بخشی از مقاله
مروری بر روش های بازیابی نیکل از ذخایر آن با تاکید بر ذخایر لاتریتی
چکیده
نیکل یکی از فلزات پر کاربرد می باشد که امروزه در صنایع گوناگونی مانند تهیه فولادهای آلیاژی و ضد زنگ استفاده های فراوانی دارد. کانیهای نیکل متنوع بوده اما چندین کانه اصلی وجود دارد که در اغلب کانسارهای مهم نیکل وجود دارند. در اغلب موارد به دلیل پایین بودن عیار، نیاز به مراحل پرعیارسازی و تغليظ اولیه وجود دارد که می تواند به صورت فیزیکی و یا شیمی فیزیکی صورت پذیرد. مقاله حاضر به انواع مختلف روش های بازیابی نیکل از ذخایر سولفیدی و اکسیدی آن اشاره می کند. در كانه های سولفیدی، نیکل پس از تغليظ اولیه، با فرآیند های پیرومتالورژیکی و یا هیدرومتالورژیکی مورد فرآوری قرار می گیرد. در کانه های اکسیدی از آنجاییکه نیکل در کانی مستقلی وجود ندارد و عمدتا در شبکه کانی های دیگر جایگزین شده است، امکان پر عیار سازی اولیه وجود ندارد و به طور مستقیم با روش های پیرومتالورژیکی، هیدرومتالورژیکی یا ترکیبی از هر دو فرآوری می شوند. همین امر باعث پیچیده شدن فرآیند و افزایش هزینه های آن می شود. استفاده از اسیدهای معدنی به ویژه اسید سولفوریک برای لیچینگ لاتریت ها تحت شرایط اتمسفری و فشار بالا مورد بررسی قرار گرفته که نتایج ارزشمندی را در بر داشته است. برای لاتریت های کم عیار، هیپ لیچینگ اقتصادی ترین و موثرترین روش فرآوری است. امکان استحصال نیکل از لاتريت ها به کمک لیچینگ باکتریایی با استفاده از قارچ هایی مانند Aspergillus یا Penicillium نیز وجود دارد اما نیازمند تحقیقات بیشتری در این زمینه میباشد.
واژه های کلیدی: لانریت نیکل دار، فرآوری نیکل، اسید سولفوریک، لیچینگ
مقدمه
نیکل یکی از فلزات پر کاربرد می باشد که امروزه در صنایع گوناگونی مانند تهیه فولادهای آلیاژی، فولاد های ضد زنگ، آلیاژهای غیر آهنی، ضرب سکه و تهیه باطری استفاده های فراوانی دارد. نیکل در طبیعت به صورت آزاد و خالص وجود ندارد. کانسنگ های اقتصادی و مهم نیکل به دو دسته سولفیدی و اکسیدی (سیلیکاته) تقسیم می شوند. کانه های سولفید نیکل اساسأ عبارتند از پیروتیت نیکل دار، پنتلاندیت و کالکوپیریت
مهمترین کانه اکسیدی گارنیریت می باشد که یک سیلیکات پیچیده آبدار نیکل و منیزیم است و مقدار Ni و Mg در آن بسیار متفاوت است و می تواند از ۱ تا ۱۰ درصد نیکل داشته باشد .
۲ - فرآوری کائه های سولفیدی
عیار پایین کانه های سولفیدی نیکل باعث می شود که نتوان آنها را به طور مستقیم برای فرآیند های ذوب یا هیدرومتالورژی فرستاد. عیار را با روش های فیزیکی مانند خردایش و جداسازی مغناطیسی یا روش شیمی فیزیکی فلوتاسیون می توان افزایش داد. در کانادا، شرکت INCO کنسانتره های مجزایی از نیکل، آهن و مس تولید می کند. پیروتیت با استفاده از خواص فرومغناطیسی و یا توسط فلوتاسیون از پنتلاندیت و کالکوپیریت قابل جدایش می باشد. کنسانتره نیکل - مس بسته به مقدار پیروتیت حذف شده دارای عیار بین ۵ تا ۱۵ درصد می باشند. شرکت Falconbridge در حوضه Sudbury کانسنگ های حاوی 1.5 % نیکل و ۱ /۱ ٪ مس را با خردایش و فلوتاسیون مورد فرآوری قرار داده و کنسانتره ی نیکل – مس با عیار 6.7% نیکل و 5.6 % مس و بازیابی 83% برای نیکل و ۹۳٪ برای مس تولید می کند.
۱ - ۲ - پیرومتالورژی کنسانتره های نیکل بیشتر از ۹۰٪ کنسانتره های سولفیدی جهان با کمک فرآیندهای پیرومتالورژی برای تهیه مات های حاوی نیکل مورد فرآوری قرار می گیرند. این فرآیندها شامل سه نوع عملیات واحد می باشد: تشويه، ذوب و تبدیل در مرحله تشويه، سولفور به صورت دی اکسید سولفور So2 خارج شده و بخشی از آهن خوراک اکسید می شود. در مرحله ذوب، محصول واحد تشویه با گداز آور سیلیسی ذوب شده و با آهن اکسیده ترکیب شده و تشکیل دو فاز غیر قابل اختلاط می دهد. یک بخش سرباره سیلیکاتی مایع می باشد که می توان آنرا حذف کرد و بخش دیگر سولفیدهای ذوب شده می باشد که حاوی فلز است. در عملیات تبدیل مقدار بیشتری سولفور به صورت So2 دفع می شود. آهن باقیمانده اکسید شده و برای حذف به شکل سرباره سیلیکاتی جریان می یابد. در نهایت مات سولفیدی نیکل – مس با عیار بالا باقی می ماند. در چندین عملیات جدید، مرحله تشويه حذف شده و کنسانتره سولفیدی نیکل مستقیما در واحد ذوب مورد عمل آوری قرار می گیرد.
۲ - ۲ - هیدرومتالورژی مات های نیکلی
چندین فرآیند هیدرومتالورژیکی به صورت تجاری برای فرآوری مات های نیکل - مس به منظور تولید محصولات جداگانه نیکل و مس وجود دارد. مات های با مقدار مس پایین (کمتر از ۱۰ درصد) به روش لیچینگ آمونیاکی تحت فشار، لیچینگ کلرید فریک یا تصفیه الکتریکی مستقیم قابل فرآوری هستند. مات های با مقدار مس بالا نیز با لیچینگ تحت فشار یا اتمسفری اسید سولفوریک و یا لیچینگ اسید کلریدریک قابل فرآوری هستند. عیار نیکل مات های فرآوری شده ۳۵ تا ۷۵. می باشد در صورتی که مقدار مس از ۰ تا ۵۲ ٪ و سولفور از ۶ تا ۲۴ ٪ متفاوت است (1) اشکال ۱ و ۲ فلوشیت های تعدادی از این روش ها را نشان می دهد.
۳- فرآوری لاتريت ها
فرآیند لاتریتی شدن یک فرآیند طولانی مدت می باشد و شامل هوازدگی مکانیکی و شیمیایی سنگ های اولترامافیکی بوده و پروفایل هایی با تغییرات زیادی در ضخامت، عیار، شیمی و کانی شناسی ایجاد می کند [۴] در این ذخایر نیکل در کانی مستقلی وجود ندارد و عمدتا در شبکه کانی های دیگر جایگزین شده است. در نتیجه امکان پر عیار سازی اولیه وجود ندارد و کانه به طور مستقیم تحت روش های پیرومتالورژیکی، هیدرومتالورژیکی یا ترکیبی از هر دو فرآوری می شوند. همین امر باعث پیچیده شدن فرآیند و افزایش هزینه های آن می شود. امروزه، توجه زیادی به فرآوری ذخایر عظیم تریت های غنی از نیکل به دلیل کاهش ذخایر جهانی سولفیدهای نیکل معطوف می باشد. ۷۲ ٪ منابع نیکل در خشکی ها از لاتريت ها می باشد در حالی که تنها ۴۲ درصد سهم تولید جهان را داراست. ابداع روش های جدید مانند لیچینگ اسیدی فشار بالا (HPAL) و لیچینگ اتمسفری (AL)، فرآوری چنین کانسنگ هایی را از نظر اقتصادی امکان پذیر ساخته است. در ده سال آینده بیشترین افزایش در ظرفیت تولید نیکل از فرآوری ذخایر لاتریتی خواهد بود(5)
۱ - ۳- لیچینگ اسیدی فشار بالا
در این فرآیند کانسنگ به صورت پالپ در آمده و در یک اتوکلاو با پوشش تیتانیوم در دمای ۲۵۰ تا ۲۵۵ درجه سانتی گراد از طریق تزریق بخار و اسید سولفوریک حرارت داده می شود و نیکل و کبالت به همراه آهن و آلومینیوم وارد محلول اسیدی می شوند. در چنین دمای بالایی، آهن و آلومینیوم هیدرولیز شده و به صورت هماتیت و محدوده ایی از فازهای آلونیت ژاروسیت مخلوط که بستگی به شرایط لیچینگ دارد، رسوب می کنند. این هیدرولیز باعث تولید اسید شده و مصرف کلی اسید فرآیند کاهش می دهد اما در حدود ۵۰ تا ۶۰ گرم در لیتر اسید آزاد وارد محلول لیچ می کند. در ادامه پالپ از اتوکلاو خارج شده، ذرات جامد توسط رسوب به روش جریان از رو برو جدا شده و محلول برای حذف آهن، آلومینیوم و کروم خنثی می شود و نیکل و کبالت حل شده مورد فرآوری بعدی قرار می گیرند. اتمسفر لیچینگ اسیدی در دمای پایین تر در ظروف باز انجام شده و نیازی به اتوکلاوهای گرانقیمت ندارد. دو مسئله سینتیک استخراج نیکل و سهولت روش های فرآوری بعدی دارای اهمیت می باشند. انتخاب این دو روش برای سال های زیادی مورد بحث بوده و نقاط ضعف و قوت آن ها در جدول ۱ آمده است (6)
