3. Получение
Важнейшими никелевыми рудами являются новокаледонский гарниерит и канадский магнитный колчедан. Последний, помимо никеля, содержит значительное количество меди. Кроме того, исходным материалом для добывания никеля нередко служат так называемые шпейсы (или шпейзы), остающиеся после выработки меди и свинца.
Рис.5 Новокаледонский гарниерит
Рис.6 Магнитный колчедан
При добывании никеля из гарниерита пользуются его особенно сильным сродством к сере. Руду сплавляют с веществами, легко отдающими серу. При этом никель переходит в Ni3S2, в то время как большинство примесей переходят в шлак, образуя силикаты. Частичным обжигом, повторным сплавлением с добавлением кварца и затем продуванием в конвертере "роштейн", обычно содержащий еще большое количество железа, переводят в чистый "никельштейн" теперь уже состоящий главным образом из сульфида никеля. Последний при обжиге превращается в оксид никеля(II) (1). Ее смешивают с порошком древесного угля и, добавив немного воды и муки (в качестве связующего средства), формуют из образовавшейся массы кубики; при их прокаливании образуются сырые рыхлые кубики никеля (2):
(1) Ni3S2 + 7/2 O2 → 3NiO + 2SO2
(2) NiO + C → Ni + CO
Магнитные колчеданы, содержащие никель, перерабатывают на никель аналогичным способом; только в этом случае не добавляют серу, а наоборот, обжигом уменьшают ее содержание. Кроме того, ввиду содержания в этих рудах меди при описанном выше способе переработки получается не (сырой) никель, а сплав его с медью. Этот сплав можно разделить на компоненты электролизом, однако обычно предпочитают отделять никель от меди еще до его восстановления. В Канаде для этого используют главным образом плавку, называемую оксфордским методом. Он был разработан Томпсоном (Thompson) в Оксфорде и состоит в следующем: в шахтной печи "штейн", содержащей никель и медь, сплавляют с гидросульфатом натрия и коксом. Сульфид натрия, образовавшийся при восстановлении гидросульфата, дает двойное соединение с сульфидом меди(I), содержащимся в "штейне". В верхней зоне печи это соединение переходит в общий сплав, а сульфид никеля опускается вниз. После охлаждения "головка", обогащенная медью, отделяется от нижнего "сплава", содержащего никель. Таким образом, повторным проведением процесса получают продукт, содержащий около 70% никеля и только 1-2% меди. Его размалывают, отмывают от сульфида натрия, подвергают обжигу и, наконец, восстанавливают коксом до чернового никеля, содержащего около 95% Ni и 2-3% Cu. Черновой никель перерабатывают на чистый металл электролитическим рафинированием или карбонильным методом.
Рис.7 Выплавка никеля на производстве
Карбонильный метод основан на получении летучего карбонила никеля Ni(CO)4 при действии оксида углерода на металл с последующим термическим разложением карбонила. При этом исходят из губчатого чернового никеля, полученного восстановлением водяным газом оксида никеля, содержащего в небольшом количестве медь. Металл обрабатывают оксидом углерода при 50º и нормальном давлении (метод Монда-Лангера). Однако можно получать карбонил никеля и непосредственно из штейна, содержащего никель и медь, если реакцию с оксидом углерода проводить при высоком давлении (200 атм) и температуре 200-250º (метод "I.G. Farbenindustrie"). Разложение карбонила никеля проводят при 200º и обычном давлении. Освобождающийся при этом оксид углерода возвращают в производство. Карбонильный метод позволяет получить никель особенно высокой чистоты (99,9 – 99,99%). Таким образом осуществляется большая часть мирового производства чистого никеля.
Электролитическое рафинирование используют в основном при переработке чернового никеля, содержащего платину, так как из анодных шламов легко можно выделить платину и другие цветные металлы этой группы [5] .