Металлы и человек - Васильев Михаил (лучшие книги без регистрации txt) 📗
Это второй способ переработки никелевых руд.
Третий способ — электроплавка богатых окисных руд в дуговых печах. Восстановителем и здесь обычно служит древесный уголь. Получается ферроникель — сплав 50–75 процентов никеля с железом. По следующей переплавкой и рафинированием этого сплава можно получить электролитический никель, содержащий 99,97 процента чистого металла.
Окисленные никелевые руды можно подвергнуть и прямому восстановлению во вращающихся печах. При этом можно размолотую руду смешивать с восстановителем и нагревать в длинной вращающейся трубе до температуры 1250–1400 градусов. В полурасплавленной массе шлака и происходит восстановление железа и никеля. Железо и никель образуют кусочки — крицы — размером от 3 до 30 мм. Их отделяют от шлаков после размола механическим и магнитным сепарированием.
При переработке этим способом никелевых руд, содержащих менее 1 процента никеля и от 10 до 20 процентов железа, получают крицы, содержащие около 3–7 процентов никеля — как раз то же самое количество, что и в железных метеоритах.
Окисленные руды никеля можно перерабатывать и способами гидрометаллургии. При этом руду обрабатывают или раствором серной кислоты, или раствором аммиака. Путем ряда дальнейших операций из раствора получают чистый металл.
Все перечисленные способы относились к окисленным рудам, а ведь их значительно меньше, чем сульфидных.
Сульфидные руды также плавят в шахтных печах. Рудную мелочь и пыль предварительно перерабатывают в агломерат. Из шахтных печей получают штейн, содержащий около 9 процентов никеля, несколько меньшее количество меди и почти 25 процентов серы.
Впрочем, чаще такую плавку на штейн ведут в отражательных печах или даже в электропечах.
Полученный в любом из названных типов печей штейн поступает в конвертор. В результате бессемеровского передела получают сплав, содержащий никель, медь и серу.
Не простое дело — разделить питающие друг к другу явные симпатии медь и никель.
Окончательную его очистку осуществляют в электролитической ванне. При этом драгоценные металлы платиновой группы выделяются в шлам.
Есть и другой способ отделения никеля от меди. Основывается он на том, что никель способен соединяться с окисью углерода и образующаяся жидкость кипит уже при температуре в 43 градуса выше нуля. А при нагревании ее пара до 180–200 градусов это соединение разлагается обратно на никель и окись углерода. Процессы отделения никеля этим способом идут в специальных герметизированных башнях. Получаемый порошкообразный никель имеет очень высокую чистоту. В остатке после выделения никеля концентрируются медь, кобальт, железо и все драгоценные металлы. Этот остаток подвергается дальнейшей переработке.
Отделяют никель от меди и других примесей и в электролитических ваннах. Все эти процессы отнюдь не просты и не дешевы. Вот почему дорог никель и надо экономить каждый грамм этого металла!
Монель-металл
Не ищите этого названия в периодической системе элементов Менделеева: там его нет, ибо это не металл, а сплав, природный сплав. Один из тех сплавов, которые рождаются не путем смешивания различных металлов, а прямо из руды, созданной самой природой. Это сплав 60–67 процентов никеля, 27–29 процентов меди, 2–3 процентов железа и от 1 до 2 процентов марганца.
Иногда в монель-металл входит за счет меньшего содержания меди 2–3 процента алюминия.
Монель-металл вырабатывают из того сплава, который получают после конверторной переработки штейна. Его измельчают и подвергают обжигу. Сера при этом удаляется «намертво» — только следы ее, сотые доли процента, остаются в сплаве.
Обожженный металл, только что извлеченный из обжиговой печи и имеющий температуру около 1000 градусов, смешивают с древесным углем и охлаждают. Уже в эти минуты происходит восстановление значительной части меди и никеля. Затем к охлажденным огаркам добавляют новую порцию древесного угля и осуществляют плавку в электропечи.
Расплавленный металл разливают в изложницы. Монель-металл готов. Как видим, процесс его производства значительно проще, чем получение чистого никеля.
Монель-металл отнюдь не является «гадким утенком» в семье металлов и сплавов. У него завидное «здоровье» — огромная сопротивляемость коррозии. Ни морская и пресная вода, ни щелочи, ни органические кислоты и красители не действуют на него. Он обладает неплохой прочностью — сопротивлением на разрыв, которому могут позавидовать иные стали, — от 50 до 80 кг на кв. мм и вполне приемлемой вязкостью. Температура плавления этого сплава тоже достаточно высока — от 1300 до 1360 градусов, в зависимости от преобладания тех или иных компонентов.
И поэтому монель-металл охотно применяют в электротехнике, судостроении, химической и текстильной промышленности и т. д. Из него изготовляют высоковольтные маслонаполненные кабели, термопары, медицинские приборы, гребные винты, крыльчатки насосов, лопатки паровых турбин и т. д. Значительная часть монель-металла выпускается в виде проката — проволоки, прутков, полос и лент.
Но при производстве монель-металла не удается выделить драгоценные металлы платиновой группы, которые обычно содержатся в никелевой руде. Поэтому монель-металл стараются выплавлять из тех руд, в которых нет примеси драгоценных металлов или она очень невелика.
Трудовые будни
Никель считают одним из главных витаминов стали — легирующих добавок, резко повышающих прочность главного металла. И действительно, свыше 80 процентов всего добываемого в капиталистической половине мира никеля используется для легирования сталей — особенно броневых плит военных кораблей, танков, бронеавтомобилей.
Но никель является не только легирующей добавкой, а и основой целого ряда сплавов, имеющих важнейшие применения.
…Вы включили вилку электроплитки. В керамической тарелочке, в узком узорном пазе зарделась свернувшаяся там змейка спирали. Металл, из которого она сделана, явно обладает высоким коэффициентом электрического сопротивления. Имя его широко известно — это никелин. Да, конечно, это сплав. В его состав входят 25–35 процентов никеля, неизбежные примеси марганца, железа, цинка. Остальное в нем — медь.
Никелин широко применяется для изготовления реостатов и других электрических приборов.
Аналогичными свойствами обладают нихромы — сплавы никеля с хромом и железом. Они отличаются высокой антикоррозийностью, жароупорностью, поэтому применяются в качестве нагревательных элементов в бесчисленных промышленных электропечах.
…Термопары. Если соединить концы двух проволочек из различных металлов и один спай нагреть, а другой охладить, по проволочкам пойдет электрический ток. Чем выше будет разница температур нагретого и охлажденного спаев, тем большим будет ток. Этим свойством пользуются для измерения высоких температур — таких, которые уже нельзя измерить ртутным термометром, например температур в электропечах.
Одним из сплавов, широко применяемых для изготовления таких термопар, является хромель — сплав никеля с хромом. Аналогичными свойствами обладает и алюмель — сплав никеля с алюминием. Кроме никеля и алюминия, содержание которого в сплаве не превосходит 2,5 процента, в его состав входят кремний и марганец, причем общее их содержание не превышает 4 процентов.
Могучая дружина никелевых сплавов.
Удивительными свойствами обладает пермаллой — сплав никеля с железом. После специальной термито-механической обработки он приобретает необычайно высокую магнитную проницаемость, легко намагничивается и размагничивается даже в самых слабых полях.
Один из сплавов никеля с медью, мельхиор, идет на изготовление высококачественной столовой посуды. Из него же делают у нас в стране мелкую разменную монету.
Металл, который поступает в промышленность под именем никеля технического, также по существу является сплавом. Ведь в него обычно вводят небольшие легирующие добавки магния, марганца и кремния.
