專利名稱：一種羰基鎳的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金領(lǐng)域，特別涉及一種羰基鎳的合成方法。
背景技術(shù)：
目前，根據(jù)加拿大國(guó)際鎳公司的報(bào)道，具有一定硫含量的Cu-Ni合金，經(jīng)過水霧化制粒后，可獲得高活性的羰基合成原料，原料的成分為Ni65-70％，Cu15％，F(xiàn)e1％，S4-5％，顆粒范圍1～5mm，羰基鎳的合成條件為CO的含量為90～95％，壓力7.0MPa，溫度為180℃，經(jīng)過42小時(shí)的合成反應(yīng)，鎳的提取率達(dá)到95％，上述文獻(xiàn)報(bào)道在在Journal of Metals July1969.41-45。該技術(shù)遵循著合金中Cu∶S＝4∶1的重量比例，其理由是強(qiáng)調(diào)合金中Cu∶S＝4∶1情況下Cu-Ni合金就具有被羰基化的活性，這種成分的合金雖然可以被羰基合成，但羰基化合成所需要的壓力高；羰基合成反應(yīng)速度較慢，一般需要36～48小時(shí)；羰基合成率一般≤95％。特別是Cu∶S小于4∶1時(shí)，大量的硫，會(huì)導(dǎo)致合金中Ni3S2化合物的增加，由于Ni3S2不能與CO反應(yīng)，硫化物中的鎳無法被羰基化，所以合成率一般都會(huì)降低，羰基合成率會(huì)進(jìn)一步下降。而且，此報(bào)道中羰基化容器為轉(zhuǎn)動(dòng)合成釜，是一種能夠保證轉(zhuǎn)動(dòng)密封的高新技術(shù)，只有加拿大公司能夠制造，且造價(jià)昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備造價(jià)低、羰基合成率高的羰基鎳合成方法。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為本發(fā)明打破傳統(tǒng)的Cu∶S＝4∶1的比例，降低合金中硫含量，增加固溶體中鎳的組分；采用低溫高壓水霧化，使得S在合金固溶體中均勻分布，提高Cu-Ni合金的活性，實(shí)現(xiàn)在固定立式反應(yīng)釜中，以低溫、中壓合成反應(yīng)，羰基合成率可以達(dá)到99％。
根據(jù)上述目的和技術(shù)方案，本發(fā)明的工作原理為1)低溫水霧化使硫呈均勻的連通網(wǎng)狀分布通過驟冷使得硫在Cu-Ni合金顆粒中的均勻分布，同時(shí)形成連通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為羰基合成提供雙向通道。一方面提供CO氣體向合金顆粒內(nèi)部的滲透通道，迅速到達(dá)鎳的表面進(jìn)行羰基合成反應(yīng)；另一方面也為合成產(chǎn)物的脫附，向顆粒外部空間擴(kuò)散提供通暢的通道。再加上Cu-Ni合金固溶體被網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硫線切割成無數(shù)個(gè)微小的固溶體，大大的增加了CO與鎳的接觸面積，羰基鎳合成反應(yīng)在顆粒內(nèi)部全面開花。硫線的網(wǎng)絡(luò)通道必須是四通八達(dá)的通道，即使是均勻分布，但不是連通的通道也會(huì)影響羰基鎳的合成速度，控制水淬冷凝速度是決定硫在合金中分布狀態(tài)的關(guān)鍵；而且冷凝速度要考慮到合金的顆粒尺寸。
另外，降低合金中硫含量，提高固溶體中鎳的組分，自然就會(huì)有更多的鎳被羰基化，進(jìn)而提高合成率。所以當(dāng)合金原料中硫的含量重量比遠(yuǎn)低于Cu∶S＝4∶1值時(shí)，例如Cu∶S＝8∶1或者10∶1，即使該合金原料在較低的壓力5～8MPa時(shí)，羰基合成反應(yīng)不但可以獲得較高的合成反應(yīng)速度，同時(shí)也可達(dá)到大于98％的合成率。
2)控制合成系統(tǒng)中CO的循環(huán)速度合成產(chǎn)物的脫附速度是控制羰基鎳合成反應(yīng)速度的關(guān)鍵。為此，羰基合成反應(yīng)的系統(tǒng)要控制CO氣體的循環(huán)速度范圍在8～12次/小時(shí)；反應(yīng)釜內(nèi)混合氣體中羰基鎳汽體的含量＜5％(體積百分?jǐn)?shù))，在羰基鎳合成反應(yīng)過程中，控制羰基鎳合成反應(yīng)速度能夠影響羰基鎳分子從鎳的表面脫附進(jìn)入氣相中的速度，特別是在Cu-Ni合金顆粒內(nèi)部進(jìn)行羰基鎳合成反應(yīng)時(shí)，生成的羰基鎳產(chǎn)物擴(kuò)散不出去，使得鎳表面形成一個(gè)”汽相羰基鎳飽和帶”，汽相羰基鎳飽和帶”阻止了CO分子到達(dá)新鮮的鎳的表面，使得CO分子不能夠在鎳的表面進(jìn)行物理吸附及化學(xué)吸附，致使羰基合成反應(yīng)速度降低，甚至合成反應(yīng)完全停止?？刂艭O氣體循環(huán)速度和羰基鎳在混合氣體中的含量，其目的就在鎳的表面阻止”汽相羰基鎳飽和帶”的形成。硫在Cu-Ni合金顆粒中的均勻分布及形成的連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為產(chǎn)物向顆粒外部空間擴(kuò)散提供無數(shù)的通道，使得鎳面羰基鎳表面濃度降低，不能形成一個(gè)”汽相羰基鎳飽和帶”，有更多的CO進(jìn)入鎳的新鮮表面，加速羰基鎳合成反應(yīng)。
根據(jù)上述目的和工作原理，本發(fā)明的具體技術(shù)方案為該方法所用原料為含硫的銅鎳合金，其化學(xué)組成成分(重量％)為Ni60～80％，Cu 8～18％，F(xiàn)e 3～5％，Co 0.5～2％，S 1.5～3.5％，其中Cu∶S＞4∶1；該方法包括如下具體步驟(1)制備具有活性的羰基合成原料首先將上述組份合金加熱至熔融狀態(tài)1600℃～1650℃，然后將此熔體通過0.3～0.5MPa高壓水霧化快速冷凝，水溫控制在10～15℃，霧化速度為4～5kg/分，獲得的合金顆粒粒徑范圍為0.5～5mm，其中粒徑在0.5～2mm的顆?！?5％；粒徑在2～5mm的顆?！?5％；(2)羰基鎳合成將上述制備的合金顆粒放置在容積為10升的高壓釜內(nèi)，羰基合成條件為通入高壓釜的CO含量≥92％；CO氣體的循環(huán)速度在8～12次/小時(shí)，壓力5～12MPa；溫度100～150℃；合成時(shí)間24～32小時(shí)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備造價(jià)低、羰基合成率高的優(yōu)點(diǎn)。具體為本發(fā)明降低了羰基合成溫度，使得成套設(shè)備的密封容易解決，設(shè)備造價(jià)低；羰基合成反應(yīng)速度提高，現(xiàn)在24小時(shí)低合成率可到達(dá)99％。


附圖1為硫在合金中分布均勻的金相組織圖。
附圖2為通過電子探針顯示硫在合金中的分布的金相組織圖。
從圖中可看出通過水誶快速冷凝，使得硫均勻地分布在Cu-Ni合金中并構(gòu)成連通的網(wǎng)絡(luò)通道，將合金分割成無數(shù)的個(gè)微小的固溶體。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明所用原料的化學(xué)組成成分，采用本發(fā)明的合成方法，合成了6批羰基鎳。其中表1為本發(fā)明所用原料的化學(xué)組成成分表，表2為本發(fā)明所采用的合成方法的工藝步驟和工藝參數(shù)、合成率表。
表1為本發(fā)明所用原料的化學(xué)組成成分表(重量％)

表2為本發(fā)明所采用的合成方法的工藝步驟和工藝參數(shù)表、合成率表

采用本發(fā)明所用原料和合成方法，硫在合金中呈均勻連通網(wǎng)狀分布，所以，在較低的壓力下，羰基鎳合成反應(yīng)進(jìn)行的非常迅速。在24小時(shí)內(nèi)羰基鎳合成率到達(dá)99.5％。
權(quán)利要求
1.一種羰基鎳的合成方法，其特征在于該方法所用原料為含硫的銅鎳合金，其化學(xué)組成成分(重量％)為Ni 60～80％，Cu 8～18％，F(xiàn)e 3～5％，Co 0.5～2％，S 1.5～3.5％，其中Cu∶S＞4∶1；該方法包括如下具體步驟(1)制備具有活性的羰基合成原料首先將上述合金組份加熱至熔融狀態(tài)1600℃～1650℃，然后將此熔體通過0.3～0.5Mpa高壓霧化快速冷凝，水溫控制在10～15℃，霧化速度為4～5kg/分鐘，獲得的合金顆粒粒徑范圍為0.5～5mm，其中粒徑在0.5～2mm的顆?！?5％；粒徑在2～5mm的顆粒≤15％；(2)羰基鎳合成將上述制備的合金顆粒放置在容積為10升的高壓釜中，羰基合成條件為通入高壓釜中的CO含量≥92％；CO氣體在羰基合成的系統(tǒng)中循環(huán)速度8～12次/小時(shí)，壓力5～12MPa；溫度100～150℃；合成時(shí)間24～32小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明屬于粉末冶金領(lǐng)域，特別涉及一種羰基鎳的合成方法。該方法包括如下具體步驟(1)制備具有活性的羰基合成原料首先將上述合金組份加熱至熔融狀態(tài)1600℃～1650℃，然后將此熔體通過0.3～0.5MPa高壓水霧化快速冷凝，水溫控制在10～15℃，霧化速度為4～5kg/分鐘，獲得的合金顆粒粒徑范圍為0.5～5mm，其中粒徑在0.5～2mm的顆?！?5％；粒徑在2～5mm的顆?！?5％；(2)羰基鎳合成將上述制備的合金顆粒放置在容積為10升的高壓釜內(nèi)，羰基合成條件為通入高壓釜的CO含量≥92％；CO氣體在羰基合成的系統(tǒng)中循環(huán)速度8～12次/小時(shí)，壓力5～12MPa；溫度100～150℃；合成時(shí)間24～32小時(shí)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備造價(jià)低、羰基合成率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01G53/02GK1775695SQ200510134248
公開日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2005年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月15日
發(fā)明者滕榮厚, 柳學(xué)全, 陳趣山, 劉思林 申請(qǐng)人:鋼鐵研究總院