ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра: «Химия и экология»

Расчетно-графическая работа

«Металлы»

Выполнил студент 41П группы: Варлаханов А.В.

Проверил преподаватель:

Муромцева Е.В.

Хабаровск, 2011

Оглавление

1 Нахождение никеля в природе 3

1.1 Распространенность 3

1.2 Важнейшие природные соединения и их названия 3

2 Способы получения 4

3 Физические свойства 5

4 Характеристика никеля исходя из положения в переодической таблице Д. И. Менделеева 5

4.1 Оксиды никеля 6

4.2 Гидроксиды никеля 7

5 Химические свойства 7

6 Облать применения никеля и его соеденений 8

7График зависимости потенциалов водородного и кислородного электродов от ph среды 9

1 Нахождение никеля в природе

1. Распространенность

Никель довольно распространён в природе. Существует гипотеза, что земное ядро состоит из никелистого железа. В соответствии с этим среднее содержание никель в земле в целом по оценке около 3%. В земной коре, где никеля 0,01 %, он также тяготеет к более глубокой, так называемых базальтовой оболочке. В земной коре встречается только в связанном виде, в железных метеоритах содержится самородный никель (до 8 %). Содержание его в ультраосновных породах примерно в 200 раз выше, чем в кислых (1,2 кг/т и 8г/т). В ультраосновных породах преобладающее количество никеля связано с оливинами, содержащими 0,13 – 0,41% Ni. Он изоморфно замещает железо и магний. Небольшая часть никеля присутствует в виде сульфидов. Никель проявляет сидерофильные и халькофильные свойства. При повышенном содержании в магме серы возникают сульфиды никеля вместе с медью, кобальтом, железом и платиноидами. В гидротермальном процессе совместно с кобальтом, мышьяком и серой и иногда с висмутом, ураном и серебром, никель образует повышенные концентрации в виде арсенидов и сульфидов никеля. Никель обычно содержится в сульфидных и мышьяк-содержащих медно-никелевых рудах.

1.2 Важнейшие природные соединения и их названия

Никель входит в состав многих сплавов, которые широко используются в сотнях промышленных отраслей. Это один из самых полезных металлов, известных человеку.

• никелин (красный никелевый колчедан, купферникель) NiAs

• хлоантит (белый никелевый колчедан) (Ni, Co, Fe)As₂

• гарниерит (Mg, Ni)₆(Si₄O₁₁)(OH)₆*H₂O

• магнитный колчедан (Fe, Ni, Cu)S

• мышьяково-никелевый блеск (герсдорфит) NiAsS

• пентландит (Fe,Ni)₉S₈

2 Способы получения

Около 80% никеля от общего его производства получают из сульфидных медно-никелевых руд. После селективного обогащения методом флотации из руды выделяют медный, никелевый и пирротиновый концентраты. Под обогащением руд принято понимать совокупность приемов получения концентратов путем обработки руд механическими способами - измельчением с последующей гравитацией, магнитной сепарацией или флотацией.

Способы обогащения основаны на измельчении руды до такой степени, при которой зерна рудных минералов, например сульфиды меди, никеля, свинца, освобождаются от связи с пустой породой и могут быть отделены от пустой породы без нарушения элементного состава рудного минерала.

Никелевый рудный концентрат в смеси с флюсами плавят в электрических шахтах или отражательных печах с целью отделения пустой породы и извлечения никеля в сульфидный расплав (штейн), содержащий 10-15% Ni. Обычно электроплавке предшествуют частичный окислительный обжиг и окускование концентрата.

Наряду с Ni в штейн переходят часть Fe, Со и практически полностью Cu и благородные металлы. После отделения Fe окислением (продувкой жидкого штейна в конвертерах) получают сплав сульфидов Cu и Ni - файнштейн, который медленно охлаждают, тонко измельчают и направляют на флотацию для разделения Cu и Ni. Никелевый концентрат обжигают в кипящем слое до NiO. Металл получают восстановлением NiO в электрических дуговых печах. Из чернового никель отливают аноды и рафинируют электролитически. Содержание примесей в электролитном никель (марка 110) 0,01%.

Для разделения Cu и Ni используют также так называемых карбонильный процесс, основанный на обратимости реакции:

Ni + 4CO = Ni(CO)₄

Получение карбонила проводят при 100-200 атм и при 200-250 °C, а его разложение - без доступа воздуха при атм. давлении и около 200 °C. Разложение Ni(CO)₄ используют также для получения никелевых покрытий и изготовления различных изделий (разложение на нагретой матрице).

В современное "автогенных" процессах плавка осуществляется за счет тепла, выделяющегося при окислении сульфидов воздухом, обогащенным кислородом. Это позволяет отказаться от углеродистого топлива, получить газы, богатые SO₂, пригодные для производства серной кислоты или элементарной серы, а также резко повысить экономичность процесса. Наиболее совершенно и перспективно окисление жидких сульфидов. Все более распространяются процессы, основанные на обработке никелевых концентратов растворами

кислот или аммиака в присутствии кислорода при повышенных температурах и давлении (автоклавные процессы). Обычно никель переводят в раствор, из которого выделяют его в виде богатого сульфидного концентрата или металлического порошка (восстановлением водородом под давлением).

Из силикатных (окисленных) руд никель также может быть сконцентрирован в штейне при введении в шихту плавки флюсов - гипса или пирита. Восстановительно-сульфидирующую плавку проводят обычно в шахтных печах; образующийся штейн содержит 16-20% Ni, 16-18% S, остальное - Fe. Технология извлечения никеля из штейна аналогична описанной выше, за исключением того, что операция отделения Cu часто выпадает. При малом содержании в окисленных рудах Со их целесообразно подвергать восстановительной плавке с получением ферроникеля, направляемого на производство стали. Для извлечения Никеля из окисленных руд применяют также гидрометаллургические методы - аммиачное выщелачивание предварительно восстановленной руды, сернокислотное автоклавное выщелачивание и других.