(zhì);羰基法精煉鎳技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展;羰基法精煉鎳的基本原理;國內(nèi)外羰基法精煉鎳產(chǎn)業(yè)化流程及特點(diǎn);羰基法精煉鎳的產(chǎn)品及應(yīng)用,安全及環(huán)境保護(hù)。
羰基冶金(Carbonyl Metallurgy),也稱羰基法精煉金屬(Carbonyl Refining Metal),屬于氣相冶金領(lǐng)域中的一個(gè)分支。其原理是在一定的溫度及壓力下,原料中含有能夠形成羰基絡(luò)合物的金屬元素(Fe、Ni、Co等)與一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行化合反應(yīng),生成羰基金屬絡(luò)合物。該反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng),它是利用羰基金屬絡(luò)合物的合成與分解反應(yīng)特性[Me+n,COrMe(CO)。]提取金屬的方法。
羰基法精煉鎳是羰基冶金家族中一個(gè)重要成員。羰基法精煉鎳的產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)有100多年的歷史,追根求源還得從羰基鎳的發(fā)現(xiàn)開始。四羰基鎳絡(luò)合物是英國科學(xué)家蒙德(Dr Ludwing Mond)于1889年發(fā)現(xiàn)的,它是羰基金屬絡(luò)合物家族中,第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的羰基金屬絡(luò)合物。那是在一個(gè)非常偶然的情況下,英國科學(xué)家蒙德在實(shí)驗(yàn)室里做實(shí)驗(yàn)時(shí),當(dāng)具有一定壓力的一氧化碳?xì)怏w通過鎳制造的閥門時(shí),發(fā)現(xiàn)在排放燃燒的氣體中帶有紫紅色的火焰。他認(rèn)為該火焰不同一般,蒙德經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn):被點(diǎn)燃的混合氣體中含有一種容易揮發(fā)的氣體化合物。通過冷凍混合氣體,很容易地將該種化合物分離出來,獲得無色透明的液體——四羰基鎳絡(luò)合物。
蒙德通過對(duì)于四羰基鎳絡(luò)合物的物理及化學(xué)特性研究后,發(fā)現(xiàn)四羰基鎳絡(luò)合物在低溫條件下,容易分解成金屬鎳和一氧化碳?xì)怏w。于是,他馬上就意識(shí)到:四羰基鎳絡(luò)合物的冶金意義及商業(yè)價(jià)值。蒙德和朗格爾(DrCarlLanger)于1902年在英國威爾士Clydach建立世界上第一座Mond常壓羰基法精煉鎳工廠,年產(chǎn)量達(dá)到28000t,開創(chuàng)了羰基法精煉鎳的先河。
羰基法精煉鎳技術(shù)不但具有工藝流程短、節(jié)能、無廢物、高效及富集貴金屬的優(yōu)點(diǎn),而且還能夠獲得高純度、形狀各異、物理及化學(xué)性能獨(dú)特的金屬材料,如金屬納米顆粒材料、微米級(jí)粉末、薄膜材料、海綿態(tài)金屬等。羰基冶金產(chǎn)品被廣泛地應(yīng)用在冶金、化工、機(jī)械、電子、航空航天及國防工業(yè)上,也是發(fā)展高科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中不可缺少及不可以替代的材料。因此,羰基法精煉鎳技術(shù)發(fā)展快、產(chǎn)量高、產(chǎn)品應(yīng)用廣。
第二次世界大戰(zhàn)前,德國苯胺與蘇打公司(BASF)率先采用高壓羰基法精煉鎳和鐵工藝,建立年產(chǎn)6000t的高壓法精煉鎳工廠;1953年,俄羅斯諾列斯克采用高壓羰基法精煉鎳技術(shù),建立年產(chǎn)5000t的羰基鎳廠。1973年,加拿大國際鎳公司在銅崖(INCO Copper-Cliff Refming)建立羰基法精煉鎳的新工藝,年產(chǎn)量為56000t(鎳丸、鎳粉末及鐵鎳合金粉末)。加拿大國際鎳公司銅崖精煉廠不僅產(chǎn)量居世界第一,而且技術(shù)及環(huán)保也處于領(lǐng)先位置。同年加拿大國際鎳公司在新碦里多尼亞新建的布瓦茲精煉廠投產(chǎn),年產(chǎn)50000t鎳丸。從上述可見.1973年后國際鎳公司擴(kuò)產(chǎn)就超過10萬噸。
我國于1958年由原冶金工業(yè)部鋼鐵研究院粉末冶金研究室開始研發(fā)羰基法精煉鎳技術(shù)。在極其困難的條件下,經(jīng)過五年艱苦的努力,終于成功地研發(fā)出羰基鎳合成及熱分解技術(shù),制取出超細(xì)羰基鎳粉末。又在實(shí)驗(yàn)室獲得的研究成果基礎(chǔ)上,由鋼鐵研究院和鋼鐵設(shè)計(jì)研究院聯(lián)合設(shè)計(jì),于1965年建立我國第一座lOOt級(jí)羰基法精煉鎳工廠——冶金工業(yè)部西南金屬制品廠。該廠的科技人員創(chuàng)造性開發(fā)并批量生產(chǎn)納米級(jí)、微米級(jí)羰基鎳粉末、包覆粉末等產(chǎn)品,供應(yīng)國內(nèi)高科技領(lǐng)域的急需。
進(jìn)入2000年后,羰基冶金在中國獲得高速發(fā)展。2003年在金川鎳公司建成500t級(jí)羰基法精煉廠;吉林吉恩鎳業(yè)股份有限公司在2007年建立了2000t羰基法精煉鎳生產(chǎn)線;金川集團(tuán)公司于2010年由我國科學(xué)技術(shù)人員自行設(shè)計(jì),具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)代化的羰基法精煉鎳工藝已經(jīng)投產(chǎn),年產(chǎn)量達(dá)到萬噸。
本書的另一個(gè)重點(diǎn)就是安全生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)。因?yàn)轸驶嚱j(luò)合物是具有劇毒、易燃、易爆特點(diǎn)的化合物,所以羰基法精煉鎳的車間具有高度的危險(xiǎn)性。為此,首要的是對(duì)工作人員做好防護(hù)措施,進(jìn)行安全生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)。為了達(dá)到此目的,也必須從羰基法精煉鎳車間設(shè)計(jì)、設(shè)備的制造、安裝、通風(fēng)設(shè)置及監(jiān)控分析等各項(xiàng)著手,每一項(xiàng)設(shè)置都要按照國家標(biāo)準(zhǔn),不得有絲毫馬虎。
我在鋼鐵研究總院粉末冶金研究室羰基冶金實(shí)驗(yàn)室工作40多年,如今退休了,離開了工作40多年的實(shí)驗(yàn)室,依舊有很多的不舍,多年積累下來的記事本及一些手稿,翻開看看都是自己當(dāng)年工作的筆記,舍不得扔掉,于是統(tǒng)統(tǒng)裝進(jìn)麻袋,用自行車托回家?粗垙堃呀(jīng)變黃,鋼筆的字跡也已經(jīng)變淺,盡管兩眼已經(jīng)昏花,但是我依然清楚地記得當(dāng)時(shí)工作的熱情,于是便將這些手稿匯集成冊,并在此基礎(chǔ)上查閱相關(guān)資料將其整理成一本書稿,以供讀者閱讀參考。
本書可為從事羰基法精煉鎳的技術(shù)人員提供一個(gè)比較完整系統(tǒng)的資料,也可為從事羰基法精煉鎳的科研工作者提供參考,還可作為冶金院校相關(guān)專業(yè)的輔助教學(xué)資料。
我和趙寶生高級(jí)工程師合作過多年,他多年來致力于羰基法精煉鎳技術(shù)的研究,是鋼鐵研究總院羰基實(shí)驗(yàn)室的主要設(shè)計(jì)者,特別在羰基鎳絡(luò)合物精餾提純工藝上具有很深的造詣。
由于作者專業(yè)水平有限,書中難免有不完善及不當(dāng)之處,敬請業(yè)內(nèi)學(xué)者及涉獵本書的廣大讀者批評(píng)指正。
1 羰基冶金
1.1 概述
1.1.1 定義
1.1.2 羰基冶金的發(fā)展史
1.2 已經(jīng)獲得的羰基金屬絡(luò)合物及一般屬性
1.2.1 已經(jīng)獲得的羰基金屬絡(luò)合物
1.2.2 幾種產(chǎn)業(yè)化羰基金屬絡(luò)合物的一般性質(zhì)
1.2.3 羰基金屬絡(luò)合物的晶體結(jié)構(gòu)
1.2.4 羰基金屬絡(luò)合物的電子配位
1.2.5 羰基金屬絡(luò)合物的其他物理性質(zhì)
1.3 羰基冶金的工藝特點(diǎn)
1.4 羰基冶金的產(chǎn)品特性
1.5 安全防護(hù)及環(huán)境保護(hù)
1.6 羰基冶金的現(xiàn)狀及展望
參考文獻(xiàn)
2 四羰基鎳絡(luò)合物
2.1 四羰基鎳絡(luò)合物的發(fā)現(xiàn)及結(jié)構(gòu)
2.1.1 四羰基鎳絡(luò)合物的發(fā)現(xiàn)
2.1.2 四羰基鎳絡(luò)合物的結(jié)構(gòu)
2.2 實(shí)驗(yàn)室獲得四羰基鎳絡(luò)合物的方法
2.2.1 含鎳原料與CO直接進(jìn)行羰基合成反應(yīng)
2.2.2 利用鎳的鹽類在液體中進(jìn)行合成反應(yīng)
2.3 四羰基鎳絡(luò)合物的性質(zhì)
2.3.1 四羰基鎳絡(luò)合物的物理性能
2.3.2 四羰基鎳絡(luò)合物的化學(xué)性能
2.4 四羰基鎳絡(luò)合物的危害性
2.4.1 四羰基鎳絡(luò)合物的易燃易爆特性
2.4.2 四羰基鎳絡(luò)合物的毒性
2.5 空氣中四羰基鎳絡(luò)合物的檢測方法
2.5.1 比色檢測法
2.5.2 原子吸收光譜法
2.5.3 熒光法
參考文獻(xiàn)
3 四羰基鎳絡(luò)合物的合成反應(yīng)機(jī)制
3.1 四羰基鎳絡(luò)合物的合成反應(yīng)機(jī)制的研究
3.1.1 一氧化碳?xì)怏w在金屬鎳表面上吸附過程的解析
3.1.2 羰基鎳絡(luò)合物在鎳表面上的脫附是合成反應(yīng)的控制步驟
3.2 羰基鎳絡(luò)合物合成反應(yīng)過程的幾個(gè)獨(dú)立階段的描述
3.2.1 物理吸附階段
3.2.2 活化吸附階段
3.2.3 化學(xué)吸附階段
3.2.4 羰基鎳絡(luò)合物從鎳表面上脫附
3.2.5 羰基鎳絡(luò)合物氣體從顆粒內(nèi)部向外擴(kuò)散速度控制合成反應(yīng)速度
3.3 影響羰基鎳絡(luò)合物合成速度的幾個(gè)主要因素
3.3.1 羰基鎳絡(luò)合物合成的含鎳原料
3.3.2 一氧化碳?xì)怏w
3.3.3 合成反應(yīng)容釜內(nèi)參數(shù)控制
3.3.4 阻止或加速羰基鎳絡(luò)合物合成反應(yīng)的添加物
3.3.5 羰基鎳絡(luò)合物氣體的冷凝及緩慢降低壓力
3.3.6 反應(yīng)釜內(nèi)動(dòng)態(tài)物料的相互作用
3.3.7 反應(yīng)釜產(chǎn)物的及時(shí)排出
3.3.8 轉(zhuǎn)動(dòng)合成釜的轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制
3.4 羰基鎳絡(luò)合物的合成反應(yīng)速度的確定
3.5 鎳冰銅原料在高壓下合成羰基鎳絡(luò)合物的機(jī)制
3.5.1 高壓合成羰基鎳絡(luò)合物過程中高冰鎳硫化物的轉(zhuǎn)化
3.5.2 高壓合成羰基鎳絡(luò)合物過程中各元素在合成反應(yīng)中的行為
參考文獻(xiàn)
4 羰基法精煉鎳的工業(yè)化生產(chǎn)
4.1 羰基法精煉鎳的技術(shù)發(fā)展及典型的工藝
4.1.1 羰基法精煉鎳的技術(shù)發(fā)展
4.1.2 羰基法精煉鎳的典型工藝
……
5 羰基鎳絡(luò)合物的精餾提純
6 貴金屬的富集
7 羰基鎳絡(luò)合物的熱分解
8 羰基法精煉鎳的產(chǎn)品
9 一氧化碳及輔助氣體
10 羰基法精煉鎳的工廠安全生產(chǎn)及環(huán)保