高純鎳

高純鎳是指純度為（3個9）的鎳。鎳元素符號Ni，原子序數28，原子量58.71，外圍電子排布3d84s2，位於第四周期第Ⅷ族。首先，傳統冶煉工藝中有可能改善高純提取的餘地，例如考慮提高傳統的除雜質工藝的能力。或者可以考慮從傳統的冶煉工藝中獲得諸如硫酸鎳或氯化鎳等中間產物並將其高純提取後製成金屬。電解還原或者氫還原作為製取金屬的方法是合適的。

基本介紹

• 中文名：高純鎳
• 外文名：High purity nickel
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉
• 釋義：純度為（3個9）的鎳
• 元素符號：Ni

高純鎳的提取

為了獲得超過金屬鎳（3個9）純度的高純鎳，分以下幾點：首先，傳統冶煉工藝中有可能改善高純提取的餘地，例如考慮提高傳統的除雜質工藝的能力。或者可以考慮從傳統的冶煉工藝中獲得諸如硫酸鎳或氯化鎳等中間產物並將其高純提取後製成金屬。電解還原或者氫還原作為製取金屬的方法是合適的。

溶劑萃取技術

作為提高傳統冶煉工藝除雜質有效率的重要技術或者做為中間產物的高純提取技術，可以採用溶劑萃取。要提高鎳的純度，關鍵是如何除去極難分離的雜質之一-鈷。僅就這個意義來說，溶劑萃取法也是提取高純鎳的一種重要技術。雖然溶劑萃取能從鎳的鹽類水溶液中優先有效地除去雜質鑽，但是在工業上能夠使用的萃取劑種類並不多。

在用溶劑萃取法除去以雜質形態共存於硫酸鎳水溶液中的鑽時，可以把PC-88A與CYANEX-272兩種藥劑作為實用萃取劑。不論哪種萃取劑都要用有機溶劑稀釋成適當濃度的溶液作為有機相，使之與原料硫酸鎳溶液（水相）混合接觸。水相中的雜質鑽離子通過與有機相的萃取劑生成絡合物而被萃取除去進入有機相。

例如在pH5-6的條件下萃取，難以分離除去的鑽離子很容易被萃入有機相，而鎳離子則留在水相。還可表明，此時如果還有Fe、Zn、Al、Cu、Mn、Mg、Ca等離子也以雜質形態共存，則能與鑽一起同時被萃取除去。這樣一來，溶劑萃取法便是能將各種雜質同時一起除去的優良精煉法。

氯化鎳為鎳中間產物中的另一重要鹽類。採用第三級胺類作萃取劑可溶劑萃取除去共存於氯化鎳中的雜質鈷，用第三級胺類萃取氯化鎳溶液中鑽的機理是鈷的氯絡陰離子與在有機溶劑中稀釋到適當濃度的第三級胺類生成離子對。

例如，氯離子濃度為280-300g/L的氯化鎳溶液中以雜質形態共存的鑽可以優先萃取除去進入有機相，而鎳留在水相。並且，這時如果還有Zn、Fe、Cu、Mn等雜質共存，則也能與鑽一起同時萃取除去。

這樣一來，若利用溶劑萃取技術，就可以把硫酸鎳或氯化鎳溶液中的鑽與別的雜質全部同時萃取除去，通過電解還原從精製砍酸鎳或氯化鎳溶液中得到高於現有純度的高純鎳。

依據上述分析，將傳統冶煉工藝獲得的電解鎳與氯化鎳水溶液分別作為陽極與電解液，而在電解液的淨液中使用第三級胺類作萃取劑，如果僅從金屬成份來看，電解鎳經過精煉能比較容易獲得雜質含量從10-20PPm的4個9品級鎳。但是如果考慮到氣體雜質的話，就很難保證4個9品級。

例如就氫的溶解來看，金屬鎳並不是生成氫化物後就能高濃度溶解，但比起金屬鐵與金屬鑽的溶解度來說就大得多，電解鎳中含氫濃度一般為幾十PPm。此外，電解鎳中通常含氧幾十-幾百PPm，含氮幾十PPm。因此，要獲得純度更高的金屬鎳就必須除去這些氣體成份。為此通常通過真空熔解來脫去氣體，但是除氧很難，殘氧約為。對此，如果在熔解鎳之前先在氫氣中加熱處理，後進行真空熔解脫氣，那么氧、氮、氫的濃度都能降低到幾PPm。

用傳統鎳冶煉法獲得的金屬鎳純度在。以上，採用包括對淨液進行溶劑萃取的電解法將其再精煉，進而在氫處理後進行真空熔解脫去氣體，就成為以上的金屬鎳。

為了製取純度更高的金屬鎳，可以考慮使用區域精煉法。如象作為分析用標準而能得到的金屬鎳就進行了區域精煉，可是儘管如此，品位一般也只是99.995%。

要獲得純度更高的金屬鎳，用幾種不同的精煉法組合起來除去雜質。元素就可以有效地得到高純提取。而且最後作為雜質殘留下來的是氣體元素。

固相電解法

固相電解法不僅能有效地除去金屬雜質而且也能有效地除去氣體雜質的精煉法。固相電解法的基本概念就是利用了這樣的原理，即把要高純提取的金屬棒置於10^-9托的高真空中，通常把試料金屬加溫到低於其熔點100℃的程度，一端作為陽極，另一端作為陰極，通以幾百A/Cm²的直流電。於是碳、氧、氮等有效電荷為負的溶質元素向電子流動的方向即陽極側移動，而銅、鐵、鈷等有效電荷為正的溶質元素向陰極側移動。電解終了後，切取試料金屬棒的中間部分就能獲得高純金屬。

固相電解法主要是對於稀土類金屬高純提取的套用研究，但報導的例子不多。在稀土類金屬以外，有了對釩、釷的套用例的報導。固相電解法對除去雜質成份特別是氣體成份很有效。具有這樣特徵的固相電解法雖然在金屬鎳的高純提取方面還沒有套用的報導，但在技術上可以說是有效的手段之一。

高純鎳的用途

如果從實用角度來看，對高純金屬的必要性可說明如下。金屬的性質往往因含有微量雜質而受到很大影響。因而，提高金屬的純度蘊藏著這樣的可能性，即儘管金屬名稱相同，卻可創造出性質完全不同的種類全新的全屬。如果這時顯示的性質有效，則該金屬的用途就變得廣泛起來，另外，沒使用過的金屬往往也可以變成必不可缺的金屬。

若從基礎研究的角度來看，高純金屬的必要性在於製取純度儘可能高的金屬以弄清該金屬的本來性質。由此出發，與實用方面的工業要求不同，基礎研究方面的要求沒有限度，雜質含量要求無限接近。

假如再稍詳細一點研究金屬中的雜質，就可把雜質大致分為兩類一類是所謂化學雜質，指混入的除該金屬元素以外的其它元素再一類是所謂的物理雜質，指完整的晶格產生的偏移。研究這些雜質與金屬物性的關係，有受化學雜質，物理雜質響大的物性以及不受多大影響的物性。

可以說鎳是高純提取進行得較晚的金屬之一。我們認為鎳的高純提取停滯不前的原因大概是因為鎳主要用於鋼鐵或特殊鋼，即鎳中的微量雜質在合金中進一步被稀釋，其影響變得極小。另外，即使鎳單獨使用時，如鍍鎳等單純作保護層，或者把鎳加入母體與其它層之間單純起連結作用。這樣即使進行高純提取，在鎳的各種特性中人們所要利用的特性也不產生大的變動，這樣的物性正是人們所主要利用的。

例如，如果要微妙地控制薄膜物量極小。也就是說厚度僅一個分子或一個原子上的電子流，或者要微妙地控制輕薄短小的最尖點上的光傳導狀態，則對所利用的物質來說，極微量的雜質將成為極重要的問題，但不能認為對金屬鎳中雜質的要求已達到這樣的水平。如前所述，從基礎研究的角度來說，當然要求得到理想金屬，其化學雜質為零，而且物理雜質也為零。從實用角度來說，僅按所要求的物性控制化學雜質或物理雜質中的一方或根據不同情況控制雙方到必要的程度是經濟的，而且也是所要求的。

另外，人們要求的物性多種多樣，既有單獨要求的，當然也有視不同情況對一種材質同時要求若干物性的。從基礎研究與實用兩個方面出發，希望著誕生能理想地滿足這樣要求的技術。換言之，也就是最終出現以原子水平的物質設計為依據的材料製造技術或者沒計製造技術。