鎳礦

鎳礦

鎳礦指含有鎳元素或鎳化合物的礦石,能經過選礦成為含鎳品位較高的鎳精礦或者說是鎳礦砂,鎳精礦需要經過冶煉提成,才能成為精鎳及鎳製品。鎳礦在地殼中的含量為0.018%,鎳礦主要礦物有鎳黃鐵礦〔(Ni,Fe)9S8〕、矽鎂鎳礦〔(Ni,Mg)SiO3·nH2O〕、針鎳礦或黃鎳礦(NiS)、紅鎳礦(NiAs)等。海底的錳結核中鎳的儲量很大,是鎳的重要遠景資源。

基本信息

簡介

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鎳是一種銀白色金屬。屬化學無素,化學符號Ni,原子序數28,原子量58.69,屬周期系Ⅷ族。

鎳是一種銀白色金屬具有良好的機械強度和延展性,難熔耐高溫,並具有很高的化學穩定性,在空氣中不氧化等特徵,因此是一種十分重要的有色金屬原料。

1751年瑞典A.F.克龍斯泰德用木炭還原紅鎳礦製得金屬鎳,其英文名稱來源於德文Kupfernickel,含義是假銅。

簡史

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古代埃及中國都曾用含很高的隕鐵作器物。中國公元前206年(漢朝)以前就已掌握了冶煉白銅(即銅鎳鋅合金,含Cu52%~80%,Ni5%~35%,Zn10%~35%)的技術。

1865年法國加尼爾首次在新喀里多尼亞發現矽酸鎳礦,以後被他命名為矽鎂鎳礦。

1875年開始開採,由於當地燃料、熔劑缺乏,勞力不足,礦石送往法國、德國冶煉,是世界上最早用鼓風爐煉鎳的礦石。

1856年A.P.薩爾得在加拿大定子午線時發現在薩德伯里地區羅盤讀數顯得偏斜,隨後,墨累據此在附近檢查,從鐵帽上(即克里斯頓礦體頂盤)採樣分析發現含Ni1%、Cu2%的礦石,但因交通不便,未引起注意,至1883年才開展工作,於1886年發現克里斯頓礦床,從而發現了世界聞名的薩德伯里超大型銅鎳硫化物礦床,

1901年露采出礦。從此世界鎳的冶煉由氧化鎳轉向硫化鎳。

中國鎳工業始於1957年四川省力馬河鎳礦的開採,雖然生產規模較小,填補了中國鎳工業的空白,在當時緩和了中國“鎳荒”。1958年甘肅省地質局發現金川(即白家嘴子)鎳礦,並於60年代投產,這在很大程度中解決了中國對鎳的需要。到了90年代,由於新疆喀拉通克鎳礦、雲南金平鎳礦及吉林赤柏松鎳礦的開發和投產,更使中國鎳工業的發展上了一個新台階。

原料特點

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鎳屬於親鐵元素,在地球中的含量僅次於,居第5位。在地核中含鎳最高,是天然的鎳鐵合金。在地殼中鐵鎂質岩石含鎳高於矽鋁質岩石,例如橄欖岩含鎳為花崗岩的1000倍,輝長岩含鎳為花崗岩的80倍。

已知含鎳礦物約50餘種,最主要的10多種含鎳礦物列於表3.10.1中。其中硫化物,如鎳黃鐵礦、紫硫鎳鐵礦等游離硫化鎳形態存在,有相當一部分鎳以類質同象賦存於磁黃鐵礦中。而氧化鎳礦中,鎳紅土礦含鐵高,含矽鎂低,含鎳為1%~2%;矽酸鎳所含鐵低,含矽鎂高,含鎳為1.6%~4.0%。目前,氧化鎳礦的開發利用是以鎳紅土礦為主,它是由超基性岩風化發展而成的,鎳主要以鎳褐鐵礦(很少結晶到不結晶的氧化鐵)形式存在。

Ni2+ 具強烈親硫性。在岩漿結晶早期,在鎳含量一定的前提下,鎳在岩石中的富集程度取決於硫的逸度。當有足夠的硫時,鎳與硫及似硫物(砷、銻)形成含鎳硫化物,在矽酸礦物結晶前分離出來,形成鎳的硫(或)化物(如磁黃鐵礦鎳黃鐵礦紅砷鎳礦)。通常所謂的鎂矽鎳礦(即矽酸鎳礦)是從蛇紋石到類似粘土的水蛇紋石與皂石等鎂礦物的一系列混合物的總稱,在氧化作用條件下,部分鎂被鎳置換。氧化鎳和硫化鎳一樣,現在已成為鎳的重要來源。

性質特徵

鎳是銀白色金屬,熔點1455℃,沸點2730℃,密度8.90克/立方厘米。有鐵磁性和延展性,能導電和導熱。常溫下,鎳在潮濕空氣中表面形成緻密的氧化膜,不但能阻止繼續被氧化,而且能耐鹼、鹽溶液的腐蝕。塊狀鎳不會燃燒,細鎳絲可燃,特製的細小多孔鎳粒在空氣中會自燃。加熱時,鎳與氧、硫、氯、溴發生劇烈反應。細粉末狀的金屬鎳在加熱時可吸收相當量的氫氣。鎳能緩慢地溶於稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸,但在發煙硝酸中表面鈍化。鎳的氧化態為-1、+1、+2、+3、+4,簡單化合物中以+2價最穩定,+3價鎳鹽為氧化劑。鎳的氧化物有NiO和Ni2O3。氫氧化鎳〔Ni(OH)2〕為強鹼,微溶於水,易溶於酸。硫酸鎳(NiSO4)能與鹼金屬硫酸鹽形成礬Ni(SO4)2·6H2O(MI為鹼金屬離子)。+2價鎳離子能形成配位化合物。在加壓下,鎳與一氧化碳能形成四羰基鎳〔Ni(CO)4〕,加熱後它又會分解成金屬鎳和一氧化碳。

製法

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1、電解法。將富集的硫化物礦焙燒成氧化物,用炭還原成粗鎳,再經電解得純金屬鎳。

2、羰基化法。將鎳的硫化物礦與一氧化碳作用生成四羰基鎳,加熱後分解,又得純度很高的金屬鎳。

3、氫氣還原法。用氫氣還原氧化鎳,可得金屬鎳。

分類分布

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鎳礦種類很多,自然界廣泛存在的鎳硫化礦是(Ni,Fe)S,比重為5,硬度為4,其次是針硫鎳礦NiS(比重5.3,硬度2.5)等。

硫化鎳礦床的礦石按硫化率,即呈硫化物狀態的鎳(SNi)與全鎳(TNi)之比將礦石分為:

原生礦石:SNi/TNi>70%;

混合礦石:SNi/TNi45%~70%;

氧化礦石:SNi/TNi<45%;

矽酸鎳礦石按氧化鎂含量分為;

鐵質礦石:MgO<10%;

鐵鎂質礦石:MgO 10%~20%;

鎂質礦石:MgO>20%;

鎳礦石的主要有害雜質有銅(在矽酸鎳礦中)、等。

硫化鎳礦石按鎳含量可分下列三個品級,特富礦石:Ni>3%;富礦石Ni 1%~3%;貧礦石:Ni 0.3%~1%。富礦石及貧礦石需經選礦,特富礦石可直接入爐冶煉。

硫化鎳礦床普遍含銅,常稱含銅硫化鎳礦床。在鎳礦體中銅無需單獨制定指標和圈定礦體,當鎳品位達不到指標而銅可單獨形成礦體時,其指標為按銅執行。除銅外,一般常伴生有鐵、鉻、鈷、錳、鉑族金屬、金、銀及硒和碲等,這些伴生有用組分的含量要求是:Pt、Pd為0.03g/t;Os、Ru、Rh、Ir為0.02g/t;Au為0.05~0.1g/t、Ag為1.0g/t、Co為0.01%;Se為0.0005%;Te為0.0002%。在蛇紋岩、滑石等礦床中含有較高的鎳,常有回收價值,在評價該類礦床時對鎳要注意綜合評價。

資源狀況

已知鎳礦約50餘種。截至1995年末,中國已探明鎳礦區84處,分布於全國18個省、自治區。鎳的保有儲量為785.31萬t,其中A+B+C級占儲量的47.9%,為376.39萬t。如以我國的工業儲量(A+B+C級)與西方國家的儲量基礎相比,我國在古巴(儲量基礎2300萬t)、新喀里多尼亞(儲量基礎1500萬t)、加拿大(儲量基礎1400萬t)、印度尼西亞(儲量基礎1300萬t)、菲律賓(儲量基礎1100萬t)、俄羅斯(儲量基礎730萬t)、澳大利亞(儲量基礎680萬t)、巴西(儲量基礎430萬t)之後,位居世界第9位。
60年代由於甘肅金川硫化銅鎳礦床勘查成功,鎳儲量10年增加了1倍多,標誌著中國鎳礦石儲備的世界重要地位。自1975年以後,鎳的保有儲量基本上穩定在760~780萬t。
我國鎳礦資源是比較豐富的,據預測,資源量在900萬t左右。最有遠景的地區是新疆哈密的黃山、穹塔格和塔里木盆地北緣。

我國鎳礦

儲量分布

我國鎳礦分布就大區來看,主要分布在西北、西南和東北,其保有儲量占全國總儲量的比例分別為76.8%、12.1%、4.9%。就各省(區)來看,甘肅儲量最多,占全國鎳礦總儲量的62%(其中金昌的鎳產提煉規模居全球第二位),其次是新疆(11.6%)、雲南(8.9%)、吉林(4.4%)、湖北(3.4%)和四川(3.3%)。

找礦突破

中央地質勘查基金在位於新疆若羌的“坡北—鏇窩嶺一帶鎳礦普查”項目獲得突破性進展。該基金與其他社會資金合作進行的普查結果顯示,這一地區共探得鎳資源量超過百萬噸,礦床規模達到特大型。據估計,中央地勘基金的這一投入直接拉動社會勘查資金近億元,成為國家找礦新機制的又一重大成果。
鎳是我國稀缺的一種有色金屬原料,在機械製造等領域有廣泛用途,目前我國進口量逐年遞增。據了解,自2006年成立以來,中央地勘基金項目已累計提交重要礦種的大中型礦產地53處。
據了解,截至2011年底,全礦區共探得鎳金屬資源量128萬噸。普查還發現,該勘查區厚大礦層尚未完全控制,礦床規模還有望擴大,礦石鎳品位進一步提高,鎳金屬等資源量遠景規模有望突破200萬噸。

套用價值

鎳能激活胰島素,這一點與鉻的作用相似。缺鎳、缺鉻可使胰島素的活性減弱,糖的利用發生障礙,血中的脂肪及類脂質含量升高,這些物質沉積在血管壁,就會導致動脈粥樣硬化,從而引發冠心病高血壓。有人從動物實驗中觀察到,鎳能抑制大鼠肝合成膽固醇和脂肪,這說明,鎳對糖代謝和脂肪代謝都有一定作用。鎳的作用雖然還不十分明了,但是,它已經屬於人類命過生程中不可缺少的微量元素之一。鎳是血纖維蛋白溶酶的組成成分,具有刺激生血機能的作用,能促進紅細胞的再生。有類似鈷的生理活性,血鎳的變化也與鈷在貧血治療過程中的變化近似。給供血者每日5毫克鎳鹽,可使血紅蛋白的合成及紅細胞的再生明顯加速。鎳還是體內一些酶的激活劑,而這些酶均為生物體內蛋白質和核酸代謝過程中的重要酶,所以鎳水平降低時,就有可能引起機體代謝上的變化,從而導致某些器官功能的障礙。此外,它又可以維持細胞膜的結構,控制催乳激素等。因此,鎳對人體的作用不容忽視。

主要用途

鎳被用來製造不鏽鋼、高鎳合金鋼和合金結構鋼,廣泛用於飛機、雷達飛彈、坦克、艦艇、宇宙飛船、原子反應堆等各種軍工製造業。

在民用工業中,鎳常製成結構鋼、耐酸鋼、耐熱鋼等大量用於各種機械製造業。鎳還可作陶瓷顏料和防腐鍍層,鎳鈷合金是一種永磁材料,廣泛用於電子遙控、原子能工業和超聲工藝等領域,在化學工業中,鎳常用作氫化催化劑。近年來,在彩色電視機、磁帶錄音機和其他通訊器材等方面鎳的用量也正在迅速增加。

總之,由於鎳具有優良性能,已成為發展現代航空工業、國防工業和建立人類高水平物質文化生活的現代化體系不可缺少的金屬。

套用領域

鎳礦已廣泛套用於電子、石油化工、冶金、機械、能源、輕工、環境保護、農業等領域。

危害

鎳礦有毒性,存在於銅鎳礦中的放射性元素氡存在於建築水泥、礦碴和裝飾石材以及土壤中。對人體的危害:是一種放射性元素,可導致肺癌。對人體的輻射傷害占一生中所受到的全部輻射傷害的55%以上,其誘發肺癌的潛伏期大多都在15年以上,是除了吸菸之外,引起肺癌的第二大因素。

標樣公司

美國加聯是一家專業做進口標樣的公司,提供的鎳礦標樣成分鎳含量為1.6%左右、1.7%左右、1.8%左右、1.9%左右、2%左右等,主要針對中國用戶對鎳礦和鎳鐵的標樣需要。

爭端

2014年1月,包括中遠香港等多家中國航運企業的十餘艘貨船在印度尼西亞東部的蘇拉威西島被當地政府扣留。對方要求每艘貨船繳納至少30萬美元才可放行,且被扣船舶的數量有增加的趨勢。

2014年1月12日開始,印尼未經加工的金屬礦石不得出口的國會決議就將生效。距離禁令生效尚有數天,在當地裝運鎳礦的中國航運企業的船舶就已提前領教。上海而立船舶旗下船舶也在被扣之列,該公司負責人陳杜松介紹,船舶滯留當地後每天的開支就要10多萬人民幣。

中國駐印尼使館已經介入這一事件。但讓被扣船企擔心的是,如果這批船舶不能在12日大限前被放行,裝運的鎳礦就有被要求卸貨的危險,屆時可能會產生更大的經濟損失。

常見礦物(二)

硫化物及其類似化合物的礦物種數有350種左右,只占地殼總重量的0.15﹪。雖然它們的分布量是如此有限,但它們卻可以富集成具有工業意義的有色金屬和稀有分散元素礦床。

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