Никелевая руда – вид полезных ископаемых, содержащих химический элемент никель в таких количествах и химических соединениях, что его извлечение является не только возможным, но и экономически выгодным. Обычно таковыми являются месторождения сульфидных (содержание никеля 1-2%) и силикатных (содержание никеля 1-1,5%) руд. К наиболее важным относят часто встречающиеся минералы: сульфиды (пентландит, миллерит, никелин, никелистый пирротин, полидимит, кобальт-никелевый пирит и другие), водные силикаты (гарниерит, аннабергит, ховахсит, ревдинскит, шухардит, никелевые нонтрониты) и никелевые хлориты. Медными рудами называются природные минеральные образования, содержание меди в которых достаточно для экономически выгодной добычи этого металла. Из множества известных содержащих медь минералов используются в промышленных масштабах около 17: медь самородная, борнит, халькопирит (медный колчедан), халькозин (медный блеск), ковеллин, бурнонит, блёклые руды (куприт, тенорит, малахит, азурит и другие).
Промышленное значение имеют такие типы месторождений: медноколчеданные, скарновые медно-магенетитовые, медно-титаномагнетитовые и медно-порфировые.
Они залегают среди вулканических пород древнего периода. В этот период действовали многочисленные наземные и подводные вулканы. Вулканы выделяли сернистые газы и горячие воды, насыщенные металлами – железом, медью, цинком и др. Из них на морском дне и в подстилающих породах отлагались руды, состоящие из сульфидов железа, меди и цинка, получившие название колчеданов. Основным минералом колчеданных руд является пирит, или серный колчедан, который составляет преобладающую часть (50–90%) объема колчеданных руд.
Большая часть добываемого никеля используется для производства жаропрочных, конструкционных, инструментальных, нержавеющих сталей и сплавов. Небольшая часть никеля расходуется на производство никелевого и медно-никелевого проката, для изготовления проволоки, лент, разнообразной аппаратуры для промышленности, а также в авиации, ракетостроении, при производстве оборудования для атомных электростанций, изготовлении радиолокационных приборов. В промышленности сплавы никеля с медью, цинком, алюминием, хромом и другими металлами.
Типы месторождений никеля:
Магматические сульфидные медно-никелевые месторождения
Первоначальное накопление сульфидов происходит в процессе внедрения, дифференциации и ликвации первоначально однородного никеленосного расплава на две жидкости: силикатную и сульфидную составляющие. Сульфидный расплав опускается, концентрируется и кристаллизуется после кристаллизации силикатного расплава. Подъем никеленосной магмы совершается по глубинным разломам, которые проникают в мантию и определяют геологическую позицию рудных районов и полей медно-никелевых месторождений. Месторождения сульфидных медно-никелевых руд сосредоточены в зонах глубинных разломов на древних щитах и платформах. Руды в основном залегают пластами.
Бедные руды ( до 1,5% никеля) обогащаются. Богатые руды (содержащие более 1.5% никеля) идут в производство без обогащения. Из медно-никелевых руд кроме никеля также извлекают медь, кобальт, металлы группы платины, золото, серебро, серу, селен, теллур.
Силикатные никелевые руды кор выветривания
Месторождения силикатных никелевых руд тесно связаны с тем или иным типом коры выветривания. При выветривании происходит разложение минералов и перенос подвижных элементов из верхних частей коры в нижние. Затем эти элементы выпадают в осадок в виде вторичных минералов.
Запасы никеля в месторождениях такого типа в 3 раза превышающие его запасы в сульфидных рудах. В некоторых находится более миллиона тон никеля. Среднее содержание в них никеля равно 1.1-2%. В таких рудах также содержится кобальт.
В зависимости от геологической структуры выделяются два типа силикатно-никелевых месторождений – площадные и линейные. Площадные образуются на достаточнооднородных массивах, имеющих ровную поверхность, а линейные – на контактах основных пород с другими горными породами (известняками) или вдоль разломов.
Месторождения медных и никелевых руд на территории России:
Серовское силикатно-никелевое месторождение
Расположено на Урале в 10 км к северо-западу от города Серова на площадях Кольского, Устейского и Вагранского массивов. Массивы разбиты разломами на три блока. Центральный приподнят, а западный и восточный опущены. В геологическом разрезе выделяются три зоны: охры, выщелоченные серпентиниты, дезинтегрированные серпентиниты.
Мощность рудных тел составляет в среднем 10-12 м. Основными никельсодержащими минералами являются монтмориллонит, нонтронит, хлорит и гидроокислы железа. Содержание никеля колеблется от 1,0 до 1,52%. Серовское месторождение наиболее крупное на Среднем Урале, запасы никеля здесь составляют несколько сот тысяч тонн.
Рогожинское месторождение
Расположено в северо-западной части Уфалейского массива в зоне субмеридионального разлома внутри последнего. Серпентиниты в зоне разлома раздроблены и частично замещаются карбонатами и охрами, а местами кремнисто-охристыми образованиями. Мощность составляет 100–150 м.На глубинах 100–150 м рудное тело резко уменьшается в мощности.
Восточно-Вожминское месторождение
Располагается в Карелии. Содержания никеля от 0,4-0,5% во вкрапленных рудах до 3-4% в брекчиевидных и массивных рудах. В рудах также присутствуют: медь 0,22-0,31% и кобальт 0,04-0,06%. Запасы никеля составляют около 12,9 тысяч тонн при среднем содержании никеля 1,25%. За счет изучения глубоких горизонтов (более 300 м), возможно увеличение запасов руды.
Лебяжинское месторождение (Карелия)
Медно-никелевые руды располагаются в пределах двух зон: Восточной и Центральной. Восточная зона, в которой известны наиболее богатые руды. В пределах зоны развито сингенетическое и эпигенетическое оруденение при преобладающей роли последнего. Залежь лентообразной формы, протяженностью 1700 м, мощностью пластов 0,2-25,5 м. В рудах содержится от 0,41 до 8% (в среднем 0,95-1,33%) никеля и 0,31-0,57% меди. Запасы никеля оцениваются в 20,7 тысяч тонн (при среднем содержании 1,33%).Верхняя залежь пластообразной формы, протяженность — до 2000 м, мощность 1,7-49,1 м. Содержание никеля варьирует в пределах 0,34-1,39%.
Светлоозерское месторождение медно-никелевых руд
Расположено в восточной части Западно-Светлоозерского массива, представлено залежью сложной линзовидной формы, протяженностью до 1200 м, мощностью 0,2-40 м. Руды вкрапленные, густовкрапленные и прожилково-вкрапленные. Содержания никеля составляют 0,2-11,6%. Запасы никеля оцениваются в 25 тысяч тонн.
Подольское медно-цинковое месторождение
Расположено на Южном Урале в 180 км к югу от города Магнитогорска. Колчеданные руды расположены на глубине 600 – 800 м и состоят в основном из медно-цинковых и медных руд. В нижней части также встречаются серно-колчеданные и прожилково-вкрапленные руды. Мощность пластов колеблется от 5 до 90 м. На глубинах 800–1000 м залегают базальты. Средние содержания металлов в рудах Подольского месторождения составляют: медь — 1,73%, цинк -1,05%, свинец — 0,13%. Запасы руды на Подольском месторождении около 80 миллионов тонн.
Удоканское меднорудное месторождение
Единственное крупное не разработанное месторождение меди находящееся на территории России. Расположено к востоку от озера Байкал, в Читинской области. Удоканское месторождение содержит от 25% до 60% национальных запасов медной руды и является одним из крупнейших в мире.
Содержание
Введение 1
Историческая справка об элементе 2
Распространение в природе, получение 3
Физические свойства 4
Химические свойства 5
Взаимодействие между металлами. (Диаграмма состояния (не надо)) 5
Коррозия и защита от коррозии 6
Применение и перспективы применения в технике, в быту и т.д 6
Список используемой литературы 6
. (Диаграмма состояния (не надо))
Введение
Ни́кель — элемент побочной подгруппы восьмой группы, четвертого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 28. Обозначается символом Ni (лат. Niccolum). Простое вещество никель (CAS-номер: 7440-02-0) — это пластичный ковкий переходный металл серебристо-белого цвета, при обычных температурах на воздухе покрывается тонкой плёнкой оксида. Химически малоактивен. Название своё этот элемент получил от имени злого духа гор немецкой мифологии, который подбрасывал искателям меди минерал мышьяково-никелевый блеск, похожий на медную руду (ср. нем. Nickel — озорник); при выплавлении руд никеля выделялись мышьяковые газы, из-за чего ему и приписали дурную славу.
Историческая справка об элементе
Никель (англ., франц. и нем. Nickel) открыт в 1751 г. Однако задолго до этого саксонские горняки хорошо знали руду, которая внешне походила на медную руду и применялась в стекловарении для окраски стёкол в зелёный цвет. Все попытки получить из этой руды медь оказались неудачными, в связи с чем в конце XVII в. руда получила название купферникель (Kupfernickel), что приблизительно означает «Медный дьявол».
Руду эту (красный никелевый колчедан NiAs) в 1751 г. исследовал шведский минералог Кронштедт. Ему удалось получить зелёный окисел и путём восстановления последнего — новый металл, названный никелем. Когда Бергман получил металл в более чистом виде, он установил, что по своим свойствам металл похож на железо; более подробно никель изучали многие химики, начиная с Пруста.
Никкел — ругательное слово на языке горняков. Оно образовалось из искажённого Nicolaus — родового слова, имевшего несколько значений. Но главным образом слово Nicolaus служило для характеристики двуличных людей; кроме того, оно обозначало «озорной маленький дух», «обманчивый бездельник» и т. д. В русской литературе начала XIX в. употреблялись названия николан (Шерер, 1808), николан (Захаров, 1810), николь и никель (Двигубский, 1824).
Распространение в природе, получение
Никель довольно распространён в природе — его содержание в земной коре составляет ок. 0,01 %(масс.). 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. Никель обычно содержится в сульфидных и мышьяк-содержащих медно-никелевых рудах.
1) никелин (красный никелевый колчедан, купферникель) NiAs
2) хлоантит (белый никелевый колчедан) (Ni, Co, Fe)As2
3) гарниерит (Mg, Ni)6(Si4O11)(OH)6*H2O и другие силикаты
4) магнитный колчедан (Fe, Ni, Cu)S
5) мышьяково-никелевый блеск (герсдорфит) NiAsS,
6) пентландит (Fe,Ni)9S8
В растениях в среднем 5·10 −5 весовых процентов никеля, в морских животных — 1,6·10 −4 , в наземных — 1·10 −6 , в человеческом организме — 1…2·10 −6 . О никеле в организмах известно уже немало. Установлено, например, что содержание его в крови человека меняется с возрастом, что у животных количество никеля в организме повышено, наконец, что существуют некоторые растения и микроорганизмы — «концентраторы» никеля, содержащие в тысячи и даже в сотни тысяч раз больше никеля, чем окружающая среда
Месторождения никелевых руд
Основные месторождения никелевых руд находятся в Канаде, России (Мурманская область, Норильский район, Урал), Кубе, ЮАР, Новой Каледонии и на Украине
В основу положена промышленная систематика месторождений, базирующуюся на морфологии рудных тел, геологических условиях их залегания, минеральном и вещественном составе руд, особенностях их технологической переработки.
Основные типы никелевых месторождений следующие:
медно-никелевые сульфидные месторождения: Норильское, Талнахское и Октябрьское, Мончегорское, Каула и др.(СНГ), рудный район Сёдбери и месторождение Томпсон (Канада), Камбалда (Австралия);
никелевые силикатные и кобальт-никелевые силикатные, преимущественно пластообразные месторождения Южного Урала, Кубы, Индонезии, Новой Каледонии, Австралии.
жильные сульфидно-арсенидные комплексные месторождения.
Потенциальным источником могут являться железомарганцевые конкреции дна океанов.
Получение
Общие запасы никеля в рудах на начало 1998 г. оцениваются в количестве 135 млн т., в том числе достоверные — 49 млн.т. Основные руды никеля — никелин (купферникель) NiAs, миллерит NiS, пентландит (FeNi)9S8 — содержат также мышьяк, железо и серу; в магматическом пирротине также встречаются включения пентландита.
Другие руды, из которых тоже добывают Ni, содержат примеси Co, Cu, Fe и Mg. Иногда никель является основным продуктом процесса рафинирования, но чаще его получают как побочный продукт в технологиях других металлов. Из достоверных запасов, по разным данным, от 40 до 66 % никеля находится в «окисленных никелевых рудах» (ОНР), 33 % — в сульфидных, 0,7 % — в прочих. По состоянию на 1997 г. доля никеля, произведённого переработкой ОНР, составила порядка 40 % от общемирового объёма производства. В промышленных условиях ОНР делят на два типа: магнезиальные и железистые.
Тугоплавкие магнезиальные руды, как правило, подвергают электроплавке на ферроникель (5-50 % Ni+Co, в зависимости от состава сырья и технологических особенностей).
Наиболее железистые — латеритовые руды перерабатывают гидрометаллургическими методами с применением аммиачно-карбонатного выщелачивания или сернокислотного автоклавного выщелачивания. В зависимости от состава сырья и применяемых технологических схем конечными продуктами этих технологий являются: закись никеля (76-90 % Ni), синтер (89 % Ni), сульфидные концентраты различного состава, а также металлические никель электролитный, никелевые порошки и кобальт.
Менее железистые — нонтронитовые руды плавят на штейн. На предприятиях, работающих по полному циклу, дальнейшая схема переработки включает конвертирование, обжиг файнштейна, электроплавку закиси никеля с получением металлического никеля. Попутно извлекаемый кобальт выпускают в виде металла и/или солей.[4] Ещё один источник никеля: в золе углей Южного Уэльса в Англии — до 78 кг никеля на тонну. Повышенное содержание никеля в некоторых каменных углях, пефтях, сланцах говорит о возможности концентрации никеля ископаемым органическим веществом. Причины этого явления пока не выяснены.
«Никель долгое время не могли получить в пластичном виде вследствие того, что он всегда имеет небольшую примесь серы в форме сульфида никеля, расположенного тонкими, хрупкими прослойками на границах металла. Добавление к расплавленному никелю небольшого количества магния переводит серу в форму соединения с магнием, которое выделяется в виде зерен, не нарушая пластичности металла.»[5]
Основную массу никеля получают из гарниерита и магнитного колчедана.
Силикатную руду восстанавливают угольной пылью во вращающихся трубчатых печах до железо-никелевых окатышей (5—8 % Ni), которые затем очищают от серы, прокаливают и обрабатывают раствором аммиака. После подкисления раствора из него электролитически получают металл.
Карбонильный способ (метод Монда). Вначале из сульфидной руды получают медно-никелевый штейн, над которым пропускают СО под высоким давлением. Образуется легколетучий тетракарбонилникель [Ni(CO)4], термическим разложением которого выделяют особо чистый металл.
Алюминотермический способ восстановления никеля из оксидной руды: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al2O3
Физические свойства
типы кристаллической решетки, пластичность, твердость, электропроводность, теплопроводность, температура кипения, температура плавления, оптические свойства (в виде таблицы)
| типы кристаллической решетки | 1 — кубическая 2 – гранецентрированная | |
| пластичность | Весьма пластичен Чистый никель – пластичный материал, легко обрабатывается как в холодном, так и в горячем состоянии, поддается прокатке, волочению и ковке | |
| твердость | ||
| электропроводность | 13,3 МСм/м | |
| теплопроводность | 273 – 373 К | λ= 88,5 Вт/(м·К) |
| температура кипения | 3 005 K | |
| температура плавления | 1 726 K | |
| оптические свойства | серебристо-серый, в порошке – серый |
Химические свойства
Дата добавления: 2016-12-17 ; просмотров: 724 | Нарушение авторских прав
Природные материалы, в составе которых содержится никель в количествах, позволяющих его извлекать с максимальной экономической выгодой, называются никелевыми рудами. Среди них выделяют два основных типа: сульфидные медно-никелевые и силикатные никелевые.
Никелевая руда образуется, как и другие руды, в результате остывания и кристаллизации магмы, содержащей в своем составе соединения металла.
Месторождения никелевой руды
Морфология рудных тел, геологические условия залегания, минеральный и вещественный состав руд, а также особенности их технологической переработки – в совокупности все это позволяет то или иное месторождение отнести к определенному классу.
В основном, никелевые месторождения подразделяются на:
- Медно-никелевые сульфидные. Данный тип месторождений никеля встречается в Канаде (Томпсон и рудный район Сёдбери), Австралии (Камбалда), на территории стран СНГ (Норильское, Талнахское, Октябрьское, Мончегорское, Каула и т.д.);
- Никелевые силикатные и кобальт-никелевые силикатные, а также оксидно-силикатные ферро-никелевые. Такие месторождения можно встретить, преимущественно, на Южном Урале, Побужье, а также в Кубе, Индонезии, Новой Каледонии, Австралии;
- Медно-колчеданные;
- Жильные сульфидно-арсенидные комплексные.
Последние два типа месторождений относятся ко второстепенным.
| Месторождение | Тип руд | Доля в запасах РФ, % | Содержание никеля в рудах, % | Добыча в 2006 г., тыс. т; |
|---|---|---|---|---|
| Октябрьское (Таймырский АО) | Сульфидный медно-никелевый | 40,3% | 0,87% | 220,2 |
| Талнахское (Таймырский АО) | 25,8% | 0,7% | 39,1 | — |
| Ждановское (Мурманская область) | 13,4% | 0,56% | 32,8 | — |
| Буруктальское (Оренбургская область) | Силикатный никелевый | 7,2% | 0,64% | 10,6 |
Стоит отметить, что железомарганцевые конкреции, располагающиеся на океанском дне, также можно рассматривать в качестве потенциального источника никелевых руд.
Образование руды в медно-никелевых сульфидных месторождениях происходит в несколько этапов. Изначально, существует однородный никеленосный расплав, который при определенных условиях разделяется на силикатный и сульфидный компоненты. Сульфидный расплав отличается своим большим весом, под действием которого происходит его оседание и концентрация в придонных частях интрузивов. Его кристаллизация происходит только после полного завершения силикатного расплава. Никеленосная магма поднимается по глубинным разломам, определяя геологическую позицию рудных районов и полей данного типа месторождений.
Рудные тела крупнейших месторождений отличаются своей пластообразной формой, которая, как правило, совпадает с направлением расслоенности интрузивных массивов. Также встречается жильная форма рудных тел, столбообразная или другая, более сложная, которая определяется разрывными нарушениями.
Отличительными характеристиками данного типа месторождений выступает наличие выдержанного минерального состава руд.
Для месторождений, относящихся ко второму типу, при образовании характерно выветривание серпентенитов, при котором разлагаются минералы, а также осуществляется передвижение некоторых подвижных элементов водными потоками в более низкие участки земной коры, где элементы образуют осадок в виде вторичных минералов.
Данные месторождения славятся большим количеством никелевых залежей, которые втрое больше, чем запасы никеля в сульфидных рудах. К наиболее масштабным месторождениям можно отнести те, которые расположены на территории Филиппин, Новой Каледонии, Индонезии, Австралии.
Месторождения, относящиеся ко второму типу, подразделяют на:
- площадной коры;
- линейно-площадной коры;
- линейные;
- имеющие сложную морфологию рудных тел.
Никелевая промышленость
Исторические источники свидетельствуют об использовании никеля еще в древние времена. Однако, его официальное открытие случилось только в середине 18 века – в 1751 году. Целое столетие, вплоть до конца 19 века, добыча никеля не была масштабирована и осуществлялась исключительно на территории определенных стран, к которым относятся Германия, Греция, Италия, Норвегия, Швеция. Только к 80-м годам 19 века отмечается более активная фаза развития никелевой промышленности, которая связана с разработкой крупных залежей в Новой Каледонии и канадского месторождения Садбери.
Никелевое производство в России было начато также в 19 веке. Первым найденным на территории РФ месторождением никелевых руд является Петровское месторождение, расположенное на территории Среднего Урала. Оно было обнаружено еще в начале 19 века, однако ошибочно было принято за месторождение руд медных. Но все попытки добыть из данного месторождения медь были тщетны, в связи с чем его забросили вплоть до 1855 года. Именно тогда одним из инженеров было определено наличие никеля в руде. Спустя некоторое время на протяжении целых четырех лет из данного месторождения удавалось извлекать порядка 60 тонн металлического никеля. К концу столетия было обнаружено еще ряд месторождений на Среднем Урале, к которым относятся Истокинское, Ивановское, Ургунское, Верхненейвинское.
Несмотря на интенсивное начало производства никеля на местном уровне, со временем разработка указанных месторождений была прекращена. Основными причинами этого являлись ограниченные разведанные запасы, а также конкуренция никеля, добываемого в Новой Каледонии и Канаде, который был существенно дешевле по цене. В начале 20 века был начат второй этап освоения никелевых залежей. Ему предшествовало обнаружение новых залежей металла. В это же время начинается строительство никелевых предприятий, первым из которых является Ревдинский завод, выплавивший в период первой мировой войны порядка 40 тонн никеля.
На территории СССР первое предприятие по производству никеля было открыто в 1933 году. Начиная с 1938 года, также запущены в эксплуатацию заводы «Североникель» и «Южуралникель», а в 1942 году с мощностей Норильского горно-металлургического комбината была получена первая партия никеля. После окончания второй мировой войны никелевые предприятия продолжают открываться. Так, запускаются в работу «Печенганикель», Побужский никелевый завод и комбинат «Тувакобальт».
В настоящее время никелевая промышленность продолжает успешно развиваться.
