羰基镍法(carbonyl nickel process)

利用一氧化碳气体与“活性”镍原子作用生成气态羰基镍，并易于分解出金属的特性进行提取或精炼镍的过程。有常压羰基法和加压羰基法之分。此法的产品纯度高，质量好。尤其是加压羰基镍法，不仅可用于粗镍精炼，而且还可用于从高镍锍和其他含镍物料生产镍粉。对于含铁、钴和铜较高的含镍物料，羰基镍法还可回收其中的铜、钴和铁。

英国克莱达契(Clydach)镍精炼厂于1902年开始采用常压羰基法精炼镍，原料为用颗粒状氧化镍还原制得的粗镍，产品为纯镍粒或镍粉。随后发展的加压羰基法，则首先在德国巴登苯胺和苏打(BASF)化工厂应用，后于1964年停产；克莱达契镍精炼厂从20世纪60年代开始小规模采用加压羰基法生产；加拿大铜崖(Copper cliff)镍精炼厂于1973年也采用此法生产。中国于20世纪60年代研究成功羰基镍法，并应用于工业生产。

原理 在311～366．5K温度的常压条件下，一氧化碳气体与活性金属镍接触就会生成羰基镍气体；加热到423～589K温度时，羰基镍气体又可分解为镍和一氧化碳。此可逆反应为：

Ni(s)+4CO(g)≒Ni(CO)4(g)+163．44kJ

羰基镍[Ni(CO)4]在标准状态下为无色液体，有明显臭味，不溶于水，沸点315．5～316．2K，蒸气压随温度的增加而提高，323K时为202．65KPA，373K时为506．625kPa。羰基镍为剧毒物质，工作场所空气中最大允许浓度为10-5％。

在形成羰基镍的条件下，铁、钴、铜等金属基本上不与一氧化碳形成稳定的羰基化合物，因而在合成羰基镍的过程中，粗镍中的杂质大部分残留于渣中，得到的羰基镍可以通过蒸馏，使不同沸点的少量杂质金属羰基化合物分离出去，然后再加热分解，即可得到高纯金属镍丸或镍粉。

常压羰基镍法 以流态化焙烧产出的粒状氧化镍为原料，并先在约703K温度下还原成金属。初期使用的还原炉类似多瞠焙烧炉(见焙烧)，但每隔一个炉膛有中空间隔通过燃烧供热。在炉内，水煤气与氧化镍顺流下降，三台还原炉串联，后一台炉进行硫化处理，使镍活化。活性镍经冷却后送多膛挥发器。挥发器除具有排除羰基反应热的装置之外，结构与一般还原炉类似。在挥发器内，从顶端加入的镍粒与从底部进入的～氧化碳逆向流动，控制温度为323～333K，生成的羰基镍随气流从顶部排出。为了尽可能多提取镍，常需八个挥发器串联使用。最后排出的残渣，经过煅烧后，可用湿法处理回收其中的镍、钴、铜及贵金属。羰基镍气体输送至分解器，在503K温度下进行分解，即可获得产品镍丸。

20世纪70年代后，多膛炉式的还原炉及挥发器均为回转窑所代替。氧化镍先在第一台逆流作业的回转窑内，用预热的水煤气或氢气还原，产出的海绵镍在第二台回转窑内用硫粉活化，然后在第三台逆流作业的回转窑中用一氧化碳进行羰基化挥发。产出的羰基镍气体冷凝后，在分解器中进行热分解，得到纯镍丸。镍的回收率为95％，产品的化学成分达一号镍标准，可用作生产电热材料、磁性材料及催化剂等的原料。

加压羰基镍法 羰基镍生成反应是减容放热反应，加压有助于羰基镍的形成和稳定，并提高了反应温度进而起到提高反应速率的作用。此法可采用高镍锍分选出的硫化镍精矿、旋转转炉氧气顶吹吹炼产出的金属镍水淬颗粒，也可用含铁、钴和铜较高的其他含镍物料，产出液体羰基镍。液体羰基镍易于净化、气化和分解成镍粉，有利于产出高纯镍粉或镍丸。工艺过程主要由合成、分馏和分解等作业组成。

合成 将旋转转炉氧气顶吹产出的粗镍粒分批装入合成釜内，随后通入453K温度的一氧化碳气体，釜内压力控制在6．865MPa。在此条件下，镍和一氧化碳发生反应生成羰基镍气体，少量的铁生成羰基铁，而铜、钴及贵金属则残留在渣中。合成约42h，镍的提取率达到95％。合成釜为间断操作，一个反应周期完成后，排出残渣，用氮清洗后再重新装料，进行下一周期作出。挥发出来的羰基镍气体经环形水冷凝器冷凝成液体后，装入羰基镍贮存罐。残渣送入球磨机湿磨，磨出的矿浆经浸出处理回收铜、钴及贵金属。

分馏 粗羰基镍液体从贮罐流入筛板分馏塔内，利用各种羰基化合物在同一温度下蒸气压的差别，通过严格控制塔内温度，就可使羰基镍与其他杂质的羰基化合物分离。纯羰基镍气体从塔的上部分馏出来，而羰基铁和少量羰基镍的混合物则残留在塔的下部。

分解 纯羰基镍气体经过冷凝器分为纯羰基镍气体和纯羰基镍液体两部分。气体部分从下部进入镍丸电热分解器，与填满分解器并缓慢下降的镍丸逆向接触，热分解析出的金属镍沉积在镍丸表面，一氧化碳则从分解器中部排出。操作连续循环进行，分解器顶部设有一个筛子，筛上产物为成品镍丸，筛下产物再返回分解器。液体部分经蒸发器转变成气体，导入镍粉电热分解器生产镍粉。分解器析出的一氧化碳返回合成工序。产品镍纯度达99．998％，可用作生产电热材料、磁性材料、精密合金的原料以及用作粉末冶金原料。

主要设备 有合成釜和电热分解器。合成釜由碳素钢板焊接而成，两端呈半球形，为了保持所需的温度范围，在合成釜内装有盘状冷却管吸收多余的热量。

电热分解器上半部为预热器，内部装有竖式加热管，下半部为电热反应器，底部装有羰基镍进气管，顶部装有一氧化碳排气管。电热分解器底部配有镍丸排料装置，排出的料由斗式提升机提升到分解器顶部进行循环。