निकेल धातू प्रक्रिया प्रक्रिया आणि तंत्रज्ञान
निकेल हा एक मोक्याचा धातू असून विविध आधुनिक उद्योगांमध्ये त्याची भूमिका अधिकाधिक महत्त्वाची होत आहे. स्टेनलेस स्टील बनवण्यासाठी वापरण्याव्यतिरिक्त, निकेल हा इलेक्ट्रिक वाहनांच्या बॅटरी, अंतराळ उद्योगासाठी विशेष मिश्रधातू आणि इलेक्ट्रोप्लेटिंगच्या विकासातील एक प्रमुख घटक आहे. जागतिक मागणी वाढत असल्यामुळे, विशिष्ट दर्जा, उच्च कार्यक्षमता आणि नियंत्रित पर्यावरणीय परिणाम असलेली उत्पादने तयार करण्यासाठी निकेल धातूवर प्रक्रिया करण्याच्या पद्धती आणि तंत्रज्ञान वेगाने विकसित होत आहेत. या लेखात खाणकामापासून ते शुद्धीकरणापर्यंत, निकेल धातूवरील प्रक्रियेतील सामान्य टप्पे आणि प्रमुख तंत्रज्ञानावर चर्चा केली आहे.
निकेल खनिजाचे प्रकार: लॅटेराइट आणि सल्फाइड
सर्वसाधारणपणे, निकेल धातुक दोन मुख्य प्रकारांमध्ये विभागले जाते: लॅटेराइट निकेल धातुक आणि निकेल सल्फाइड धातुक. लॅटेराइट धातुक उष्णकटिबंधीय प्रदेशांतील अल्ट्रामॅफिक खडकांच्या अपक्षयातून तयार होते आणि ते सहसा पृष्ठभागाजवळ आढळते. लॅटेराइटमध्ये अनेकदा लिमोनाइट आणि सॅप्रोलाइटसारख्या खनिजांमध्ये निकेल आढळते. तर, सल्फाइड धातुक मॅग्मॅटिक प्रक्रियेद्वारे तयार होते आणि त्यात पेंटलँडाइटसारख्या सल्फाइड खनिजांमध्ये निकेल असते. या खनिजांच्या वैशिष्ट्यांमधील फरकांमुळे वापरली जाणारी प्रक्रिया पद्धत लक्षणीयरीत्या निश्चित होते.
फ्लोटेशन प्रक्रियेद्वारे सल्फाइड खनिजे समृद्ध करणे सामान्यतः सोपे असते, तर लॅटेराइट खनिजे अधिक आव्हानात्मक असतात कारण त्यातील निकेल ऑक्साइड/हायड्रॉक्साइड खनिजांच्या मॅट्रिक्समध्ये विखुरलेले असते, त्यामुळे अनेकांवर पायरोमेटलर्जिकल (प्रगलन) किंवा उच्च-दाब हायड्रोमेटलर्जिकल मार्गांनी प्रक्रिया केली जाते.
सुरुवातीचे टप्पे: खाणकाम आणि खनिज तयारी
निकेल प्रक्रियेची सुरुवात खाणकामाने होते, जे साठ्याच्या खोली आणि प्रकारानुसार खुल्या किंवा भूमिगत खाणकाम पद्धतींनी केले जाते. खाणकामानंतर, धातुक प्रक्रिया सुविधेकडे नेले जाते, जिथे त्यावर तयारीचे टप्पे पार पाडले जातात, ज्यामध्ये सामान्यतः खालील गोष्टींचा समावेश असतो:
१. क्रशिंग: धातुक हाताळणे आणि त्यावर प्रक्रिया करणे सोपे व्हावे यासाठी त्याचा आकार कमी करणे.
२. दळणे: मौल्यवान खनिजे अधिक प्रमाणात मिळण्यासाठी बारीक कण तयार करते.
३. चाळणी आणि वर्गीकरण: पुढील प्रक्रियेच्या गरजेनुसार कणांच्या आकारानुसार त्यांना वेगळे करणे.
४. सुकवणे: विशेषतः लॅटेराइट धातुक ज्यामध्ये पाण्याचे प्रमाण जास्त असते, पायरोमेटलर्जिकल प्रक्रियेपूर्वी ते सुकवणे महत्त्वाचे आहे.
तयारीच्या टप्प्याचा पुढील प्रक्रियांच्या कार्यक्षमतेवर लक्षणीय परिणाम होतो. कणांचा आकार, आर्द्रतेचे प्रमाण आणि धातुकची एकजिनसीपणा यांवरून ऊर्जेचा वापर आणि निकेल पुनर्प्राप्तीचे दर निश्चित होतात.
निकेल सल्फाइड धातुक प्रक्रिया तंत्रज्ञान
निकेल सल्फाइड खनिजांसाठी, खनिज सांद्रण आणि प्रगलन यांचे संयोजन हा सर्वात सामान्य प्रक्रिया मार्ग आहे.
१. प्लवन (फेस प्लवन)
प्लवन ही खनिजांना त्यांच्या पृष्ठभागाच्या गुणधर्मांनुसार वेगळे करण्याची प्रक्रिया आहे. दळलेल्या धातुकमध्ये पाणी, रासायनिक अभिकर्मक आणि हवा मिसळली जाते. संग्राहक टाकल्यानंतर सल्फाइड खनिजे सामान्यतः अधिक जल-प्रतिकारक बनतात, त्यामुळे ती हवेच्या बुडबुड्यांना चिकटतात आणि फेस म्हणून वर येतात. हा फेस निकेल-समृद्ध संहत म्हणून मिळवला जातो, तर उर्वरित पदार्थ टाकाऊ पदार्थ बनतो.
प्लवन प्रक्रियेचा फायदा हा आहे की, त्यामुळे प्रगलन प्रक्रियेत प्रवेश करण्यापूर्वी निकेलचे प्रमाण लक्षणीयरीत्या वाढवता येते, परिणामी पुढील प्रक्रियेतील ऊर्जेचा भार कमी होतो.
२. प्रगलन आणि रूपांतरण
नंतर निकेल कॉन्सन्ट्रेट भट्टीत वितळवून निकेल मॅट तयार केले जाते—हा एक द्रव सल्फाइड टप्पा असून त्यात निकेल, तांबे आणि लोह असते. पुढची पायरी म्हणजे लोह आणि गंधकाचे ऑक्सिडीकरण करून मॅटला निकेलयुक्त बनवणे. अंतिम उत्पादनावर पुढील प्रक्रिया करून शुद्ध निकेल किंवा बॅटरीसाठी निकेल सल्फेटसारखी मध्यवर्ती उत्पादने तयार केली जाऊ शकतात.
३. प्रगत शुद्धीकरण
इलेक्ट्रोलायसिस किंवा हायड्रोमेटलर्जिकल प्रक्रियांद्वारे शुद्धीकरण केले जाऊ शकते. काही सुविधांमध्ये, उच्च-दर्जाचे उत्पादन मिळवण्यासाठी निवडक विद्रावण, द्रावक निष्कर्षण आणि अवक्षेपण तंत्रांचा वापर करून मॅट विरघळवला जातो आणि वेगळा केला जातो.
निकेल लॅटेराइट धातुक प्रक्रिया तंत्रज्ञान
जगातील निकेलच्या साठ्यांमध्ये लॅटेराइट खनिजांचा मोठा वाटा आहे, विशेषतः उष्णकटिबंधीय प्रदेशांमध्ये. त्यांच्यावर प्रक्रिया करणे अधिक गुंतागुंतीचे असून, त्याचे साधारणपणे दोन प्रमुख मार्ग आहेत: पायरोमेटलर्जी आणि हायड्रोमेटलर्जी.
१. पायरोमेटलर्जी: फेरोनिकेल किंवा एनपीआयसाठी आरकेईएफ
लॅटेराइटसाठी सर्वात सामान्य तंत्रज्ञानांपैकी एक म्हणजे रोटरी किल्न इलेक्ट्रिक फर्नेस (RKEF). ही प्रक्रिया अनेकदा फेरोनिकेल किंवा निकेल पिग आयर्न (NPI) तयार करण्यासाठी वापरली जाते, जो स्टेनलेस स्टील उद्योगासाठी एक कच्चा माल आहे.
या टप्प्यांमध्ये खालील गोष्टींचा समावेश आहे:
– रोटरी भट्टीमध्ये वाळवणे आणि तापवणे: यामुळे आर्द्रतेचे प्रमाण कमी होते आणि बाष्पशील पदार्थ काढून टाकले जातात. धातुक एका क्षपणकासोबत (सहसा कोळसा) आणि एका विशिष्ट फ्लक्ससोबत मिसळून तापवले जाते.
– विद्युत भट्टीत प्रगलन: तापवलेल्या धातुकला उच्च तापमानावर वितळवून धातू (लोह-निकेल मिश्रण) मळीपासून वेगळे केले जाते.
– उत्पादन शुद्धीकरण: वितळलेल्या धातूवर प्रक्रिया करून किंवा त्याला विशिष्ट विनिर्देशांनुसार उत्पादनांमध्ये ओतले जाते.
आरकेईएफचे फायदे म्हणजे त्याची तांत्रिक स्थिरता आणि स्टेनलेस स्टीलसाठी उत्पादनाची उपयुक्तता. तथापि, या प्रक्रियेसाठी लक्षणीय ऊर्जेची आवश्यकता असते आणि ती सामान्यतः तुलनेने उच्च निकेल सामग्री असलेल्या सॅप्रोलाइट खनिजांसाठी अधिक इष्टतम असते.
२. हायड्रोमेटलर्जी: मिश्र हायड्रॉक्साईड अवक्षेपासाठी (MHP) HPAL
लिमोनाइट धातुक - जे सहसा कमी दर्जाचे पण मुबलक प्रमाणात आढळते - त्यासाठी बहुतेकदा हायड्रोमेटलर्जिकल तंत्रज्ञान, विशेषतः एचपीएएल (उच्च दाब आम्ल विद्रावण) निवडले जाते.
एचपीएएल (HPAL) मध्ये, धातुक आम्लासोबत (सहसा सल्फ्यूरिक आम्ल) मिसळले जाते आणि ऑटोक्लेव्हमध्ये उच्च तापमान व दाबावर त्यावर प्रक्रिया केली जाते. निकेल आणि कोबाल्ट द्रावणात विरघळतात आणि नंतर घन अवशेषापासून वेगळे केले जातात. त्यानंतर निकेल आणि कोबाल्टचे अवक्षेपण करून खालीलप्रमाणे मध्यवर्ती उत्पादने मिळवता येतात:
– एमएचपी (मिश्रित हायड्रॉक्साईड अवक्षेप): निकेल-कोबाल्ट मिश्रित हायड्रॉक्साईड अवक्षेप.
– एमएसपी (मिश्रित सल्फाइड अवक्षेप): मिश्रित सल्फाइड अवक्षेप.
त्यानंतर एमएचपी किंवा एमएसपी उत्पादनाचे बॅटरी फीडस्टॉकसाठी निकेल सल्फेट आणि कोबाल्ट सल्फेटमध्ये पुढील शुद्धीकरण केले जाऊ शकते.
HPAL चा फायदा हा आहे की ते कमी प्रतीच्या खनिजावर प्रक्रिया करून बॅटरी पुरवठा साखळीसाठी योग्य उत्पादने तयार करू शकते. यातील आव्हानांमध्ये गंज-प्रतिरोधक उपकरणांच्या सामग्रीची गरज, अवशेषांचे व्यवस्थापन, कार्यान्वयनातील गुंतागुंत आणि अभिकर्मकांचा वापर यांचा समावेश आहे.
३. वातावरणीय लीचिंग आणि पर्यायी प्रक्रिया
HPAL व्यतिरिक्त, कमी दाबावर वातावरणीय लीचिंग देखील केले जाते, ज्यामध्ये विरघळण्याचा दर सामान्यतः कमी असतो, परंतु ती प्रक्रिया अधिक सोपी असू शकते. आर्थिक व्यवहार्यता सुधारण्यासाठी बायोलीचिंग (सूक्ष्मजीवांचा वापर करून) आणि पायरोमेटलर्जिकल व हायड्रोमेटलर्जिकल प्रक्रियांच्या एकत्रित वापराबाबतही संशोधन विकसित होत आहे.
मध्यवर्ती आणि अंतिम उत्पादने: एनपीआय पासून निकेल सल्फेट पर्यंत
निकेल प्रक्रियेतून मिळणारी उत्पादने नेहमीच शुद्ध निकेल नसतात. उद्योगाच्या गरजेनुसार, प्रक्रिया केलेल्या उत्पादनांमध्ये खालील गोष्टींचा समावेश असू शकतो:
– एनपीआय आणि फेरोनिकेल: सामान्यतः स्टेनलेस स्टीलसाठी.
– निकेल मॅट: प्रगलन भट्टीमधील एक मध्यवर्ती उत्पादन, ज्याचे पुढे शुद्धीकरण केले जाऊ शकते.
– एमएचपी/एमएसपी : निकेल-कोबाल्ट शुद्धीकरणातील मध्यवर्ती उत्पादन, विशेषतः बॅटरीसाठी.
– निकेल सल्फेट (NiSO₄): बॅटरी कॅथोडसाठी एक महत्त्वाचा कच्चा माल.
– शुद्ध निकेल धातू: विशेष मिश्रधातू आणि इतर अभियांत्रिकी उपयोगांसाठी.
प्रक्रियेच्या मार्गाची निवड खनिजाचा प्रकार, ऊर्जेची उपलब्धता, अभिकारकांचा खर्च, पायाभूत सुविधा, पर्यावरणीय नियम आणि अपेक्षित उत्पादने यांवरून ठरवली जाते.
पर्यावरणीय पैलू आणि ऊर्जा कार्यक्षमता
निकेल प्रक्रियेमुळे पर्यावरणासंबंधी आव्हाने निर्माण होतात, ज्यांच्यासाठी गंभीर व्यवस्थापनाची आवश्यकता असते. यामध्ये पायरोमेटलर्जीमधून होणारे वायू उत्सर्जन, उच्च ऊर्जा वापर, हायड्रोमेटलर्जीमध्ये आम्लांचा वापर, तसेच टेलिंग्ज आणि स्लॅगचे व्यवस्थापन यांचा समावेश आहे. आधुनिक तंत्रज्ञानाचा उद्देश ऊर्जा कार्यक्षमता सुधारणे, वाया जाणाऱ्या उष्णतेचा उपयोग करणे, प्रवाही पाण्यावर प्रक्रिया करणे आणि दीर्घकालीन सुरक्षिततेसाठी अवशेषांना स्थिर करणे हा आहे.
काही देशांमध्ये, पर्यावरणीय मानकांच्या अंमलबजावणीमुळे उद्योगांना स्वच्छ ऊर्जा स्त्रोतांचा वापर करण्यास, कार्बन उत्सर्जन कमी करण्यास आणि अधिक जबाबदार खाणकाम व भूसुधार पद्धती सुनिश्चित करण्यास प्रोत्साहन मिळते.
बंद होत आहे
निकेल धातूची प्रक्रिया आणि तंत्रज्ञान हे प्रक्रिया केल्या जाणाऱ्या धातूच्या प्रकारावर आणि अपेक्षित अंतिम उत्पादनावर मोठ्या प्रमाणावर अवलंबून असते. सल्फाइड धातूंवर सामान्यतः फ्लोटेशन आणि स्मेल्टिंगद्वारे प्रक्रिया करून मॅट आणि अंतिमतः शुद्ध निकेल किंवा रासायनिक उत्पादने तयार केली जातात. तर, लॅटेराइट धातूंवर अनेकदा आरकेईएफ (रिफाइन्ड आयर्न ऑक्साइड प्रोसेसिंग) द्वारे प्रक्रिया करून फेरोनिकेल/एनपीआय किंवा एचपीएएल द्वारे प्रक्रिया करून एमएचपी/एमएसपी तयार केले जाते, जे बॅटरीच्या वापरासाठी योग्य आहे. ऊर्जा संक्रमणासाठी निकेलची वाढती मागणी लक्षात घेता, प्रक्रिया तंत्रज्ञानातील नावीन्य आणि सुधारित शाश्वतता पद्धती हे निकेल उद्योगाला पर्यावरणावरील परिणाम कमी करून भरभराटीस आणण्यासाठी महत्त्वाचे घटक आहेत.
