CN105170989A - 利用镍铁合金制备羰基镍粉的方法和系统 - Google Patents
利用镍铁合金制备羰基镍粉的方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种利用镍铁合金制备羰基镍粉的方法和系统，该方法包括：(1)将镍铁合金和含硫固态化合物混合后进行熔化处理，得到镍铁熔体；(2)将镍铁熔体进行雾化制粒处理，得到镍铁合金颗粒；(3)将镍铁合金颗粒与一氧化碳接触，得到含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物以及铁粉；(4)将含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行冷凝处理，得到含有羰基镍和羰基铁的液态混合物以及第一一氧化碳；(5)将含有羰基镍和羰基铁的液态混合物进行精馏处理，得到气态羰基镍；以及(6)将气态羰基镍进行分解处理，分别得到羰基镍粉和第二一氧化碳。该方法可以在提高镍铁合金利用价值的同时降低羰基镍粉的生产成本。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体而言，本发明涉及一种利用镍铁合金制备羰基镍粉的方法和系统。
背景技术
近年来，随着高品位硫化镍矿的枯竭及国内不锈钢产业的快速发展，低品位红土镍矿已经成为生产镍铁产品的主要原料。为了解决红土镍矿的合理利用问题，以红土镍矿为原料，煤粉为还原剂，采用直接还原法将矿石中的铁镍氧化物还原成金属铁和金属镍，再经过矿热炉或熔分炉使镍富集到镍铁合金中。目前对镍铁合金的工业应用，对其研究也仅仅停留在将其作为冶炼不锈钢的原料的层面上，产品的附加值不高。
羰基镍是1889年由蒙德和兰基发现的，他们发现四个分子的CO在常压和40～100℃内能与一个分子的活性镍反应生成无色气体即羰基镍，并且他们进一步证明这个反应是可逆的，加热羰基镍到150～300℃便分解成镍和CO。羰基法生产纯金属，不仅能选择性地生成羰基产物，而且能在适当的条件下容易分离和分解成高纯度的金属。例如，镍和铁的羰基化合物由于它们的沸点相差很大，分别为43℃及103℃，可用简单方法加以分离。加拿大国际镍公司报道，具有一定硫含量的铜镍合金，经过雾化制粒后，可获得高活性的羰基合成原料，原料成分Ni65～70％，Cu15％，Fe1％，S4～5％。
中国研究羰化冶金技术也有50多年的历史，但都没有形成系统化和产业化，且原料选自电解镍，这都造成了生产羰基镍镍粉成本居高不下，利用其它含镍物料生产羰基镍仍是一个技术难题。
中国专利CN1603240A公开了一种羰基镍的合成方法，该方法将镍铜合金或镍铜一次合金置于固定床反应器内，通入一氧化碳进行羰化反应，在羰化反应条件压力5～15MPa，温度150～250℃下得到羰基镍产品。然而该方法的缺点是镍铜合金中的镍没有被活化，镍的反应活性低，此外合金也没有粒化，与CO的接触面积有限，这些将严重影响羰基镍的合成。
中国专利CN1775695A公开了一种羰基镍的合成方法，该方法将镍铜合金在熔融态进行雾化处理制粒，在10升的高压釜内进行羰基化反应，羰基合成条件：CO含量≥92％；CO气体在羰基合成的系统中循环速度8～12次/小时，压力：5～12Mpa；温度：100～150℃；合成时间：24～32小时。然而该方法的缺点是镍铜合金中的镍没有经过活化处理，镍的反应活性低，不利于羰基镍的合成。
因此，现有的制备镍的技术有待进一步改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种利用镍铁合金制备羰基镍粉的方法和系统，该方法可以有效利用镍铁合金制备得到高纯度的羰基镍粉，从而在提高镍铁合金利用价值的同时降低羰基镍粉的生产成本。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种利用镍铁合金制备羰基镍粉的方法，根据本发明实施例的，该方法包括：
(1)将所述镍铁合金和含硫固态化合物混合后进行熔化处理，以便得到镍铁熔体；
(2)将所述镍铁熔体进行雾化制粒处理，以便得到镍铁合金颗粒；
(3)将所述镍铁合金颗粒与一氧化碳接触，以便得到含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物以及铁粉；
(4)将所述含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行冷凝处理，以便得到含有羰基镍和羰基铁的液态混合物以及第一一氧化碳；
(5)将所述含有羰基镍和羰基铁的液态混合物进行精馏处理，以便得到气态羰基镍；以及
(6)将所述气态羰基镍进行分解处理，以便分别得到羰基镍粉和第二一氧化碳。
由此，根据本发明实施例的利用镍铁合金制备羰基镍粉的方法可以有效利用镍铁合金制备得到高纯度的羰基镍粉，从而在提高镍铁合金利用价值的同时降低羰基镍粉的生产成本。
另外，根据本发明上述实施例的利用镍铁合金制备羰基镍粉的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述利用镍铁合金制备羰基镍粉的方法进一步包括：(7)将所述第一一氧化碳返回步骤(3)与所述镍铁合金颗粒接触。由此，可以显著提高一氧化碳的循环利用率。
在本发明的一些实施例中，所述利用镍铁合金制备羰基镍粉的方法进一步包括：(8)将所述第二一氧化碳返回步骤(3)与所述镍铁合金颗粒接触。由此，可以进一步提高一氧化碳的循环利用率。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述镍铁熔体中硫含量占所述镍铁熔体总质量的0.5～3％。由此，可以显著后续羰基化合物的合成率。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述镍铁合金颗粒的粒径不大于0.5毫米。由此，可以进一步提高后续羰基镍合成率。
在本发明的一些实施例中，所述镍铁合金是通过对红土镍矿进行还原-熔分处理得到的。由此，可以进一步降低原料成本。
在本发明的另一个方面，本发明提出了一种利用镍铁合金制备羰基镍粉的系统，根据本发明的实施例，该系统包括：
熔化装置，所述熔化装置具有镍铁合金入口、含硫固态化合物入口和镍铁熔体出口，且适于将所述镍铁合金和含硫固态化合物混合后进行熔化处理，以便得到镍铁熔体；
雾化制粒装置，所述雾化制粒装置具有镍铁熔体入口和镍铁合金颗粒出口，所述镍铁熔体入口与所述镍铁熔体出口相连，且适于将所述镍铁熔体进行雾化制粒处理，以便得到镍铁合金颗粒；
羰基合成装置，所述羰基合成装置具有一氧化碳入口、镍铁合金颗粒入口、气态混合物出口和铁粉出口，所述镍铁合金颗粒入口和所述镍铁合金颗粒出口相连，且适于将所述镍铁合金颗粒与一氧化碳接触，以便得到含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物以及铁粉；
冷凝装置，所述冷凝装置具有气态混合物入口、液态混合物出口和第一一氧化碳出口，所述气态混合物入口与所述气态混合物出口相连，且适于将所述含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行冷凝处理，以便得到含有羰基镍和羰基铁的液态混合物以及第一一氧化碳；
精馏装置，所述精馏装置具有液态混合物入口和气态羰基镍出口，所述液态混合物入口与所述液态混合物出口相连，且适于将所述含有羰基镍和羰基铁的液态混合物进行精馏处理，以便得到气态羰基镍；以及
分解装置，所述分解装置具有气态羰基镍入口、羰基镍粉出口和第二一氧化碳出口，所述气态羰基镍入口和所述气态羰基镍出口相连，且适于将所述气态羰基镍进行分解处理，以便分别得到羰基镍粉和第二一氧化碳。
由此，根据本发明实施例的利用镍铁合金制备羰基镍粉的系统可以有效利用镍铁合金制备得到高纯度的羰基镍粉，从而在提高镍铁合金利用价值的同时降低羰基镍粉的生产成本。
另外，根据本发明上述实施例的利用镍铁合金制备羰基镍粉的系统还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述第一一氧化碳出口与所述一氧化碳入口相连，且适于将所述第一氧化碳返回至所述羰基合成装置与所述镍铁合金颗粒接触。由此，可以显著提高一氧化碳的循环利用率。
在本发明的一些实施例中，所述第二一氧化碳出口与所述一氧化碳入口相连，且适于将所述第二氧化碳返回至所述羰基合成装置与所述镍铁合金颗粒接触。由此，可以进一步提高一氧化碳的循环利用率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的利用镍铁合金制备羰基镍粉的方法流程示意图；
图2是根据本发明再一个实施例的利用镍铁合金制备羰基镍粉的方法流程示意图；
图3是根据本发明又一个实施例的利用镍铁合金制备羰基镍粉的方法流程示意图；
图4是根据本发明一个实施例的利用镍铁合金制备羰基镍粉的系统结构示意图；
图5是根据本发明再一个实施例的利用镍铁合金制备羰基镍粉的系统结构示意图；
图6是根据本发明又一个实施例的利用镍铁合金制备羰基镍粉的系统结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种利用镍铁合金制备羰基镍粉的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将所述镍铁合金和含硫固态化合物混合后进行熔化处理，以便得到镍铁熔体；(2)将所述镍铁熔体进行雾化制粒处理，以便得到镍铁合金颗粒；(3)将所述镍铁合金颗粒与一氧化碳接触，以便得到含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物以及铁粉；(4)将所述含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行冷凝处理，以便得到含有羰基镍和羰基铁的液态混合物以及第一一氧化碳；(5)将所述含有羰基镍和羰基铁的液态混合物进行精馏处理，以便得到气态羰基镍；以及(6)将所述气态羰基镍进行分解处理，以便分别得到羰基镍粉和第二一氧化碳。发明人发现，通过将镍铁合金和含硫固态化合物混合后进行熔化处理，可以使含硫固态化合物中的硫进入镍铁熔体中而活化镍，即得到高活性的镍铁熔体，同时通过对所得镍铁熔体进行雾化制粒，可以显著提高其与一氧化碳的接触面积，从而使其与一氧化碳直接接触即可反应生成羰基化合物，并且羰基化合物合成率较高，与现有技术相比，本发明在羰基化合物合成过程中并不需要加入催化剂，从而缩短了工艺流程，其次采用镍铁合金作为制备羰基镍粉的原料，较现有的制备羰基镍粉的原料铜镍合金相比，镍铁合金具有较低的成本，从而在提高镍铁合金利用价值的同时降低羰基镍粉的生产成本，并且相比于将镍铁合金直接应用于炼钢生产，本发明将镍铁合金用于制备羰基镍粉具有更高的经济效益，另外该方法整体工艺简单，便于操作，可以实现大规模生产。
下面参考图1-3对本发明实施例的利用镍铁合金制备羰基镍粉的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：
S100：将镍铁合金和含硫固态化合物混合后进行熔化处理
根据本发明的实施例，将镍铁合金和含硫固态化合物混合后进行熔化处理，从而可以得到镍铁熔体。发明人发现，通过熔化处理可以使得含硫固态化合物中的硫进入镍铁熔体中而活化镍，即得到高活性的镍铁熔体，从而显著提高羰基化合物反应速率，并且羰基化合物合成率较高，与现有技术相比，本发明在羰基化合物合成过程中并不需要加入催化剂，从而缩短了工艺流程。
根据本发明的一个实施例，镍铁合金中镍和铁的具体含量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁合金镍含量可以为10～45wt％，铁含量可以为60～80wt％。发明人发现，现有制备工艺中为了得到高纯度的羰基镍粉，通常需要采用镍含量较高的铜镍矿，导致原料生产成本较高，不易采购，而本发明对原料中镍品位要求门槛较低，虽然镍铁合金中镍的品位较低，但是采用本发明的方法仍可以制备得到高纯度的羰基镍粉(镍含量高于99％以上)，从而在拓宽原料来源的同时降低羰基镍粉的生产成本。
根据本发明的再一个实施例，镍铁熔体中硫含量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁熔体中硫含量可以占镍铁熔体总质量的0.5～3％。发明人发现，镍铁熔体中硫含量越高，使得所得镍铁合金颗粒活性越高，从而越有利于羰基镍合成反应的快速进行，并且羰基镍合成率也较高，较现有技术在羰基镍合成步骤中加入气态含硫物作为催化剂相比，本发明并不需要额外加入催化剂，从而缩短了制备工艺流程，然而镍铁熔体中硫含量过高，对镍铁合金颗粒活性提高已经不明显，并且过量的含硫固态化合物的加入会稀释镍铁熔体中镍的浓度，同时也会造成含硫原料浪费，提高生产成本。
根据本发明的又一个实施例，熔化处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，熔化处理可以在1400～1600℃下进行。由此，可以使得含硫固态化合物中的硫均匀分散至镍铁熔体中而活化镍，即得到高活性的镍铁熔体，从而进一步提高后续羰基化合物合成率。
根据本发明的又一个实施例，含硫固态化合物的具体种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，含硫固态化合物可以为硫铁。由此，可以有效活化镍铁熔体，从而进一步提高后续羰基化合物合成率，并且硫铁原料成本较低。
根据本发明的又一个实施例，镍铁合金可以是通过对红土镍矿进行还原-熔分处理得到的。具体的，首先将将红土镍矿、煤和添加剂进行混合造球，得到混合球团，然后将该混合球团在回转窑或转底炉内进行还原处理，得到金属化球团，接着将该金属化球团在电弧炉、矿热炉或非电熔分炉进行熔分处理，得到镍铁合金和尾渣。发明人发现，采用红土镍矿作为制备镍铁合金的原料，虽然红土镍矿中镍的品位较低，但是采用本发明的方法仍可以制备得到高纯度的羰基镍粉(镍含量高于99％以上)，从而在拓宽原料来源的同时降低羰基镍粉的生产成本。
S200：将镍铁熔体进行雾化制粒处理
根据本发明的实施例，将镍铁熔体进行雾化制粒处理，从而可以得到镍铁合金颗粒。发明人发现，通过对所得镍铁熔体进行雾化制粒，可以显著提高其与一氧化碳的接触面积，并且所得镍铁合金颗粒活性较高，从而使其与一氧化碳直接接触即可反应生成羰基化合物，并且羰基化合物合成率较高。该步骤中，具体的，雾化制粒过程是利用高压水流或惰性气流在雾化器内将镍铁熔体击碎成为微小液滴，再经冷却、烘干、筛分后得到符合尺寸要求的镍铁合金颗粒，雾化机理是当高压水流或惰性气流冲击镍铁熔体时，将动能转化为镍铁熔体的表面能，形成无数个细小颗粒。
根据本发明的一个实施例，镍铁合金颗粒粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁合金颗粒的粒径不大于0.5毫米。发明人发现，该粒径范围的镍铁合金颗粒活性较高，且在羰基镍合成过程中与一氧化碳接触面积较大，从而可以显著提高羰基镍的合成率。
S300：将镍铁合金颗粒与一氧化碳接触
根据本发明的实施例，将上述所得镍铁合金颗粒与一氧化碳接触，从而可以得到含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物以及铁粉。发明人发现，采用高活性的镍铁合金颗粒与一氧化碳直接接触即可反应生成羰基化合物，并且羰基化合物合成率较高，与现有技术相比，本发明在羰基化合物合成过程中并不需要加入催化剂，从而缩短了工艺流程。
根据本发明的一个实施例，镍铁合金颗粒与一氧化碳反应条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁合金颗粒与一氧化碳接触可以在100～200摄氏度和5～15MPa的条件下进行24～48小时。由此，采用该条件可以显著提高羰基镍的合成率，并且所得羰基镍的合成率高达95％以上。
根据本发明的再一个实施例，镍铁合金颗粒与一氧化碳物接触可以在羰基合成装置中进行的，并且一氧化碳的体积含量不低于羰基合成装置总体积的90％。发明人发现，生成羰基化合物的反应为可逆反应，而加入过量的一氧化碳使得反应的化学平衡向生成羰基化合物的方向移动，从而进一步提高羰基化合物合成率。
S400：将含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行冷凝处理
根据本发明的实施例，将上述得到的含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行冷凝处理，从而可以得到含有羰基镍和羰基铁的液态混合物以及第一一氧化碳。由此，通过冷凝处理可以使得含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物中的羰基镍和羰基铁冷凝变为液体，而其中的一氧化碳则以气体形式存在，从而实现一氧化碳的分离。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对冷凝处理的条件进行选择。
S500：将含有羰基镍和羰基铁的液态混合物进行精馏处理
根据本发明的实施例，将上述得到的含有羰基镍和羰基铁的液态混合物进行精馏处理，从而可以得到气态羰基镍。由此，根据羰基镍和羰基铁沸点差异实现二者的分离，并且分离所得的气态羰基镍具有较高的纯度。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对精馏的具体条件进行选择。
S600：将气态羰基镍进行分解处理
根据本发明的实施例，将气态羰基镍进行分解处理，从而可以分别得到羰基镍粉和第二一氧化碳。具体的，羰基镍不稳定，在加热时可以迅速分解为羰基镍粉和一氧化碳，从而可以得到高纯度的羰基镍粉(镍含量高于99wt％)。
根据本发明的一个实施例，分解处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，分解处理可以在230～300摄氏度和0.01～0.05MPa的条件下进行的。发明人发现，该分解条件可以显著优于其他提高羰基镍的分解效率，从而可以得到高纯度的羰基镍粉。
根据本发明实施例的利用镍铁合金制备羰基镍粉的方法通过将镍铁合金和含硫固态化合物混合后进行熔化处理，可以使含硫固态化合物中的硫进入镍铁熔体中而活化镍，即得到高活性的镍铁熔体，同时通过对所得镍铁熔体进行雾化制粒，可以显著提高其与一氧化碳的接触面积，从而使其与一氧化碳直接接触即可反应生成羰基化合物，并且羰基化合物合成率较高，与现有技术相比，本发明在羰基化合物合成过程中并不需要加入催化剂，从而缩短了工艺流程，其次采用镍铁合金作为制备羰基镍粉的原料，较现有的制备羰基镍粉的原料铜镍合金相比，镍铁合金具有较低的成本，从而在提高镍铁合金利用价值的同时降低羰基镍粉的生产成本，并且相比于将镍铁合金直接应用于炼钢生产，本发明将镍铁合金用于制备羰基镍粉具有更高的经济效益，另外该方法整体工艺简单，便于操作，可以实现大规模生产。
参考图2，根据本发明实施例的利用镍铁合金制备羰基镍粉的方法进一步包括：
S700：将第一一氧化碳返回S300与镍铁合金颗粒接触。
根据本发明的实施例，将冷凝处理所得第一一氧化碳返回至S300与镍铁合金颗粒接触，从而可以显著提高一氧化碳循环利用率。
参考图3，根据本发明实施例的利用镍铁合金制备羰基镍粉的方法进一步包括：
S800：将第二一氧化碳返回S300与镍铁合金颗粒接触
根据本发明的实施例，将分解处理所得第二一氧化碳返回至S300与镍铁合金颗粒接触，从而进一步提高一氧化碳循环利用率。
在本发明的第二个方面，本发明提出了一种利用镍铁合金制备羰基镍粉的系统。根据本发明的实施例，该系统包括：熔化装置，所述熔化装置具有镍铁合金入口、含硫固态化合物入口和镍铁熔体出口，且适于将所述镍铁合金和含硫固态化合物混合后进行熔化处理，以便得到镍铁熔体；雾化制粒装置，所述雾化制粒装置具有镍铁熔体入口和镍铁合金颗粒出口，所述镍铁熔体入口与所述镍铁熔体出口相连，且适于将所述镍铁熔体进行雾化制粒处理，以便得到镍铁合金颗粒；羰基合成装置，所述羰基合成装置具有一氧化碳入口、镍铁合金颗粒入口、气态混合物出口和铁粉出口，所述镍铁合金颗粒入口和所述镍铁合金颗粒出口相连，且适于将所述镍铁合金颗粒与一氧化碳接触，以便得到含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物以及铁粉；冷凝装置，所述冷凝装置具有气态混合物入口、液态混合物出口和第一一氧化碳出口，所述气态混合物入口与所述气态混合物出口相连，且适于将所述含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行冷凝处理，以便得到含有羰基镍和羰基铁的液态混合物以及第一一氧化碳；精馏装置，所述精馏装置具有液态混合物入口和气态羰基镍出口，所述液态混合物入口与所述液态混合物出口相连，且适于将所述含有羰基镍和羰基铁的液态混合物进行精馏处理，以便得到气态羰基镍；以及分解装置，所述分解装置具有气态羰基镍入口、羰基镍粉出口和第二一氧化碳出口，所述气态羰基镍入口和所述气态羰基镍出口相连，且适于将所述气态羰基镍进行分解处理，以便分别得到羰基镍粉和第二一氧化碳。发明人发现，通过将镍铁合金和含硫固态化合物混合后进行熔化处理，可以使含硫固态化合物中的硫进入镍铁熔体中而活化镍，即得到高活性的镍铁熔体，同时通过对所得镍铁熔体进行雾化制粒，可以显著提高其与一氧化碳的接触面积，从而使其与一氧化碳直接接触即可反应生成羰基化合物，并且羰基化合物合成率较高，与现有技术相比，本发明在羰基化合物合成过程中并不需要加入催化剂，从而缩短了工艺流程，其次采用镍铁合金作为制备羰基镍粉的原料，较现有的制备羰基镍粉的原料铜镍合金相比，镍铁合金具有较低的成本，从而在提高镍铁合金利用价值的同时降低羰基镍粉的生产成本，并且相比于将镍铁合金直接应用于炼钢生产，本发明将镍铁合金用于制备羰基镍粉具有更高的经济效益，另外该系统整体工艺简单，便于操作，可以实现大规模生产。
下面参考图4-6对本发明实施例的利用镍铁合金制备羰基镍粉的系统进行详细描述。根据本发明的实施例，该系统包括：
熔化装置100：根据本发明的实施例，熔化装置100具有镍铁合金入口101、含硫固态化合物入口102和镍铁熔体出口103，且适于将镍铁合金和含硫固态化合物混合后进行熔化处理，从而可以得到镍铁熔体。发明人发现，通过熔化处理可以使得含硫固态化合物中的硫进入镍铁熔体中而活化镍，即得到高活性的镍铁熔体，从而显著提高羰基化合物反应速率，并且羰基化合物合成率较高，与现有技术相比，本发明在羰基化合物合成过程中并不需要加入催化剂，从而缩短了工艺流程。
根据本发明的一个实施例，镍铁合金中镍和铁的具体含量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁合金镍含量可以为10～45wt％，铁含量可以为60～80wt％。发明人发现，现有制备工艺中为了得到高纯度的羰基镍粉，通常需要采用镍含量较高的铜镍矿，导致原料生产成本较高，不易采购，而本发明对原料中镍品位要求门槛较低，虽然镍铁合金中镍的品位较低，但是采用本发明的方法仍可以制备得到高纯度的羰基镍粉(镍含量高于99％以上)，从而在拓宽原料来源的同时降低羰基镍粉的生产成本。
根据本发明的再一个实施例，镍铁熔体中硫含量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁熔体中硫含量可以占镍铁熔体总质量的0.5～3％。发明人发现，镍铁熔体中硫含量越高，使得所得镍铁合金颗粒活性越高，从而越有利于羰基镍合成反应的快速进行，并且羰基镍合成率也较高，较现有技术在羰基镍合成步骤中加入气态含硫物作为催化剂相比，本发明并不需要额外加入催化剂，从而缩短了制备工艺流程，然而镍铁熔体中硫含量过高，对镍铁合金颗粒活性提高已经不明显，并且过量的含硫固态化合物的加入会稀释镍铁熔体中镍的浓度，同时也会造成含硫原料浪费，提高生产成本。
根据本发明的又一个实施例，熔化处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，熔化处理可以在1400～1600℃下进行。由此，可以使得含硫固态化合物中的硫均匀分散至镍铁熔体中而活化镍，即得到高活性的镍铁熔体，从而进一步提高后续羰基化合物合成率。
根据本发明的又一个实施例，含硫固态化合物的具体种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，含硫固态化合物可以为硫铁。由此，可以有效活化镍铁熔体，从而进一步提高后续羰基化合物合成率，并且硫铁原料成本较低。
根据本发明的又一个实施例，镍铁合金可以是通过对红土镍矿进行还原-熔分处理得到的。具体的，首先将将红土镍矿、煤和添加剂进行混合造球，得到混合球团，然后将该混合球团在回转窑或转底炉内进行还原处理，得到金属化球团，接着将该金属化球团在电弧炉、矿热炉或非电熔分炉进行熔分处理，得到镍铁合金和尾渣。发明人发现，采用红土镍矿作为制备镍铁合金的原料，虽然红土镍矿中镍的品位较低，但是采用本发明的方法仍可以制备得到高纯度的羰基镍粉(镍含量高于99％以上)，从而在拓宽原料来源的同时降低羰基镍粉的生产成本。
雾化制粒装置200：根据本发明的实施例，雾化制粒装置200具有镍铁熔体入口201和镍铁合金颗粒出口202，镍铁熔体入口201与镍铁熔体出口103相连，且适于将镍铁熔体进行雾化制粒处理，从而可以得到镍铁合金颗粒。发明人发现，通过对所得镍铁熔体进行雾化制粒，可以显著提高其与一氧化碳的接触面积，并且所得镍铁合金颗粒活性较高，从而使其与一氧化碳直接接触即可反应生成羰基化合物，并且羰基化合物合成率较高。该步骤中，具体的，雾化制粒过程是利用高压水流或惰性气流在雾化器内将镍铁熔体击碎成为微小液滴，再经冷却、烘干、筛分后得到符合尺寸要求的镍铁合金颗粒，雾化机理是当高压水流或惰性气流冲击镍铁熔体时，将动能转化为镍铁熔体的表面能，形成无数个细小颗粒。
根据本发明的一个实施例，镍铁合金颗粒粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁合金颗粒的粒径不大于0.5毫米。发明人发现，该粒径范围的镍铁合金颗粒活性较高，且在羰基镍合成过程中与一氧化碳接触面积较大，从而可以显著提高羰基镍的合成率。
羰基合成装置300：根据本发明的实施例，羰基合成装置300具有一氧化碳入口301、镍铁合金颗粒入口302、气态混合物出口303和铁粉出口304，镍铁合金颗粒入口302和镍铁合金颗粒出口202相连，且适于将上述所得镍铁合金颗粒与一氧化碳接触，从而可以得到含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物以及铁粉。发明人发现，采用高活性的镍铁合金颗粒与一氧化碳直接接触即可反应生成羰基化合物，并且羰基化合物合成率较高，与现有技术相比，本发明在羰基化合物合成过程中并不需要加入催化剂，从而缩短了工艺流程。
根据本发明的一个实施例，镍铁合金颗粒与一氧化碳反应条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁合金颗粒与一氧化碳接触可以在100～200摄氏度和5～15MPa的条件下进行24～48小时。由此，采用该条件可以显著提高羰基镍的合成率，并且所得羰基镍的合成率高达95％以上。
根据本发明的再一个实施例，镍铁合金颗粒与一氧化碳物接触可以在羰基合成装置中进行的，并且一氧化碳的体积含量不低于羰基合成装置总体积的90％。发明人发现，生成羰基化合物的反应为可逆反应，而加入过量的一氧化碳使得反应的化学平衡向生成羰基化合物的方向移动，从而进一步提高羰基化合物合成率。
冷凝装置400：根据本发明的实施例，冷凝装置400具有气态混合物入口401、液态混合物出口402和第一一氧化碳出口403，气态混合物入口401与气态混合物出口303相连，且适于将上述得到的含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行冷凝处理，从而可以得到含有羰基镍和羰基铁的液态混合物以及第一一氧化碳。由此，通过冷凝处理可以使得含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物中的羰基镍和羰基铁冷凝变为液体，而其中的一氧化碳则以气体形式存在，从而实现一氧化碳的分离。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对冷凝处理的条件进行选择。
精馏装置500：根据本发明的实施例，精馏装置500具有液态混合物入口501和气态羰基镍出口502，液态混合物入口501与液态混合物出口402相连，且适于将上述得到的含有羰基镍和羰基铁的液态混合物进行精馏处理，从而可以得到气态羰基镍。由此，根据羰基镍和羰基铁沸点差异实现二者的分离，并且分离所得的气态羰基镍具有较高的纯度。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对精馏的具体条件进行选择。
分解装置600：根据本发明的实施例，分解装置600具有气态羰基镍入口601、羰基镍粉出口602和第二一氧化碳出口603，气态羰基镍入口601和气态羰基镍出口502相连，且适于将气态羰基镍进行分解处理，从而可以分别得到羰基镍粉和第二一氧化碳。具体的，羰基镍不稳定，在加热时可以迅速分解为羰基镍粉和一氧化碳，从而可以得到高纯度的羰基镍粉(镍含量高于99wt％)。
根据本发明的一个实施例，分解处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，分解处理可以在230～300摄氏度和0.01～0.05MPa的条件下进行的。发明人发现，该分解条件可以显著优于其他提高羰基镍的分解效率，从而可以得到高纯度的羰基镍粉。
根据本发明实施例的利用镍铁合金制备羰基镍粉的系统通过将镍铁合金和含硫固态化合物混合后进行熔化处理，可以使含硫固态化合物中的硫进入镍铁熔体中而活化镍，即得到高活性的镍铁熔体，同时通过对所得镍铁熔体进行雾化制粒，可以显著提高其与一氧化碳的接触面积，从而使其与一氧化碳直接接触即可反应生成羰基化合物，并且羰基化合物合成率较高，与现有技术相比，本发明在羰基化合物合成过程中并不需要加入催化剂，从而缩短了工艺流程，其次采用镍铁合金作为制备羰基镍粉的原料，较现有的制备羰基镍粉的原料铜镍合金相比，镍铁合金具有较低的成本，从而在提高镍铁合金利用价值的同时降低羰基镍粉的生产成本，并且相比于将镍铁合金直接应用于炼钢生产，本发明将镍铁合金用于制备羰基镍粉具有更高的经济效益，另外该系统整体工艺简单，便于操作，可以实现大规模生产。
参考图5，根据本发明的一个实施例，第一一氧化碳出口403与一氧化碳入口301相连，且适于将冷凝装置所得第一一氧化碳返回至羰基合成装置300与镍铁合金颗粒接触，从而可以显著提高一氧化碳循环利用率。
参考图6，根据本发明的再一个实施例，第二一氧化碳出口603与一氧化碳入口301相连，且适于将分解装置所得第二一氧化碳返回至羰基合成装置300与镍铁合金颗粒接触，从而可以显著提高一氧化碳循环利用率。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
取表1成分的镍铁合金和硫铁混合后进行熔化处理，得到镍铁熔体(镍铁熔体中硫含量为0.5wt％)，然后将所得镍铁熔体进行雾化制粒处理，得到平均粒径0.2毫米的镍铁合金颗粒，接着将镍铁合金颗粒与CO逆流接触发生羰化反应生成含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物，羰化条件为：压力7.5MPa，温度185℃，时间35h，CO气体浓度90.5％，然后将含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物输送至冷凝器内冷凝处理，得到含有羰基镍和羰基铁的液态混合物以及一氧化碳，将一氧化碳返回羰基合成器继续使用，而将得到的含有羰基镍和羰基铁的液态混合物再送入精馏塔进行精馏得到高纯气态羰基镍，最后将气态羰基镍送入分解装置进行分解得到镍品位为99.82wt％的高纯镍(主要杂质为C和Fe)和一氧化碳，其中一氧化碳返回羰基合成器继续使用。
实施例2
取表1成分的镍铁合金和硫铁混合后进行熔化处理，得到镍铁熔体(镍铁熔体中硫含量为1.5wt％)，然后将所得镍铁熔体进行雾化制粒处理，得到平均粒径0.5毫米的镍铁合金颗粒，接着将镍铁合金颗粒与CO逆流接触发生羰化反应生成含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物，羰化条件为：压力12.5MPa，温度135℃，时间46h，CO气体浓度92％，然后将含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物输送至冷凝器内冷凝处理，得到含有羰基镍和羰基铁的液态混合物以及一氧化碳，将所得一氧化碳返回羰基合成器继续使用，而将得到的含有羰基镍和羰基铁的液态混合物再送入精馏塔进行精馏得到高纯气态羰基镍，最后将气态羰基镍送入分解装置进行分解得到镍品位为99.54wt％的高纯镍(主要杂质为C和Fe)和一氧化碳，其中一氧化碳返回羰基合成器继续使用。
实施例3
取表1成分的镍铁合金和硫铁混合后进行熔化处理，得到镍铁熔体(镍铁熔体中硫含量为3wt％)，然后将所得镍铁熔体进行雾化制粒处理，得到平均粒径0.35毫米的镍铁合金颗粒，接着将镍铁合金颗粒与CO逆流接触发生羰化反应生成含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物，羰化条件为：压力15MPa，温度155℃，时间29h，CO气体浓度90％，然后将含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物输送至冷凝器内冷凝处理，得到含有羰基镍和羰基铁的液态混合物以及一氧化碳，将一氧化碳返回羰基合成器继续使用，而将得到的含有羰基镍和羰基铁的液态混合物再送入精馏塔进行精馏得到高纯气态羰基镍，最后将气态羰基镍送入分解装置进行分解得到镍品位为99.82wt％的高纯镍(主要杂质为C和Fe)和一氧化碳，其中一氧化碳返回羰基合成器继续使用。
表1实施例1～3镍铁合金主要成分，wt.％
| 实施例 | TFe | Ni | Co | S | Si | Cr | Mn | P | C |
| 1 | 85.99 | 12.57 | 0.93 | 0.17 | 0.01 | 0.06 | 0.01 | 0.05 | 0.04 |
| 2 | 78.19 | 20.28 | 0.63 | 0.14 | 0.35 | 0.08 | 0.01 | 0.04 | 0.11 |
| 3 | 53.15 | 44.19 | 0.60 | 0.10 | 0.19 | 0.09 | 0.037 | 0.03 | 0.08 |
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种利用镍铁合金制备羰基镍粉的方法，其特征在于，包括：
(1)将所述镍铁合金和含硫固态化合物混合后进行熔化处理，以便得到镍铁熔体；
(2)将所述镍铁熔体进行雾化制粒处理，以便得到镍铁合金颗粒；
(3)将所述镍铁合金颗粒与一氧化碳接触，以便得到含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物以及铁粉；
(4)将所述含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行冷凝处理，以便得到含有羰基镍和羰基铁的液态混合物以及第一一氧化碳；
(5)将所述含有羰基镍和羰基铁的液态混合物进行精馏处理，以便得到气态羰基镍；以及
(6)将所述气态羰基镍进行分解处理，以便分别得到羰基镍粉和第二一氧化碳。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
(7)将所述第一一氧化碳返回步骤(3)与所述镍铁合金颗粒接触。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
(8)将所述第二一氧化碳返回步骤(3)与所述镍铁合金颗粒接触。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述镍铁熔体中硫含量占所述镍铁熔体总质量的0.5～3％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述镍铁合金颗粒的粒径不大于0.5毫米。
6.一种利用镍铁合金制备羰基镍粉的系统，其特征在于，包括：
熔化装置，所述熔化装置具有镍铁合金入口、含硫固态化合物入口和镍铁熔体出口，且适于将所述镍铁合金和含硫固态化合物混合后进行熔化处理，以便得到镍铁熔体；
雾化制粒装置，所述雾化制粒装置具有镍铁熔体入口和镍铁合金颗粒出口，所述镍铁熔体入口与所述镍铁熔体出口相连，且适于将所述镍铁熔体进行雾化制粒处理，以便得到镍铁合金颗粒；
羰基合成装置，所述羰基合成装置具有一氧化碳入口、镍铁合金颗粒入口、气态混合物出口和铁粉出口，所述镍铁合金颗粒入口和所述镍铁合金颗粒出口相连，且适于将所述镍铁合金颗粒与一氧化碳接触，以便得到含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物以及铁粉；
冷凝装置，所述冷凝装置具有气态混合物入口、液态混合物出口和第一一氧化碳出口，所述气态混合物入口与所述气态混合物出口相连，且适于将所述含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行冷凝处理，以便得到含有羰基镍和羰基铁的液态混合物以及第一一氧化碳；
精馏装置，所述精馏装置具有液态混合物入口和气态羰基镍出口，所述液态混合物入口与所述液态混合物出口相连，且适于将所述含有羰基镍和羰基铁的液态混合物进行精馏处理，以便得到气态羰基镍；以及
分解装置，所述分解装置具有气态羰基镍入口、羰基镍粉出口和第二一氧化碳出口，所述气态羰基镍入口和所述气态羰基镍出口相连，且适于将所述气态羰基镍进行分解处理，以便分别得到羰基镍粉和第二一氧化碳。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一一氧化碳出口与所述一氧化碳入口相连，且适于将所述第一氧化碳返回至所述羰基合成装置与所述镍铁合金颗粒接触。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第二一氧化碳出口与所述一氧化碳入口相连，且适于将所述第二氧化碳返回至所述羰基合成装置与所述镍铁合金颗粒接触。
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