produkcja niklu i kobaltu(1).pdf

Rozdział 11

11 Procesy do produkcji niklu i kobaltu

11.1 Stosowane procesy i techniki

Nikiel jest produkowany z rudy tlenkowej (lateryt i saprolit) lub rudy siarczkowej, około 60 % niklu

pochodzi ze złż siarczkowych a 40 % ze złż tlenkowych. Istnieje kilka odmian procesw

stosowanych do produkcji niklu z tych rud, a odmiany te zależą od gatunku koncentratu a także od

innych metali obecnych w materiale [tm 94 Ni Expert Group, 1998 - Grupa Ekspertw ds. Niklu,

1998]

Kobalt występuje zwykle w rudach niklu i miedzi i jest odzyskiwany podczas ich produkcji.

Rafinowanie odzyskiwanego produktu ubocznego zawierającego Co jest realizowane przez

kombinację procesw, ktra zależy od składu koncentratu oraz fizycznych i chemicznych

charakterystyk produktu końcowego. Źrdłami kobaltu są rwnież rudy arsenkowe kobaltu. Rudy te

są prażone w celu usunięcia większości arsenu jako tlenku arsenu [tm 108, Ullmanns 1996]. Proces

ten nie jest jednakże stosowany w UE.

Ruda

Typ

Ni%

Cu%

Co%

Murrin Murrin

Lateryt

1,25

0,08

Cawse

Lateryt

0,07

Cerro Matoso

Lateryt

2,89

Selebi-Phikwe

Siarczek

0,65

0,75

0,06

Falconbridge, Sudbury

Siarczek

1,7

1,8

0,05

Falconbridge, Raglan

Siarczek

3,2

0,9

0,05

INCO, Copper Cliff

Siarczek 1,55

0,04

Outokumpu, Silver Swan Siarczek

9,8

0,11

Mount Keith

Siarczek

0,6

0,01

Tabela 11.1: Skład niektrych rud

Wtrny nikiel i kobalt są zwykle zużywane bezpośrednio w postaci przetopionego złomu i innych

zawracanych produktw najczęściej do produkcji żelazoniklu i stali nierdzewnej [tm 94, Ni Expert

Group 1998 - Grupa Ekspertw ds. Niklu 1998]. Inne materiały wtrne, takie jak katalizatory i pyły

pofiltracyjne są odzyskiwane w procesach wytapiania, zazwyczaj w piecu żużlowym.

Ponieważ te metale są tak ściśle skojarzone ze sobą, to ich procesy produkcyjne są opisywane

razem tak dalece, jak to jest możliwe [tm 94, Ni Expert Group 1998 - Grupa Ekspertw ds. Niklu

1998]

11.1.1 Rudy tlenkowe

W rudach laterytowych nikiel jest związany z tlenkiem żelaza lub związkami krzemionkowymi i

trudno jest dokonać wzbogacenia celem otrzymania koncentratu. Może być stosowane wytapianie z

tych rud w piecu elektrycznym ze źrdłem węgla. Produkowany jest żelazonikiel, można też

wytwarzać kamień niklowy po dodaniu siarki.

Przed wytapianiem ruda jest zazwyczaj podgrzewana lub prażona w piecu obrotowym [tm 109,

UNEP 1993 - Program Ochrony Środowiska ONZ 1993]. Następnie do wytapiania stosuje się

zwykle piec elektryczny.

Produkcja metali nieżelaznych

713

Rozdział 11

Ruda laterytowa

Ługowanie amoniakalne

Kwas siarkowy

Ługowanie

Suszenie

Kalcynowanie

Redukcja wodorowa

Wytapianie w piecu

elektrycznym

Obrbka mieszanych

siarczkw dla

oddzielenia kamienia

Krążki niklowe

Tlenek niklu

Spiek

Żelazonikiel

Konwertor

kamień Ni

katody Ni

Chlorek żelaza

Ługowanie

Elektrolityczne

otrzymywanie metali

Rysunek 11.1: Oglny schemat technologiczny dla produkcji niklu z rudy laterytowej

Rudy saprolitowe mogą być topione z siarką tak, aby tlenek niklu przekształcał się na kamień

siarczku niklu i żeby żelazo było usuwane jako żużel [tm 109, UNEP 1993 - Program Ochrony

Środowiska ONZ 1993]. Kamień jest obrabiany w taki sam sposb, jak kamień produkowany z rud

siarczkowych.

Wytapianie dla uzyskania żelazoniklu uzasadnia duży udział produkcji niklu z rud laterytowych;

procesy te są omawiane w rozdziale poświęconym żelazostopom. Ługowanie laterytu amoniakiem

jest stosowane rwnież do wyciągania niklu [tm 20, HMIP (Inspektorat ds. Zanieczyszczeń

Środowiska JKM) Ni 1993; tm 57, Outokumpu 1997; tm 96, Outokumpu 1998] i proces ten staje

się coraz ważniejszy. Chociaż przemiana tlenku niklu na zanieczyszczony nikiel a następnie na

karbonyl niklu, ktry jest lotny, jest stosowana do produkcji rafinowanego niklu, to tlenek niklu jest

produkowany z topienia rudy siarczkowej. Rudy laterytowe mają maksymalną zawartość niklu 3 %

i dlatego nie są stosowane bezpośrednio w tym procesie.

Ługowanie ciśnieniowe laterytw za pomocą kwasu siarkowego jest zasadniczo prostym i

bezpośrednim procesem. Temperatura, ciśnienie i inne parametry mogą się zmieniać w zależności

od przypadku, dla osiągnięcia najlepszych możliwych warunkw metalurgicznych zależnie od

konkretnej rudy i produktw i od innych celw. Temperatura autoklaww do ługowania wynosi

zazwyczaj pomiędzy 230 i 260 o C, a stosowane ciśnienia wynoszą do 43 bar. W procesie tym może

być rwnież stosowany tlen.

Powstały roztwr jest oczyszczany albo metodami nowoczesnej ekstrakcji rozpuszczalnikowej, albo

klasycznymi metodami strącania. Na przykład siarczek wodoru jest stosowany do selektywnego

strącania siarczkw niklu i kobaltu, ktre są wysyłane do dalszego odzyskiwania metalu. Roztwr

może być zobojętniany tak, aby strącało się żelazo. Nikiel i kobalt są strącane i ponownie ługowane

za pomocą amoniaku.

Ekstrakcja rozpuszczalnikowa jest stosowana do rozdzielania chlorkw lub siarczkw niklu i

kobaltu. Nikiel metaliczny może być produkowany elektrolitycznie, a kobalt może być strącany

jako siarczek kobaltu. Alternatywnie nikiel i kobalt mogą być odzyskiwane jako proszki metali z

zastosowaniem redukcji wodorowej.

Produkcja metali nieżelaznych

714

Rozdział 11

11.1.2 Rudy siarczkowe

Niklonośne rudy siarczkowe mogą być koncentrowane np. przez flotację dla podwyższenia

zawartości niklu. Produkowane są koncentraty niklu, najczęściej zawierające 7-25 % Ni co ułatwia

dalsze przetwarzanie. Koncentraty niklu są zazwyczaj topione w atmosferze utleniającej aby

utleniać siarczki żelaza, co z innymi składnikami skały płonnej powoduje tworzenie żużla żelazo-

krzemianowego. W Europie stosowany jest piec zawiesinowy Outokumpu; gdzie indziej w świecie

stosowane są piece zawiesinowe Outokumpu i INCO oraz piece elektryczne lub szybowe.

Nikiel jest otrzymywany w postaci kamienia siarczkowego, zawierającego 35-70 % Ni, Co i Cu.

Kamień może być przetwarzany w konwertorze Pierce Smitha lub alternatywnie może on być

granulowany lub schładzany powoli przed etapem odzysku hydrometalurgicznego [tm 142, Finland

Ni 1999 Î Finlandia Ni 1999]. Etap konwertorowy nie jest stosowany w Europie w czasie pisania

tego dokumentu.

Ważnymi składnikami kamieni niklowych są kobalt, miedź i metale szlachetne. Żużel wytwarzany

podczas wytapiania zawiera rwnież odzyskiwany metal i jest obrabiany w piecu elektrycznym dla

wytwarzania więcej kamienia niklowego. Kamień ten może być granulowany i obrabiany

oddzielnie [tm 94, Ni Expert Group 1998 - Grupa Ekspertw ds. Niklu 1998; Outokumpu 1998].

Materiały wtrne są niekiedy odzyskiwane w piecu elektrycznym.

Poniższy rysunek podaje przegląd opcji procesu.

Koncentrat siarczku

Prażenie

W ytapianie elektryczne

W ytapianie zawiesinow e

W ytapianie zawiesinowe

Ługowanie amoniakalne

Proces konwertorowy

Redukcja wodorowa

Proszek/brykiety niklowe

Rafinacja elektrolityczna

Proces rafinacji

karbonylowej

Ługowanie chlorkiem

Elektrolityczne

otrzymywanie metali

Ługowanie siarczanowe

Elektrolityczne

otrzymywanie

metali/Redukcja wodorowa

Katoda Ni

Grudki/proszek Ni

Katoda niklowa

Katody / proszek/ brykiety Ni

Rysunek 11.2: Oglny schemat technologiczny dla produkcji niklu z koncentratw

siarczkowych

11.1.2.1 Klasyczny proces wytapiania zawiesinowego

Klasyczne procesy wytapiania są stosowane do usuwania żelaza i innych składnikw skały płonnej

z koncentratw siarczkw dla produkcji kamienia niklowego. W Europie stosowany jest tylko piec

do wytapiania zawiesinowego Outokumpu.

Na świecie jest jeszcze pięć innych zakładw, ktre stosują ten proces. Dwa z nich stosują

zawiesinowy piec do wytapiania zaprojektowany przez Western Mining Corporation, gdzie piece

do wytapiania i oczyszczania żużla zostały zbudowane razem tworząc jedną większą jednostkę.

Produkcja metali nieżelaznych

715

Rozdział 11

Istnieją rżnice w operacjach produkcyjnych między zakładami. Najbardziej widoczną rżnicą jest

gatunek kamienia, ale zmienność składu surowcw rwnież powoduje pewne rżnice. Niżej

pokazany jest oglny schemat technologiczny.

Koncentrat Ni Tlen + powietrze

Topnik

Piec zawiesinowy

do wytapiania

Kocioł

odzysknicowy

Filtr

elektrostatyczny

kamień Ni

gaz do

instalacji

produkcji

kwasu

Konwertor

Kocioł

odzysknicowy

żużel

Piec

Kamień Ni

Wysokogatunkowy kamień niklowy

Elektryczny

Rysunek 11.3: Klasyczne wytapianie płomienne

Najnowsze opracowania procesu wykorzystują koncepcję oddzielnej obrbki kamieni

produkowanych podczas etapw wytapiania i obrbki żużla.

Bezpośredni proces niklowy Outokumpu (proces DON) stosuje piec zawiesinowy Outokumpu z

powietrzem wzbogacanym tlenem i produkuje kamień miedź-nikiel z zawartością metalu ~75 % Cu

+ Ni i 2-6 % żelaza. Kamień jest granulowany i mielony przed przekazaniem go do stopnia

ługowania. Żużel przechodzi rynną do pieca elektrycznego oczyszczającego żużel, gdzie żużel jest

traktowany koksem w celu wytworzenia większej ilości kamienia i oczyszczonego żużla, ktry jest

usuwany. Te dwa kamienie mają rżne składy chemiczne i są obrabiane oddzielnie.

Produkcja metali nieżelaznych

716

Rozdział 11

Koncentrat

Piasek

krzemionkowy

Surowce wtrne

Rozładunek

koncentratu

wsad

Olej

odpadowy

Suszenie

ESP

Filtr workowy

Gaz+pył

Gaz do

komina

Ciężki ol ej

Gaz+pył

Piec do

wytapiania

Wytapianie

przez DON

WHB

ESP

Powiet rze

+O 2

Koks

Zwroty

Żużel

Gaz do systemu

Kamień FSF

Oczyszczanie

żużla w EF

wentylacyjnego

Instalacja

p rodukcji kwasu

Ciepło

Zbiornik

granulacyjny

Kamień EF

Żużel

na hałdę

Zbiornik

granulacyjny

H 2 SO 4

Kamień FSF

Słaby kwas

Kamień EF

Gaz odlotowy

Mielenie

do komina Ciekły SO 2

Mielenie

Szlam z Hg

do dalszego

oczyszczania

Ługowanie

atmosferyczne

Ługowanie

atmosferyczne

Rysunek 11.4: Proces DON

11.1.3 Proces rafinowania kamienia

Kamienie produkowane przez procesy wytapiania muszą być obrabiane dalej celem odzyskania i

oczyszczenia metalu zawartego w kamieniach. Kamień niklowy musi przejść przez wielostopniowy

proces rafinacji dla usunięcia żelaza i odzyskania miedzi, kobaltu i metali szlachetnych. Kamień

może być obrabiany pirometalurgicznie, ale procesy hydrometalurgiczne są powszechniej

stosowane. Wykonuje się rżnorodne procesy elektrorafinacji, redukcji-ługowania i strącania.

Nikiel jest odzyskiwany z oczyszczonych roztworw elektrolitycznie lub przez redukcję wodorową.

Następujący schemat technologiczny przedstawia oglne przebiegi przetwarzania.

Produkcja metali nieżelaznych

717

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: