28NiklII, III, IV

           

    Nikl byl jako prvek objeven teprve v roce 1751 a v čistém stavu vyroben až v roce 1804. Od prvních let výroby v letech 1841 až 1845, kdy se na celém světě vyrábělo celkem asi 100 t niklu, stoupala jeho výroba pravidelně, takže na začátku našeho století se vyrábělo již asi 14 000 t niklu ročně. A dnes….

 

Vlastnosti a použití Niklu

     Nikl -  Ni – je těžký, dobře kujný kov bílé barvy. Na vzduchu je stálý, v žáru se okysličuje. Je značně odolný vůči účinkům chemických zásad, ne však kyselinám. Jeho atomová hmotnost je 58,70, měrná hmotnost 8,88 g/cm3, teplota tavení 1445°C, teplota varu 2730°C.

            Nikl není jedovatý, takže vzhledem k jeho dobré odolnosti proti korozi se z něho vyrábějí především potravinářská a zdravotnická zařízení. Vyniká velmi dobrou zpracovatelností za studena i za tepla; dobře se svařuje a mechanicky opracovává. Zachovává si svou pevnost do poměrně vysokých teplot (400 – 500°C), ale i při teplotách hluboko pod 0°C. Jeho výborné vlastnosti mechanické, fyzikální a chemické byly základem pro rozšíření niklu v čisté formě. Je velmi důležitým prvkem pro legování oceli a neželezných kovů. Trvalý význam si zachovává pro galvanické niklování (povrchovou úpravu  a ochranné vrstvy).

            Z chemických sloučenin niklu jsou pro hutnictví důležité především jeho sloučeniny s kyslíkem a sírou.

            Charakteristickou sloučeninou niklu je tetrakarbonyl Ni(CO)4, vznikající reakcí kysličníku uhelnatého s jemně rozptýleným niklem při teplotě 60 – 120°C. Je to bezbarvá kapalina s bodem varu 43°C. Při teplotě nad 150°C se rychle rozkládá na kovový nikl a kysličník uhelnatý. Tvorba tetrakrabonylu niklu a jeho rozklad se staly základem Mondova způsobu výroby niklu.

 

Slitiny niklu

Ze slitin niklu se železem jsou nejdůležitější austenitické chromniklové oceli, které vynikají velkou odolností proti korozi. Hlavním představitelem této skupiny jsou nerezavějící oceli s 18% chrómu a 8% niklu a oceli žáropevné s 23 až 27% chrómu a max. 2% niklu nebo s 22 až 26% chrómu a 21% niklu. S přísadou až 30% niklu se vyrábějí nemagnetické slitiny (oceli). Při zvyšování obsahu niklu (až na 85%) se získávají materiály s velkou permeabilitou, nazývané též materiály magneticky měkké ( permalloy). Naproti tomu speciální úpravou ocelí obsahujících nikl, hliník a kobalt se získávají permanentní magnety.

            Z neželezných slitin jsou nejdůležitější slitiny niklu s mědí. Nikl a měď jsou vzájemně rozpustné ve všech poměrech. Nejznámější jsou korozivzdorné slitiny typu:

Monel, obsahující průměrně 68% niklu a 32% mědi.

Meďnikl, obsahující 75% mědi a 25% niklu, se vyznačuje velkou odolností proti korozi a pevností.

Nikelin 30 až 33% niklu,

Konstantan se 42 až 35% niklu, slouží k výrobě odporů a termoelektrických článků.

            Velmi důležité jsou slitiny niklu s chrómem, které se vyznačuje velkou odolností v žáru a zároveň i značným elektrickým odporem. Vyrábějí se z nich většinou odporové dráty.

            Na základě slitiny Ni-Cr 80/20 je založena skupina materiálů vyznačujících se vysokou pevností v žáru (Nimonic). Tyto slitiny bývají legované ještě titanem, kobaltem a hliníkem. Vyrábějí se z nich především turbínové lopatky pro letadlové motory, plynové turbíny, spalovací komory tryskových motorů apod.

            Kromě uvedených slitin je nikl součástí většiny korozivzdorných, nerezavějících a žáropevných slitin, vyráběných na celém světě pod různými obchodními značkami.       

 

Niklové rudy

 

            Pro výrobu niklu mají největší význam rudy sirníkové a křemičitanové. Sirníkové rudy obsahují pentlandit – sirník (Ni,Fe)9S8 – a milerit – sirník nikelnatý NiS. Jejich součástí je obvykle i měď, jejichž obsah někdy dokonce převládá. Obsah niklu v sirníkových rudách se pohybuje od 0,5 až 5%. Selektivní flotací lze oddělit bohatý měděný koncentrát a niklový koncentrát s malým obsahem mědi, jejíž zbytek se odstraňuje při hutnickém zpracování.

V křemičitanových rudách je nikl vázán společně s hořčíkem jako hydratovaný křemičitan, zvaný garnierit. (NiAs  - nikelin, NiAs2 – chloantin)

Větráním těchto rud, tzv. lateritizací, vznikla ložiska rud kysličníkových, v nichž je nikl vázán jako kysličník nikelnatý, adsorbovaný na kysličnících železa. Charakteristickou vlastností křemičitanových a kysličníkových  rud je, že z nich běžnými úpravnickými metodami nelze získat koncentráty. Tuto možnost poskytuje pouze tzv. segregační pražení, při němž se pražením rudy s chloridem vápenatým a uhlím převádí nikl na formu, v níž lze flotací nebo magnetickou separací převést do vysokoprocentního koncentrátu.  

 

Výroba niklu pyrometalurgickou cestou

 

Zpracování sirníkových rud

 

            Flotační úpravou mědniklových  rud se kromě měděného, případně též pyrhotinového koncentrátu získává niklový koncentrát, obsahující menší množství mědi. Rudy s obsahem niklu nad 3% a malým obsahem mědi se zpracovávají přímo.

            Základní pochody při zpracování těchto rud jsou tavení na kamínek, příprava jemného kamínku odstraněním železa v konvertoru, zpracování jemného kamínku oddělením niklu a mědi a konečně zpracování niklového podílu pražením a redukcí na kovový nikl.

 

            Tavení na kamínek

 

            Na kamínek se ruda taví v pecích šachtových, plamenných nebo elektrických. Před tavením se materiál upravuje částečným odpražením síry na 10 až 14%, přičemž se část železa, vypražená na kysličník, převede při tavení do strusky. Přímým tavením rud nebo koncentrátů s 25 až 35% síry by se získalo velké množství kamínku chudého na nikl a měď.

            K tavení v šachtové peci se ruda spéká na aglomeračním páse, přičemž se zmenší obsah síry a 35 až 50% z původního obsahu. Při tavení aglomerátu v šachtové peci se vsázka dále odsiřuje, takže do kamínku přejde jen asi 25% z původního obsahu síry. Kamínek ze šachtové pece má toto průměrné složení:

-          6 – 10% niklu,

-          3 – 5% medi,

-          24 – 26% síry

-          48 – 46% železa.

Struska ze šachtových pecí obsahuje kolem 0,2% Ni a 0,1%Cu se odváží na odval. Šachtové pece na tavení niklových rud mají menší rozměry než pece měďárenské. Spotřeba paliva ve formě kusového koksu se pohybuje do 10% celkové vsázky.

Plamenných pecí se používá na koncentráty a drobné rudy s poměrně snadno tavitelnou hlušinou. Síra se odpražuje v etážových nebo fluidizačních pecích. Protože při tavení nastává menší odsíření něž v šachtových pecích (průměrně 20%), odpražuje se síra na nižší  obsah, neboť by při tavbě vzniklo větší množství kamínku chudého na nikl a měď. K tavení se používá především plamenných pecí pracujících nepřetržitě, které mají značné rozměry – délku až 40m a šířku až 10m. Pece se vytápějí práškovým uhlím nebo topným olejem. Spotřeba palivy (uhlí) je 10 až 13% celkové vsázky. V plamných pecích se často obohacuje vzduch kyslíkem, čímž se zvýší intenzita tavení, a tím zároveň i produktivita pece.

Postupným vývojem obohacování vzduchu kyslíkem bylo v Kanadě vyvinuto tavení v letu kyslíkem (bez přidávaného paliva), při čemž sekalo zdroje tepla využívá spalování síry a oxidace železa obsaženého v rudě. Je to velmi intenzivní způsob tavení, který umožňuje současně vyrobit 100% kysličník siřičitý z odpadních plynů. Schéma pece je na obr. 110. Podobné je tavení niklového koncentrátu v letu používané ve Finsku. Na rozdíl od kanadského způsobu se místo kyslíku používá předehřátého vzduchu a předehřáté vsázky. Rozdílná konstrukce pece je zřejmá z obr.111.

 

 

Tavení v elektrických pecích se používá tam, kde je laciná el. energie nebo v případech, že je třeba vysoké teploty tavení. Hodí se především pro rudy s velkým obsahem kysličníku hořečnatého, který tvoří husté a těžce tavitelné strusky. V peci se dosahuje vysokých pracovních teplot, takže není nutné přidávat velké množství struskotvorných látek. Pracují s malým množstvím strusek, a tím dosahují velké výtěžnosti mědi a niklu. V elektrických pecích lze zpracovávat kusové i drobné rudy. V peci se vsázka odsiřuje jen 15 až 20%, takže se před tavbou praží a horké výpražky se sázejí do elektrické pece. Vzhledem k malému množství plynů, které se uvolňují ze vsázky při tavbě, obsahují tyto plyny z el. pecí více kysličníku siřičitého než u ostatních pecí a lze jich využít k výrobě kyseliny sírové. Pece pro tavení kamínku Ni jsou buď obdélníkové se šesti elektrodami, nebo kulaté se třemi elektrodami. Pracují s „ponořeným obloukem“ – tj. elektrody zasahují do vrstvy strusky, kde vytvářejí oblouk. Napájecí napětí bývá 80 až 300V. Ve velkých pecích se může tavit až 750t suché vsázky denně při výkonu až 11 MW. Spotřeba proudu závisí na velikosti pece, průměrně se pohybuje od 900 do 350 kW na 1 t  rudy.

Kamínek z elektrických pecí bývá obvykle chudý, obsahuje 10 až 20% Cu a Ni; struska mívá přibližně stejný obsah niklu a mědi jako struska z ostatních pecí, ale vzhledem k jejímu malému množství se dosahuje výtěžnosti niklu 90 až 94%.

U všech typů pecí se pracuje většinou s nepřetržitým odpichem strusky; kamínek se vypouští přerušovaně a přichází v kapalném stavu k dalšímu zpracování. Hlavními složkami surového kamínku jsou nikl, měď, železo a síra.       

 

Příprava jemného kamínku

 

Surový kamínek se zpracovává na jemný kamínek v konvertorech stejného typu jako při výrobě mědi. Při dmýchání vzduchu přechází železo, obsažené v surovém kamínku jako Fe3O4 a v podobě sirníku železnatého FeS, do strusky:

3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 →5 (2FeO.SiO2)  + SO2

2FeS + 3O2 + SiO2 → 2FeO.SiO2  +2 SO2 

 

K vázání železa se do konvertoru přidává písek. Vytvořená struska obsahuje 1 až 2% Ni + Cu a přidává se v kapalném stavu zpět do rudné tavby.

Nikl a měď se až do úplného odstranění železa neokysličují, nepřecházejí ve větší míře do strusky a koncentrují se v jemném kamínku, který obsahuje 40 až 58% niklu, 24 až 32% mědi, 16 až 20% síry a do 0,6% železa.

 

Dělení mědi a niklu

 

z kamínku je jedním z nejobtížnějších hutnických pochodů. Do nedávna se používalo dvou postupů – oxrofdského a Hybinettova. Oba postupy byly nahrazeny jednodušším a levnějším flotačním dělením. Pomalým řízeným chlazením jemného kamínku, vykrystalizují  odděleně sirníky mědi a niklu a slitiny shromažďující drahé kovy.

Od teploty konvertorování asi 1200°C až do teploty 930°C jsou nikl, měď a síra volně mísitelné v tavenině. Pomalým ochlazováním jemného kamínku začne při teplotě 920°C krystalizovat sirník měďný Cu2S. Při dalším poklesu teploty na 700°C se začne z taveniny, obohacené niklem, vylučovat slitina Cu-Ni. Ochlazování pokračuje až na teplotu 575°C, kdy se začne vylučovat sirník Ni3S2. Tuto teplotu si tavenina udržuje až do úplného vyloučení všech složek. V provozu trvá chlazení asi 3 dny. Pak se zchladlé bloky rozbijí, rozemelou a sirníky se dělí flotací na měděný koncentrát. Flotaci předchází magnetická separace, při které se oddělí v kamínku obsažená slitina Cu-Ni, obsahující drahé kovy, které by jinak zhoršovala účinnost flotačního dělení. Flotací získaný měděný a niklový koncentrát se zpracovává samostatně na kovy. Schéma postupu je na obr.112.

Měděný koncentrát se odesílá na další zpracování, niklový koncentrát, obsahující asi 73% Ni a 0,6% Cu, se zpracovává dále několika způsoby. Ve většině závodů se sirníkový koncentrát praží v poschoďové nebo fluorizační peci na mrtvo a redukuje se na surový kov. Pro pražení na fluidizačních pecích se sirník peletizuje a získává se granulovaný produkt.

Byl vyvinut postup, při němž se část kysličníku dopražuje, při vysoké teplotě a za použití kyslíkem obohaceného vzduchu, na obsah síry po 0,05%. Vypražený kysličník se používá pro legování ocelí.

Dále je možno sirníkový koncentrát tavit a odlévat do anod pro přímou elektrolýzu. Anody se po pomalém chlazení elektrolyzují v síranochloridovém elektrolytu jako při normální rafinaci, viz. dále. Při elektrolýze probíhá tento pochod:

Ni2S2 – 6e → 3Ni2+ + 2S

 

Nikl se přitom vylučuje na katodě jako kov, zatímco v anodových prostorech se hromadí elementární síra. Anodové kaly, obsahující průměrně 95% síry a 0,15% selenu, se taví, filtrují od zbytků anod a zpracovávají v destilační koloně, kde se oddělí selen a síra; síra se pak prodává v přetaveném stavu. Elektrolyt se během pochodu čistí stejně jako při elektrolýze kovových anod.

 

Výroba surového niklu

            Kysličník nikelnatý získaný pražením je možno redukovat na kov pod teplotou tavení nebo v roztaveném stavu.

            Při prvním způsobu se kysličník smísí s pojivem a trochou vody na těsto, ze kterého se lisují malé kostky nebo válečky o průměru asi 10mm. Tyto brikety se zasypávají v šamotových retortách  práškovým dřevěným uhlím a redukují se při teplotě 1260°C asi 3 hodiny. Redukuje se sice pod teplotou tavení, nikl však při uvedené teplotě slinuje (speče). Po odstranění uhelného prášku se kostky leští v rotačních bubnech.

            Rozšířenější je redukce kysličníku v tavenině, která probíhá v plamenné nebo elektrické peci. Redukuje se dřevěným uhlím nebo antracitem, přičemž se přidává malé množství hořčíku jako odkysličovadlo. Redukovaný kov se odlévá do anod, které se rafinují elektrolýzou.

            Zvláštním způsobem zpracování kysličníku nikelnatého na kovový nikl je Mondův způsob, při kterém se využívá tvorby plynné sloučeniny niklu – tetrakarbonyl niklu Ni(CO)4. Granulovaný kysličník se v redukčních věžích redukuje při teplotě 350 až 430°C vodním plynem, tj. směsí kysličníku uhelnatého a vodíku, na práškový kov obsahující až 1% mědi. Redukovaný materiál se dopravuje do zplyňovacích věží, kde se při teplotě 60°C přeměňuje nikl reakcí s kysličníkem uhelnatým na plynný tetrakarbonyl niklu:

 

Ni + 4 CO ↔ Ni(CO)4

 

Měď podobnou sloučeninu netvoří. Plynná směs tetrakarbonylu niklu a kysličníku uhelnatého asi s 50g/m3 Ni se přivádí do rozkladové věže. Zde probíhá při teplotě 180 až 200°C reakce opačným směrem, nastává rozklad a vylučuje se kovový nikl. V rozkladné věži cirkulují niklové broky, které narůstají vylučovaným niklem na žádanou  velikost. Plyn se po rozkladu vrací do výroby a trvale obíhá. Konečným výrobkem je nikl ve tvaru kuliček o průměru asi 8 mm o čistotě nad 99,95% Ni.   

 

Rafinace surového niklu

 

            Surový nikl, vyrobený redukcí kysličníku, nebývá obvykle dostatečně čistý a po odlití do anod se rafinuje elektrolyticky. Schéma rafinační elektrolýzy niklu je na obr.113.         

            Při elektrolytické rafinaci se používá anod o váze asi 230 kg a rozměrech asi 90 x 70 cm; tyto anody se zavěšují do elektrolyzéru po 10 až 30 kusech. Používá se směsný elektrolyt chloridosíranový, ve kterém se anody lépe rozpouštějí. Pracuje se s hustotou proudu 1,2 až 2,3 A/dm2, při napětí na vaně 2,3 až 2,5 V a při teplotě 60 až 70 °C.

            Katody, na nichž se vylučuje čistý nikl, jsou zavěšeny v oddělených prostorech vymezených diafragmami. Jsou to polopropustné stěny z plátna nebo tkaniny z plastických hmot  (PVC, nylon, terylén), které vytvářejí katodové prostory, do nichž se nepřetržitě přivádí čistý elektrolyt. Stálý přítok elektrolytu zabraňuje přístupu znečištěného roztoku z prostoru anod. Roztok z katodového prostoru proniká propustnými diafragmami do anodového prostoru, protože hladina v katodovém prostoru je stále vyšší.

            Zatímco se čistý elektrolyt přivádí do katodových prostorů, odvádí se z anodových prostorů znečištěný elektrolyt k rafinaci. V anodových prostorech se hromadí též (anodové) nerozpustné kaly, obsahující uhlík, křemík a drahé kovy. Rozpustné nečistoty, jako železo, měď a kobalt, které se dostaly do roztoku anodickým rozpouštěním, se odstraňují z elektrolytu postupně při jeho čištění.

            Železo se odstraňuje oxidací vzduchem při úpravě pH elektrolytu uhličitanem nikelnatým. Při otupení volné kyseliny obsažené v akolytu se vylučuje z rotoku hydroxid železitý. Po odfiltrování sraženiny nerozpustného hydroxidu železitého se odstraňuje měď cementací práškovým niklem, vyrobeným redukcí kysličníku nikelnatého plynem. Někde je zavedena dokonce fluidizační cementace, při které se vznášejí částečky niklu v nepřetržitém přitékajícím elektrolytu, čímž se dosáhne velmi intenzivního styku a zrychlení pochodu. V posledním stupni čištění se roztok sráží chlórem nebo roztokem chlornanu sodného hydroxid kobaltitý, který je výchozí surovinou pro výrobu kobaltu.

            Vyčištěný elektrolyt se čerpá zpět do elektrolyzéru. Katodový nikl se vylučuje na matečné plechy do tloušťky 8 až 10 mm. Po vyloučení se katody dobře opláchnou  vodou a po vysušení se stříhají na vhodné rozměry (např. 10x10cm). Matečné plechy o tloušťce 0,6 až 0,8 mm se vyrábějí vylučováním kovu na hliníkové, nerezavějící nebo titanové plechy ve zvláštních vanách. Matečné plechy se stahují s katod a po úpravě se zavěšují jako základní katody do výrobních van. Podle čistoty elektrolytu lze dosáhnout čistoty katodového niklu 99,8 až 99,99%.     

 

Zpracování křemičitanových rud

 

            Nejstarším způsobem zpracování křemičitanových rud s 2 až 5% niklu je sirníkové tavení. Křemičitanová ruda, v surovém stavu briketována nebo granulovaná, se taví na kamínek v šachtové peci s přísadou obsahující síru – např. sádrovcem nebo pyritem. Častěji se užívá sádrovce, neboť přídavkem pyritu se nikl znečisťuje kovy obsaženými v pyritu (mědí, zinkem). Vsázka do šachtové pece se skládá z aglomerátu, sádry, struskotvorných přísad a koksu, jehož spotřeba je mnohem větší něž při tavení sirníkových rud. Je průměrně 30 až 40% váhy prosazené rudy. Při tavení se dosahuje v oblasti výfučen teplot až 1500°C. Průběh sulfitace niklu se dá znázornit těmito reakcemi:

 

CaSO4 + 4 CO → CaS + 4 CO2

9Ni2SiO4 + 14 CaS →6Ni3S2 + 9CaSiO3 + 5CaO + 2SO2

CaO + SiO2 → CaSiO2

 

            Tavením vznikne kamínek, který se zpracovává stejným způsobem jako u sirníkových rud. Protože kamínek není znečištěn mědí, odpadá oddělování mědi a niklu. Postup se tedy značně zjednoduší a skládá se pouze z konvertorování na jemný kamínek, pražení na kysličník nikelnatý a redukce na kov.

            Vzhledem k tomu, že postup tavení je poměrně složitý a vhodný pouze pro rudy, které obsahují více než 3% niklu, byly vypracovány další způsoby pro zpracování chudých rud s 0,8 až 2% niklu a s malým obsahem železa (10 až 30%). Při všech těchto způsobech – hrudkování, elektrotermické redukci, redukci ferosiliciem – probíhá přímá redukce niklu, jejímž výsledkem však není čistý nikl, ale slitina niklu se železem – feronikl.

            Hrudkování je redukce rudy přídavkem 20 až 30 koksu, probíhají v rotačních pecích pod bodem tavení rudy při těstovitém stavu vsázky. Při teplotách 1200 až 1280°C se redukuje nikl a většina železa na kov. Zbytek železa se redukuje pouze na kysličník železnatý, který přejde do křemičitanové strusky. Vyredukovaný nikl a železo tvoří při rotaci pece hrudky, které jsou rozptýleny v polokapalné strusce, zabraňují jejich oxidaci. Podstata hrudkování, tj. tvoření kovových hrudek, závisí do značné míry na charakteru strusky, jejíž fyzikální vlastnosti mají podstatný vliv na celý pochod. Směs rudy, struskotvorných přísad a mletého koksu se zpracovává v rotačních pecích, dlouhých 60 až 90 m, vytápěných práškovým uhlím nebo topným olejem. Výpad z rotační pece se po zchlazení mele a třídí na magnetických separátorech a na soustavě sít. Tříděním se získá magnetický podíl, tj. hrudky, dále nemagnetická struska a poloprodukt obsahující nejjemnější podíl hrudek; ten se vrací zpět do hrudkovací pece. Vyrobené hrudky mají malý obsah niklu (5 – 8%) a jsou značně znečištěny sírou (až 1,5%) a fosforem (až 0,5%), takže se musí po natavení rafinovat v elektrické peci. Hrudky se používají pouze při legování méně náročných ocelí. Pro špatnou jakost výrobku se tento postup používá omezeně.

            Elektrotermická redukce – Ruda s vlhkostí až 35% se nejdříve kalcinuje v rotačních pecích a pak se ještě horká sází společně s koksovou krupicí do elektrické pece, kde se redukuje na feronikl. Ze surového feroniklu se v roztaveném stavu odstraňuje v rotační peci granulovaným páleným vápnem síra. Pak se odstraňuje chrom, křemík, uhlík a část fosforu besemerováním v konvertoru. Nevýhodou tohoto postupu je značná spotřeba el. energie.

            Další obdoba el. redukce je z Řecka. Ruda se předredukuje v rotačních pecích a taví el. pecích na feronikl. Roztavený feronikl se v kyslíkovém konvertoru obohacuje foukaným kyslíkem na 90% FeNi, který se odlévá do anod. Anody se upraveným postupem rafinují elektrolyticky na čistý nikl. Jedině tímto postupem se feronikl zpracovává na čistý nikl.

            Při zpracování chudých niklových rud se v USA používá metody, jejíž podstatou je redukce roztavené rudy ferosilisicem. Po kalcinaci rudy v rotační peci horký materiál taví v el. peci a po natavení se prolévá v pánvích roztaveným ferosiliciem a dřív vyrobeným feroniklem. Proléváním se dosáhne velmi rychlé redukce a obohacení feroniklu téměř na 50% Ni. Redukce probíhá podle této rovnice:

 

2NiO + Fe(Si) → 2Ni + SiO2 + (Fe)

 

Feronikl zbavený fosforu obsahuje

48,5% Ni, 0,005%S, 0,01% P, 0,02% C, 0,5% Co, 0,02%Cr, 0,9%,Si, a 0,1% Cu. 

 

Hydrometalurgická výroba niklu

 

            Žárové zpracování kyslíkatých rud s malým obsahem niklu (0,8 až 1,5%) vede ve všech případech k výrobě feroniklu, přičemž je třeba vytavit 98 až 99% hlušiny, někdy obtížně tavitelné, aby se získalo 1% Ni. To vedlo ke snaze získat nikl z rudy extrakcí – hydrometalurgickými způsobem.

            Prvním postupem, je amoniakální loužení, použité v provozním měřítku až roku 1943 při zpracování kubánských železoniklových rud. Druhou technologií zavedenou v provozním měřítku je tlakové loužení kyselinou sírovou; touto technologií pracuje další kubánský „závod“(Nemohu posoudit do jaké míry Kubánci obnovují své technologie).

 

Amoniakální loužení

 

            Tímto postupem lze zpracovat kysličníkové a s menší účinností i křemičitanové rudy. Při loužení se využívá rozpustnosti kovového niklu nebo kobaltu v amoniakálních roztocích, v nichž vytváří čpavek s niklem a kobaltem rozpustné komplexní soli typu Ni(NH3)nCO3.

            Podle původní technologie, používané na Kubě ke zpracování lateritických rud s 1,3 až 1,4% niklu (laterit – geologický druh půdy cihlově zbarvený, obsahující železo, vzniklý zvětráváním zásaditých hornin v tropech), se ruda po drcení suší z 25 až 30% na 2% vlhkosti a mele se v mlýnech s větrným tříděním na zrnění pod 0,1 mm. Takto upravená ruda se redukčně praží v etážových pecích, vytápěných topným olejem, při teplotě 700 až 750°C. Redukční atmosféra obsahuje kysličník uhelnatý, vodík, kysličník uhličitý a vodní páru v určitém poměru. V oblasti vyznačené na diagramu soustavy Fe-O-Ni (obr.114) se převede nikl, vázaný v rudě jako kysličník na kov, zatímco železo se redukuje pouze na Fe3O4. selektivní redukce, probíhají při poměru  (CO + H2) : (CO2 + H2O) = 1 až 1,5 , je základem následujícího vyluhování, při kterém se kovový nikl rozpouští v amoniakálním roztoku, zatímco železo v podobě FeO4 je nerozpustné.

            Ve skutečnosti nastává částečné přeredukování železa na kov a vzniká jemně rozptýlená slitina FeNi.

            Redukční atmosféru v peci vytvářejí spaliny vznikající nedokonalým spalováním topného oleje a generátorového plynu. Aby se ruda zpětně neoxidovala, ochlazuje se v rotačních chladičích, v redukční atmosféře, pod 100°C, odkud vypadává přímo do louhovacích nádrží. Redukovaná ruda se louží roztokem obsahující 3,5 až 4% kysličníku uhličitého a 7 až 9% čpavku, přičemž se současně přivádí vzduch. Loužení znázorňuje rovnice:

FeNi + O2 8NH3 + 3CO2 + H2O = Ni(NH3)62+ + Fe2+ + 3CO32-

 

Celý pochod probíhá nepřetržitě, proti proudovým způsobem, ve třech loužicích stupních. Každý stupeň se skládá z míchací nádrže s přívodem vzduchu (turbomixéru) a ze zahušťovače, v němž se odděluje výluh od rudy. Vzduch je nutno přivádět pro rozpouštění niklu a pro oxidaci železa, které se v loužicím roztoku rozpouští částečně jako komplexní sůl dvojmocného železa. Vyloužená ruda se promývá ve čtyřech stupních v zahušťovačích protiproudně přitékajícím loužícím roztokem, který se do systému přidává až v posledním stupni.

            Loužením vzniká amoniakální roztok obsahující 8 až 12 g niklu na 1 dm3 roztoku; tento roztok se po odstranění železa a po kontrolní filtraci zpracovává ve vyvářecích kolonách přímým působením vodní páry. Při odstraňování amoniaku z výluhu se rozloží komplexní sloučenina niklu a vyloučí se ve vodě nerozpustný zásaditý uhličitan nikelnatý podle rovnice:

 

5Ni(NH3)4CO3 + 3H2O ↔ 2NiCO3.3Ni(OH)2 + 20NH3 + 3CO2

 

Směs amoniaku a kysličníku uhličitého se po ochlazení přivádí do absorpčních věží, kde se loužící roztok regeneruje a doplňují se ztráty čpavku a kysličníku uhličitého.

            Suspenze uhličitanu nikelnatého, odtékající z destilačních kolon, se zahušťuje v usazováku a filtruje na rotačních vakuových filtrech. Zfiltrovaný uhličitan nikelnatý se kalcinuje v rotační peci při teplotě 1200°C na kysličník nikelnatý. Získaný kysličník s obsahem 76 až 78% Ni se původně používal přímo na legování ocelí. Pro obtížnou manipulaci s práškovým materiálem byl provoz doplněn spékáním kysličníku nikelnatého s přísadou antracitu na aglomeračním páse. Při spékání probíhá částečná redukce a získává se tzv. niklový Vintr s 90% niklu.

            Vyloužené odpadní kaly, odtékají ze čtvrtého promývacího stupně, se zbavují absorbovaného amoniaku ve vyvařovacích kolonách párou a čerpají se na kalová pole.

            249 1k

 

Druhy a normy niklu

 

Podle způsobu výroby se rozlišuje několik druhů niklu, a to:

 

a)     elektrolytický nikl s 98,5 až 99,99% niklu;

b)     niklové kostky nebo válečky, vyráběné redukcí pod teplotou tavení;

c)      nikl ve tvaru kuliček, vyráběný Mondovým způsobem;

d)     přetavený elektrolytický nikl, granulovaný nebo odlitý do housek;

e)     kujný nikl ve tvaru plechů, tyčí, drátů, desek, pásů, získaný přetavením a dezoxidací elektrolytického niklu, odlitím do příslušného tvaru a tvářením;

f)        práškový nikl, získaný redukcí vodíkem;

g)     niklový sintr a kysličník nikelnatý s 90%, popřípadě 76 – 78% niklu.