镍铁(ferronickel)

主成分为镍与铁，并含有少量钴的铁合金。镍铁中还含有碳、硅、硫、磷、铬、铜等杂质。主要用作炼钢和铸铁的镍添加剂。根据国际标准(ISO)镍铁按含镍量分为FeNi20(15％～25％Ni)、FeNi30(25％～35％Ni)、FeNi40(35％～45％Ni)和FeNi50(45％～60％Ni)。又再分为高碳(1.0％～2.5％C)、中碳(0.030％～1.0％C)和低碳(<0.03％C)；低磷(<0.02％P)与高磷(<0.030％P)镍铁。

古代埃及、中国和巴比仑人都用陨铁制作器物。公元前206年以前，中国云南生产的白铜(成分为Cu约40％、Ni约32％和Zn约25％)，被欧洲人称为“中国银”。1751年瑞典矿物学家克朗斯塔特(A．F．Cronstedt)首先分离出镍。19世纪70和80年代，镍用于装甲钢板生产。20世纪初，不锈钢的发明使镍的消耗量剧增。因而也促进了氧化镍矿生产镍铁的发展。1909年美国伯利恒钢铁公司，曾用古巴玛雅利(Mayari)红土矿生产低镍铬铁，称玛雅利铁。从50年代起，相继建成一批用氧化镍矿生产镍铁的工厂。

性质和用途     镍的原子量为58．61、外层电子结构3d⁸4s²、熔点1455℃、沸点2915℃、密度为8．9g／cm3(20℃)。镍与铁的二元系相图见图l。在液态和固态时，镍与铁以任何比例互相溶解。工业镍铁的物理性质如下：

                                                           熔化温度范围／℃                            密度／g•cm^-3

FeNi25                                              1450～1480                                         约8．1

FeNi55                                               1430～1460                                        约8．4

FeNi25C                                           1300～1400                                          约8．1

FeNi25CS                                           1300～1400                                       约8．1

镍的最大用途是生产不锈钢、耐热钢，其次是生产合金结构钢和合金铸铁。在钢铁工业中已经用镍铁代替部分金属镍。随着炼钢和铸铁工艺技术的发展，氧化镍也代替部分金属镍在特殊钢和合金铸铁中使用。

生产工艺            氧化镍矿是冶炼镍铁的原料。它是由含镍的岩石风化、浸淋、蚀变、富集而成，故也称红土矿，氧化镍矿有两种类型：一种是褐铁矿型。含镍褐铁矿(Fe、Ni)O(OH)•nH₂O中，氧化镍与铁的氧化物组成固溶体。镍褐铁矿一般含铁35％～45％。冶炼镍铁产生的炉渣用来生产钢。另一种是硅酸盐型。它的矿物为硅酸镁镍矿，(Mg、Fe、Ni、Co)₆Si₄O₁₀(OH)₈与镍蛇纹石(Mg、Fe、Ni、Co)₃ Si_l2O₉。这类矿石含铁低，生产镍铁的炉渣用作建筑材料和生产肥料。氧化镍矿中的镍呈化学浸染状态，因而不能用选矿方法富集镍。氧化镍矿含有结晶水和附着水，入炉前要干燥脱水。NiO易被C、CO、Si、Fe还原，还原过程氧化镍先还原为镍，所以镍铁生产是以选择性还原为基础的生产方法。生产镍铁常用的方法有电碳热法，电硅热法，鼓风炉法及克鲁伯——伦恩(Krupp—Renn)法。

电碳热法    新喀里多尼亚镍公司的多尼阿博(Doniambo)冶炼厂，生产镍铁的工艺流程见图2。用含Ni2.8％、Co0.06％、Fel3％、Cr₂O₃2％、MgO24％、SiO₂37％和12％结晶水的氧化镍矿作原料。先在直径2.7m、长73m的回转窑内加热至760℃脱水。预热后的矿石加入12500kVA埋弧还原电炉内，炼出成分为Ni+C024％、Si3％、C2％、Cr1.6％的粗镍铁。日处理矿石量500t。干矿耗电能550kW•h／t。镍回收率93％。粗镍铁在铁水包内加苏打脱硫，然后装入酸性转炉精炼。得到精炼镍铁成分为29％Ni+Co，0.02％ C，0.02％Cr，0.05％Si，0.03％P和0.03％S。

希腊拉瑞姆纳(Larymna)矿冶公司的拉瑞姆纳厂，用自产的红土矿生产镍铁。红土矿是一种含镍钴铬铁的复杂矿。生产商品镍铁和电解阳极板(Ni+Co约90％)。炉渣用来生产钢。工艺流程见图3。矿石成分为Nn1.1％～1.6％，Fe₂O₃54.30％，SiO₂15％，A1₂O₃+TiO₂16.0％，Cr₂O₃2.3％，CaO2.5％，MgO2.6％，P₂O₅0.05％；烧损5.0％。红土矿与褐煤混合后装入直径4.2m，长90m的回转窑内，加热预还原，于900℃出窑，再与部分经预热的红土矿在16000kVA埋弧还原电炉内熔化、还原和渣铁分离。得到含Ni20％～25％的镍铁。将这种镍铁在转炉吹氧精炼，得到Ni>25％～90％的镍铁。Ni约90％的镍铁铸成阳极板供生产电解镍用。

电硅热法          美国汉纳(Hanna)矿业公司所属利得(Riddle)冶炼厂生产镍铁的工艺流程见图4。将从其附近矿山运来的氧化镍矿烘干、筛分，去掉含镍低(Ni约

0.65％)的硬橄榄石矿。实际使用矿石含Nn1.60％～1.70%，Fe10％～15％．SiO₂45％～58％，MgO24％～32％，Cr0.8％～1．2％，A1₂O₃l％～3％，烧损6％～8％，矿石在直径3m，长80m的回转窑内，用热煤气加热至650～700℃。窑内停留时间约1．5h，可去除全部附着水和60％～70％的结合水。每台回转窑每小时处理矿石45～50t。热矿石在14000kVA电炉内熔化成矿熔体，以后操作程序为：(1)从电炉内放出约11t矿熔体于反应包内；(2)将反应包放在渣包混合器的一侧，另一侧放有一个装有9～14t熔融粗镍铁的包；(3)将装有熔融粗镍铁的包升起，把粗镍铁迅速倒入装有矿熔体的包内，同时加入硅铁(45％Si)；(4)空包下落，提取装有反应物的包，迅速倒入空包内。从一个包倒入另一个包反复5次；(5)装有反应物的包镇静3rain，使金属粒下降。然后将包提起，将炉渣放入旁边的渣包中。每个反应周期为15～16min，产镍铁约400kg。包中镍铁重量超过12．7～13．6t时，便倒出一部分粗镍铁送2500kVA三相电炉内精炼。精炼电炉分两次装料共装3．6～4．1t粗镍铁。精炼过程加铁矿石和石灰脱磷，扒渣后再加石灰、萤石造渣。达到出炉温度后，加硅铁脱氧。出炉温度约1482℃。用浇铸机铸成重约15kg的锭。精炼后镍铁成分为：Ni48.5％，Co0.5％，S0.005％，P0.01％，C0.02％，Cr0.02％，Si0.9％；镍的回收率为90％；电耗62.7kw•h／kg。

克虏伯一伦恩法       这是将生产粒铁的方法应用于镍铁生产。工艺流程见图5。用硅镁镍矿(含Ni+

Co2.7％～3.5％，Fe₂O₃16％～20％，SiO₂38％～45％，MgO20％～25％，A1₂O₃0.5％～2.1％，水分约10％)作原料，还原剂用无烟煤(固定碳约80％，S0.24％～0.51％，P约0.02％)。石灰与沙作熔剂。将氧化镍矿加入适当的熔剂和煤，经粉碎、混合、装入回转窑中，进行熔融态还原焙烧。使大部分镍及一定量的铁被还原成海绵状金属。放入水槽中使渣变脆。经球磨机粉碎，使渣和金属分离；再经磁选选出金属，得到粒状镍铁。成分为：Ni+Co22％，S0.25％，P0.08％，C0.5％，Si0.1％。然后在电炉内熔化，除去杂质，得精炼镍铁成分为：Ni+Co26％，S0.03％，P0.03％，C0.15％，Cr0.1％，Si0.01％和Cu0.1％；镍回收率约90％。

鼓风炉法          把氧化镍矿在回转窑内预热、干燥后，制成团块，与焦炭块一起加进鼓风炉内冶炼。生产出粗镍铁。再用苏打脱硫，制出高碳镍铁。其成分为：Ni+Co20％，S0.05％，P0.03％，C3％，Cr和Si2％。如需要生产低碳镍铁，可再用转炉精炼。