Niklimaagi töötlemise protsess ja tehnoloogia
Nikkel on strateegiline metall, millel on üha olulisem roll erinevates tänapäevastes tööstusharudes. Lisaks roostevaba terase valmistamisele on nikkel ka peamine koostisosa elektriautode akude, lennundustööstuse spetsiaalsete sulamite ja isegi galvaanilise katmise arendamisel. Kuna ülemaailmne nõudlus kasvab, arenevad niklimaagi töötlemise protsessid ja tehnoloogiad kiiresti, et toota tooteid, millel on kindlad kvaliteediklassid, kõrge efektiivsus ja kontrollitud keskkonnamõju. See artikkel käsitleb niklimaagi töötlemise üldisi etappe ja põhitehnoloogiaid kaevandamisest rafineerimiseni.
Niklimaagi tüübid: lateriit ja sulfiid
Üldiselt jaguneb niklimaagi kahte põhitüüpi: lateriit-niklimaagi ja nikkelsulfiidimaagi. Lateriitmaak tekib troopilistes piirkondades ultramafiliste kivimite murenemisel ja seda leidub tavaliselt pinna lähedal. Lateriit sisaldab sageli niklit mineraalides, nagu limoniit ja saproliit. Sulfiidimaak moodustub aga magmaatiliste protsesside käigus ja sisaldab niklit sulfiidmineraalides, nagu pentlandiidis. Nende mineraalide omaduste erinevused määravad oluliselt kasutatava töötlemismeetodi.
Sulfiidmaake on üldiselt lihtsam rikastada flotatsiooniprotsesside abil, samas kui lateriidimaake on keerulisem rikastada, kuna nikkel on hajutatud oksiid/hüdroksiidmineraalide maatriksis, mistõttu paljusid neist töödeldakse pürometallurgilisel (sulatamisel) või kõrgsurvehüdrometallurgilisel viisil.
Esialgsed etapid: kaevandamine ja maagi ettevalmistamine
Nikli töötlemise protsess algab kaevandamisega, kasutades kas pealmaa- või maa-aluseid kaevandusmeetodeid, olenevalt maardla sügavusest ja tüübist. Pärast kaevandamist transporditakse maak töötlemiskohta, kus see läbib ettevalmistusetapid, mis hõlmavad üldiselt järgmist:
1. Purustamine: Maagi suuruse vähendamine, et seda oleks lihtsam käsitseda ja töödelda.
2. Jahvatamine: Tekitab peened osakesed, et suurendada väärtuslike mineraalide vabanemist.
3. Sõelumine ja klassifitseerimine: osakeste suuruste eraldamine vastavalt järgmise protsessi vajadustele.
4. Kuivatamine: Eriti lateriidimaagi puhul, millel on kõrge veesisaldus, on kuivatamine enne pürometallurgilist protsessi oluline.
Ettevalmistusetapp mõjutab oluliselt järgnevate protsesside efektiivsust. Osakeste suurus, niiskusesisaldus ja maagi homogeensus määravad energiatarbimise ja nikli taaskasutusmäära.
Nikkelsulfiidimaagi töötlemise tehnoloogia
Nikkelsulfiidimaakide puhul on kõige levinum töötlemisviis mineraalide kontsentreerimise ja sulatamise kombinatsioon.
1. Flotatsioon (vahuflotatsioon)
Flotatsioon on mineraalide eraldamise protsess nende pinnaomaduste põhjal. Jahvatatud maak segatakse vee, keemiliste reagentide ja õhuga. Sulfiidmineraalid muutuvad pärast kollektori lisamist tavaliselt hüdrofoobsemaks, seega kleepuvad nad õhumullide külge ja tõusevad vahuna. See vaht eraldatakse niklirikka kontsentraadina, ülejäänud materjalist saab aga jäätmeid.
Flotatsiooni eeliseks on see, et see võib enne sulatamisetappi sisenemist oluliselt suurendada nikli sisaldust, vähendades seeläbi energiakoormust järgnevas protsessis.
2. Sulatamine ja muundamine
Seejärel sulatatakse nikli kontsentraat ahjus, et saada nikkelmatt – vedel sulfiidfaas, mis sisaldab niklit, vaske ja rauda. Järgmine samm on raua ja väävli oksüdeerimine, mis muudab matti niklirikkamaks. Lõppsaadust saab edasi töödelda puhtaks nikliks või vaheproduktideks, näiteks nikkelsulfaadiks akude jaoks.
3. Täiustatud rafineerimine
Rafineerimine võib toimuda elektrolüüsi või hüdrometallurgiliste protsesside abil. Mõnes rajatises lahustatakse ja eraldatakse kivi selektiivse lahustumise, lahustiekstraktsiooni ja sadestamise tehnikate abil, et saada kõrgekvaliteediline toode.
Nikli lateriidimaagi töötlemise tehnoloogia
Lateriitmaagid moodustavad märkimisväärse osa maailma niklivarudest, eriti troopilistes piirkondades. Nende töötlemine on keerukam ja jaguneb üldiselt kahte peamisse valdkonda: pürometallurgia ja hüdrometallurgia.
1. Pürometallurgia: RKEF ferronikli või NPI jaoks
Üks levinumaid lateriidi tehnoloogiaid on pöördahjuga elektriahi (RKEF). Seda protsessi kasutatakse sageli ferronikli või nikkelmalmi (NPI) tootmiseks, mis on roostevaba terase tööstuse tooraine.
Etapid hõlmavad järgmist:
– Kuivatamine ja kaltsineerimine pöördahjus: vähendab niiskusesisaldust ja eemaldab lenduvad ained. Maaki kuumutatakse, samal ajal segades seda redutseerija (tavaliselt kivisöe) ja spetsiifilise räbustiga.
– Sulatamine elektriahjus: kaltsineeritud maagi sulatatakse kõrgel temperatuuril, et eraldada metall (raua-nikli segu) räbust.
– Toote rafineerimine: sulametall valatakse või töödeldakse toodeteks vastavalt spetsifikatsioonidele.
RKEF-i eelised on selle tehnoloogiline stabiilsus ja toote sobivus roostevaba terase jaoks. See protsess nõuab aga märkimisväärset energiat ja on üldiselt optimaalsem suhteliselt kõrge niklisisaldusega saproliidimaakide jaoks.
2. Hüdrometallurgia: HPAL segahüdroksiidi sadestise (MHP) jaoks
Limoniidimaagi puhul – mis on tavaliselt madalama kvaliteediga, kuid rikkalikult leiduv – on sageli valitud hüdrometallurgiline tehnoloogia, eriti HPAL (kõrgsurvehappega leostus).
HPAL-i puhul segatakse maak happega (tavaliselt väävelhappega) ja töödeldakse autoklaavis kõrgel temperatuuril ja rõhul. Nikkel ja koobalt lahustuvad lahuses ning eraldatakse seejärel tahkest jäägist. Seejärel saab niklit ja koobaltit sadestada vaheproduktideks, näiteks:
– MHP (segahüdroksiidi sade): nikli-koobalti segahüdroksiidi sade.
– MSP (segatud sulfiidisadestus): segatud sulfiidisadestus.
MHP- või MSP-produkti saab seejärel edasi rafineerida nikkelsulfaadiks ja koobaltsulfaadiks akude toorainena.
HPAL-i eeliseks on see, et see suudab töödelda madala kvaliteediga maaki ja toota akude tarneahela jaoks sobivaid tooteid. Väljakutsete hulka kuuluvad vajadus korrosioonikindlate seadmete materjalide järele, jääkide käitlemine, töö keerukus ja reagentide tarbimine.
3. Atmosfääri leostumine ja alternatiivsed protsessid
Lisaks HPAL-ile kasutatakse ka atmosfäärilist leostust madalamal rõhul, millel on tavaliselt aeglasem lahustumiskiirus, kuid mis võib olla lihtsam. Samuti arendatakse uuringuid bioleostamise (mikroorganismide abil) ja pürometallurgiliste ning hüdrometallurgiliste protsesside kombineerimise kohta ökonoomsuse parandamiseks.
Vahe- ja lõpptooted: NPI-st nikkelsulfaadini
Nikli töötlemisel saadud tooted ei ole alati puhas nikkel. Sõltuvalt tööstuse vajadustest võivad töödeldud tooted hõlmata järgmist:
– NPI ja ferronikkel: üldiselt roostevaba terase jaoks.
– Nikkelkivi: sulatusahju vahesaadus, mida saab edasi rafineerida.
– MHP/MSP: Vaheprodukt nikli ja koobalti rafineerimiseks, eriti akude jaoks.
– Nikkelsulfaat (NiSO₄): Oluline tooraine akukatoodide jaoks.
– Puhas metallnikkel: spetsiaalsete sulamite ja muude insenerirakenduste jaoks.
Protsessi marsruudi valiku määravad maagi tüüp, energia kättesaadavus, reagentide kulud, infrastruktuur, keskkonnanõuded ja sihttooted.
Keskkonnaaspektid ja energiatõhusus
Nikli töötlemine tekitab keskkonnaprobleeme, mis nõuavad tõsist haldamist, sealhulgas pürometallurgiast tulenevad gaasiheitmed, suur energiatarbimine, hapete kasutamine hüdrometallurgias ning jäätmete ja räbu käitlemine. Kaasaegne tehnoloogia eesmärk on parandada energiatõhusust, kasutada ära jääksoojust, töödelda ringlevat vett ja stabiliseerida jääke pikaajalise ohutuse tagamiseks.
Mõnes riigis julgustab keskkonnastandardite rakendamine tööstusharusid kasutama puhtamaid energiaallikaid, vähendama süsinikdioksiidi heitkoguseid ning tagama vastutustundlikumaid kaevandamis- ja maaparandustavasid.
Sulgemine
Niklimaagi töötlemine ja tehnoloogia sõltuvad suuresti töödeldava maagi tüübist ja soovitud lõpptootest. Sulfiidmaake töödeldakse tavaliselt flotatsiooni ja sulatamise teel, et saada matt ja lõpuks puhas nikkel või keemiatooted. Samal ajal töödeldakse lateriidimaake sageli RKEF-i (rafineeritud raudoksiidi töötlemine) abil, et toota ferroniklit/NPI-d või HPAL-i, millest omakorda toodetakse MHP-d/MSP-d, mis sobivad akudele. Kuna nikli järele on energiasiirde jaoks üha suurem nõudlus, on töötlemistehnoloogia innovatsioon ja paremad jätkusuutlikkuse tavad võtmetegurid, mis võimaldavad niklitööstusel areneda ja samal ajal minimeerida selle keskkonnamõju.
