镍(nickel)

元素周期表中第4周期第Ⅷ族元素，属重有色金属。元素符号Ni，原子序数28，相对原子质量58．69。常温下为固体，呈银白色。

古代埃及、中国和巴比伦人都曾用含镍很高的陨铁制作器物。最早的陨铁器是在尼罗河流域的格泽(Gerzeh)和幼发拉底河流域的乌尔(ur)地方出土的公元前4世纪的铁珠和匕首(含镍7．5％～10．9％)。中国最早的含镍陨铁器是北京平谷出土的约公元前13世纪的商代铁刃铜钺。公元前200～300年前中国云南生产的白铜含镍很高，是最早的铜镍合金。瑞典矿物学家克朗斯塔特(A．F．Cronstedt)于1751年发现金属镍。1870年在新喀里多尼亚发现大型氧化镍矿床，随即建立起镍冶炼厂。紧接着在加拿大发现巨大的硫化镍矿床，并且在19世纪末建立起大型镍冶炼厂。与此同时，镍的应用领域如制造合金钢、合金、蓄电池和催化剂等不断扩大，使镍的产量急剧增加。第一次世界大战初期，世界镍年产量约为3万t，第二次世界大战结束时，增至16万t，到1992年世界镍总产量已达到85．72万t。主要产镍国家和地区有加拿大、前苏联、新喀里多尼亚、澳大利亚、古巴、南非、印度尼西亚、多米尼加和中国。

性质镍原子的外电子层构型为[Ar]3d84s。，在形成化合物时可失去最外层4s轨道上的2个电子，也可失去次外层3d轨道上的电子，所以镍具有+2、+3和+4等价态，+2价是镍的稳定化合价。

镍在常温下的潮湿空气中，表面上能形成致密氧化膜阻止其内部继续氧化，因此具有抗氧化和耐腐蚀性能。镍能耐氟、碱、盐水和多种有机物质的腐蚀，在浓硝酸中表面钝化而具有耐蚀性，在盐酸、稀硫酸和稀硝酸中反应缓慢，与氧、硫、碳、砷、溴、磷、铝、硅及一氧化碳反应生成相应的化合物。

金属镍有两种晶态：a镍晶体为紧密的六方晶系，β镍晶体为面心立方晶系。镍具有良好的机械强度、延展性和磁性，具有能吸收氢和二氧化碳的特性。镍的主要物理性质列于表1。

化合物镍与氧、硫、氯等元素反应生成多种化合物，具有工业价值的镍的化合物有氧化镍、硫化镍、氯化镍、氢氧化镍、硫酸镍等。镍的主要化合物列举于表2。

用途镍是生产各种高温高强度合金、磁性合金和合金结构钢的主要添加剂，如镍铬基合金、镍铬钴合金、镍铬钼合金、铜镍合金、钛镍形态记忆合金以及储氢合金等，其用量占镍的总消费量的70％以上，广泛用于冶金、化工、石油、建筑、机器制造、仪表仪器以及航天航海等领域。镍用作镀层，光亮美观，防锈耐蚀，其用量约占镍的总消费量的15％。镍还用作催化剂和化学电源，催化剂主要应用于石油化工的氢化等过程；化学电源有Cd-Ni、Fe—Ni、Zn—Ni、H₂一Ni等电池。镍

还可用于制作颜料、染料和铁素体。1993年世界镍的消费量为79．96万t，主要消费国家有前苏联、美国、日本、德国、法?国、英国、意大利和中国。

资源镍的地壳丰度为99×10^-4％，海水含镍5×10^-8％。世界上已开采的镍矿有硫化镍矿、氧化镍矿和砷化镍矿。在海底锰结核中也赋存有镍。硫化镍矿中最主要的矿物为镍黄铁矿[(Ni，Fe)₉S₈]、含镍磁硫铁矿[(Ni，Co)₃S₄]和锑硫铁矿(NiSbS)。硫化镍矿通常与黄铜矿(CuFeS)伴生，并含有不同数量的钴：金、银及铂族元素。硫化镍矿含镍量波动较大，开采品位一般在0．3％～2．0％。加拿大、前苏联、中国、澳大利亚和博茨瓦纳等国有大型硫化镍矿，其中加拿大林湖(Lym)矿是世界上最大的铜镍矿藏。氧化镍矿中最主要的矿物为含水镍镁硅酸盐矿[(Ni，Mg)Si()。•nHz()]，常见的有暗镍蛇纹石、滑面暗镍纹石和镍绿泥石。氧化镍矿中几乎不含铜、硫和铂族元素，但常含钴及大量铁，其脉石中通常含有大量的粘土、石英和滑石。氧化镍矿通常含镍0．5％～1．5％，少数富矿含镍可达5％～10％。新喀里多尼亚有世界最大的氧化镍矿，古巴、印度尼西亚、菲律宾、巴西、多米尼加和中国有大型氧化镍矿。镍的砷化矿物有红砷镍矿(NiAs)、砷镍矿(NiAs2)和辉砷镍矿(NiAsS)。在世界上还未发现大型镍的砷化矿床。目前提镍原料主要是硫化镍矿，但氧化镍矿的比重在逐年增加。世界镍储量估计为5700万t，其中80％以上分布在古巴、加拿大、前苏联、南非、希腊、澳大利亚、新喀多尼亚、菲律宾、南斯拉夫、巴西、中国和多米尼加。

提取冶金按所处理矿物的种类可分为氧化镍矿处理、硫化镍矿处理和含镍磁黄铁矿处理等。各种矿物的处理方法均有火法及湿法两类流程，矿物处理所得中间产品一般为镍锍、镍铁、氧化镍或硫化镍。镍锍吹炼得高镍锍。高镍锍处理分离出硫化镍或粗镍或用湿法处理为含镍溶液。冶炼产品可为金属镍(电镍或镍粉)，也可为镍铁或氧化镍等镍化合物。制取金属镍时按所用含镍中间产品原料的不同，分别采用镍电解、氢还原或羰基镍法(见表3)。

硫化镍矿处理硫化镍矿含镍0．3％～2％，直接进行冶炼不经济，通常采用选矿方法选出含镍4％～7％以上的铜镍混合精矿，或者进一步分选出镍精矿、铜精矿和磁硫铁精矿，再将此种混合精矿或镍精矿进行冶炼提取金属镍。提取镍可采用火法或湿法流程。

(1)火法流程。包括炉料准备、造锍熔炼、低镍锍吹炼、高镍锍处理、金属镍生产等主要环节。备料首先是选矿，以富集镍；其次是焙烧，使精矿中的部分硫化铁氧化为氧化铁，并脱除部分硫。熔炼是将精矿或焙烧矿与熔剂加热熔化，使炉料中的铜、镍、钴和贵金属富集到低镍锍中，而脉石和大部分铁造渣，与低镍锍分离。低镍锍转炉吹炼是把空气鼓入熔炼的低镍锍，同时加入石灰石等熔剂，除去铁和部分硫，产出的高铜镍锍含镍和铜70％～75％，硫20％～25％。高镍锍处理是采用分层熔炼法(见高镍锍分层熔炼法)、磨浮分离法(见高镍锍磨浮分离法)或选择性浸出法(见高镍锍选择性浸出法)得到硫化镍精矿；或者将硫化镍精矿焙烧成氧化镍，再还原成粗镍。金属镍生产是将硫化镍电解精炼或粗镍电解精炼成电镍；还可采用羰基镍法生产镍粉、镍丸；也可采用高镍锍选择性浸出法一镍电解沉积生产电解镍，或采用盐酸和氯气浸出法生产镍粉。

(2)湿法流程。直接处理硫化镍矿石或精矿，可简化镍的冶炼过程，提高镍的回收率，改善劳动条件。由于硫化物在常压下的溶解速度很慢，通常采用加压浸出。浸出可用硫酸溶液，也可用碱(氨)液。先将硫化镍矿石或精矿磨细。制成矿浆，用泵输往矿浆加热器加热，然后进压煮器进行浸出。浸出后矿浆经液固分离，净化除杂质后，可用氢还原法生产镍粉。美国镍港精炼厂(Port Niekel Refinery)采用加压酸浸法处理硫化镍钴精矿，加拿大舍利特高尔顿矿业公司(Sherritt Gordon Mines Ltd．)采用加压氨浸法处理硫化镍精矿和高镍锍，最终都采用氢还原法生产镍粉。

氧化镍矿提镍氧化镍矿一般含镍低(0．5％～1．5％)，而且难于用选矿方法进行富集，多直接进行冶炼。冶炼方法依矿石性质不同分火法和湿法。火法又分为氧化镍矿鼓风炉熔炼和氧化镍矿生产镍铁。湿法有氧化镍矿浸出，又分氨浸法和酸浸法。硫化熔炼一般采用鼓风炉熔炼，熔炼时加入黄铁矿或石膏作硫化剂，使矿石中的氧化镍转变为硫化镍形成低镍锍，然后吹炼成高镍锍，精炼产出金属镍。镍铁法是将矿石在回转窑预热或部分预还原后，加入焦粉在电炉进行还原熔炼产出粗镍铁，经吹炼产出含镍和钴约29％的精制镍铁。也可用氧气吹炼产出含镍和钴90％的镍铁，铸成阳极进行电解产出电镍。氧化镍矿氨浸法，是将矿石经选择性还原焙烧，使镍成为金属状态，然后用碳酸铵溶液浸出镍，最终以碱式碳酸镍沉淀产出。碱式碳酸镍可煅烧成氧化镍出售或用甲羰基镍法制取镍粉，也可再溶解，经净化后用加压氢还原法生产镍粉。氧化镍矿加压酸浸法，是在高温高压下于硫酸溶液中，使矿石中的镍转变成硫酸镍进入溶液，再用硫化氢使镍以硫化物沉淀产出，然后从硫化镍沉淀物提取金属镍。

展望镍的生产原料以硫化矿为主，其产量占世界镍总产量的60％以上，氧化镍矿所占比重将逐渐增加，二次镍原料的回收也将为人们所重视。镍提取冶金工艺受环境保护和能源的制约，富氧熔炼工艺将得到发展，新建厂和老厂改造将主要采用闪速熔炼、熔池熔炼、氧气喷吹熔炼以及其他富氧熔炼工艺。由于炼镍原料中氧化镍矿所占比重的上升，以及对环境保护要求日趋严格，全湿法冶炼工艺将会更多被采用。镍产品将向多样化发展，以适应不同行业和部门的要求。