羰基鎳法(carbonylnickelprocess)

利用一氧化碳氣體與“活性”鎳原子作用生成氣態羰基鎳，并易于分解出金屬的特性進行提取或精煉鎳的過程。有常壓羰基法和加壓羰基法之分。此法的產品純度高，質量好。尤其是加壓羰基鎳法，不僅可用于粗鎳精煉，而且還可用于從高鎳锍和其他含鎳物料生產鎳粉。對于含鐵、鈷和銅較高的含鎳物料，羰基鎳法還可回收其中的銅、鈷和鐵。

英國克萊達契(Clydach)鎳精煉廠于1902年開始采用常壓羰基法精煉鎳，原料為用顆粒狀氧化鎳還原制得的粗鎳，產品為純鎳?；蜴嚪?。隨后發展的加壓羰基法，則首先在德國巴登苯胺和蘇打(BASF)化工廠應用，后于1964年停產；克萊達契鎳精煉廠從20世紀60年代開始小規模采用加壓羰基法生產；加拿大銅崖(Coppercliff)鎳精煉廠于1973年也采用此法生產。中國于20世紀60年代研究成功羰基鎳法，并應用于工業生產。

原理在311～366．5K溫度的常壓條件下，一氧化碳氣體與活性金屬鎳接觸就會生成羰基鎳氣體；加熱到423～589K溫度時，羰基鎳氣體又可分解為鎳和一氧化碳。此可逆反應為：

Ni(s)+4CO(g)≒Ni(CO)₄(g)+163．44kJ

羰基鎳[Ni(CO)₄]在標準狀態下為無色液體，有明顯臭味，不溶于水，沸點315．5～316．2K，蒸氣壓隨溫度的增加而提高，323K時為202．65kPa，373K時為506．625kPa。羰基鎳為劇毒物質，工作場所空氣中最大允許濃度為10^-5％。

在形成羰基鎳的條件下，鐵、鈷、銅等金屬基本上不與一氧化碳形成穩定的羰基化合物，因而在合成羰基鎳的過程中，粗鎳中的雜質大部分殘留于渣中，得到的羰基鎳可以通過蒸餾，使不同沸點的少量雜質金屬羰基化合物分離出去，然后再加熱分解，即可得到高純金屬鎳丸或鎳粉。

常壓羰基鎳法以流態化焙燒產出的粒狀氧化鎳為原料，并先在約703K溫度下還原成金屬。初期使用的還原爐類似多瞠焙燒爐(見焙燒)，但每隔一個爐膛有中空間隔通過燃燒供熱。在爐內，水煤氣與氧化鎳順流下降，三臺還原爐串聯，后一臺爐進行硫化處理，使鎳活化?；钚枣嚱浝鋮s后送多膛揮發器。揮發器除具有排除羰基反應熱的裝置之外，結構與一般還原爐類似。在揮發器內，從頂端加入的鎳粒與從底部進入的～氧化碳逆向流動，控制溫度為323～333K，生成的羰基鎳隨氣流從頂部排出。為了盡可能多提取鎳，常需八個揮發器串聯使用。最后排出的殘渣，經過煅燒后，可用濕法處理回收其中的鎳、鈷、銅及貴金屬。羰基鎳氣體輸送至分解器，在503K溫度下進行分解，即可獲得產品鎳丸。

20世紀70年代后，多膛爐式的還原爐及揮發器均為回轉窯所代替。氧化鎳先在第一臺逆流作業的回轉窯內，用預熱的水煤氣或氫氣還原，產出的海綿鎳在第二臺回轉窯內用硫粉活化，然后在第三臺逆流作業的回轉窯中用一氧化碳進行羰基化揮發。產出的羰基鎳氣體冷凝后，在分解器中進行熱分解，得到純鎳丸。鎳的回收率為95％，產品的化學成分達一號鎳標準，可用作生產電熱材料、磁性材料及催化劑等的原料。

加壓羰基鎳法羰基鎳生成反應是減容放熱反應，加壓有助于羰基鎳的形成和穩定，并提高了反應溫度進而起到提高反應速率的作用。此法可采用高鎳锍分選出的硫化鎳精礦、旋轉轉爐氧氣頂吹吹煉產出的金屬鎳水淬顆粒，也可用含鐵、鈷和銅較高的其他含鎳物料，產出液體羰基鎳。液體羰基鎳易于凈化、氣化和分解成鎳粉，有利于產出高純鎳粉或鎳丸。工藝過程主要由合成、分餾和分解等作業組成。

合成將旋轉轉爐氧氣頂吹產出的粗鎳粒分批裝入合成釜內，隨后通入453K溫度的一氧化碳氣體，釜內壓力控制在6．865MPa。在此條件下，鎳和一氧化碳發生反應生成羰基鎳氣體，少量的鐵生成羰基鐵，而銅、鈷及貴金屬則殘留在渣中。合成約42h，鎳的提取率達到95％。合成釜為間斷操作，一個反應周期完成后，排出殘渣，用氮清洗后再重新裝料，進行下一周期作出。揮發出來的羰基鎳氣體經環形水冷凝器冷凝成液體后，裝入羰基鎳貯存罐。殘渣送入球磨機濕磨，磨出的礦漿經浸出處理回收銅、鈷及貴金屬。

分餾粗羰基鎳液體從貯罐流入篩板分餾塔內，利用各種羰基化合物在同一溫度下蒸氣壓的差別，通過嚴格控制塔內溫度，就可使羰基鎳與其他雜質的羰基化合物分離。純羰基鎳氣體從塔的上部分餾出來，而羰基鐵和少量羰基鎳的混合物則殘留在塔的下部。

分解純羰基鎳氣體經過冷凝器分為純羰基鎳氣體和純羰基鎳液體兩部分。氣體部分從下部進入鎳丸電熱分解器，與填滿分解器并緩慢下降的鎳丸逆向接觸，熱分解析出的金屬鎳沉積在鎳丸表面，一氧化碳則從分解器中部排出。操作連續循環進行，分解器頂部設有一個篩子，篩上產物為成品鎳丸，篩下產物再返回分解器。液體部分經蒸發器轉變成氣體，導入鎳粉電熱分解器生產鎳粉。分解器析出的一氧化碳返回合成工序。產品鎳純度達99．998％，可用作生產電熱材料、磁性材料、精密合金的原料以及用作粉末冶金原料。

主要設備有合成釜和電熱分解器。合成釜由碳素鋼板焊接而成，兩端呈半球形，為了保持所需的溫度范圍，在合成釜內裝有盤狀冷卻管吸收多余的熱量。

電熱分解器上半部為預熱器，內部裝有豎式加熱管，下半部為電熱反應器，底部裝有羰基鎳進氣管，頂部裝有一氧化碳排氣管。電熱分解器底部配有鎳丸排料裝置，排出的料由斗式提升機提升到分解器頂部進行循環。