ИТС 12-2019 Производство никеля и кобальта

     1.3.1. Переработка латеритовых руд с получением богатых промпродуктов или товарных металлов

Латеритовые Ni-Co-руды перерабатывают пирометаллургическими методами (плавка на ферроникель, никелистый чугун или штейн), гидрометаллургическими методами (сернокислотное автоклавное выщелачивание, иногда в комбинации с атмосферным и кучным выщелачиванием) и комбинированными методами, сочетающими приёмы пиро- и гидрометаллургии (например, аммиачное выщелачивание по методу М. Карона). Выбор метода в значительной степени определяется химическим и минералогическим составом руды. Так, для переработки Mg-гидросиликатного подтипа руды почти в случаев применяется плавка. Напротив, для переработки железооксидного подтипа используются преимущественно гидрометаллургические способы, включая метод Карона (рисунок 1.3).

     
Рисунок 1.3 - Вертикальный разрез месторождения тропических Ni-Co латеритов [23]

Плавка латеритовой никелевой руды на ферроникель, никелистый чугун, штейн за рубежом

Совместное присутствие в латеритах никеля и железа создаёт предпосылки для получения железосодержащих никелевых продуктов - ферроникеля и никелистого чугуна, пригодных для производства нержавеющих сталей.

Сырьём для производства ферроникеля служит преимущественно сапролит (%: Ni - 1,5-3; Co - 0,04-0,08; Fe - 15; - 40; MgO - 25), позволяющий из-за пониженного по сравнению с лимонитом содержания железа при меньших производственных затратах получать ферроникель заданного состава.

Технологический процесс включает в себя сушку руды, обжиг, восстановление оксидов никеля и железа в электропечах с получением чернового ферроникеля и его рафинирование, обеспечивающее удаление серы и фосфора. Своеобразным стандартом отрасли стал процесс RKEF (rotating kiln - electric furnace), включающий в себя обжиг во вращающейся печи ("RF") и восстановительную плавку в электропечи ("EF"). В типичном случае готовый ферроникель содержит 20-40% Ni.

Производство никелистого чугуна (НЧ) началось в Китае в 2005 году как реакция на высокие цены на никель, и уже к 2014 году никелистый чугун покрывал более половины потребности в никеле китайских производителей нержавеющей стали.

В технологическом отношении китайцы прошли следующий путь. Производство никелистого чугуна (~2% Ni) началось в доменных печах, использовавшихся ранее для выплавки чугуна. Затем получила развитие плавка в электропечи: как и в случае с домнами, поначалу использовали уже имеющиеся печи, использовавшиеся ранее для выплавки других сплавов - FeSi, FeMn и др. В электропечах получают НЧ с 10-15% Ni, что делает его пригодным для производства нержавеющих сталей серии 300.

С 2011 года началось быстрое развитие производства НЧ по хорошо известной технологии производства ферроникеля RKEF. Такой никелистый чугун как по составу, так и по способу производства практически ничем не отличается от обычного ферроникеля.

Переработка латеритовой руды на штейн осуществляется на единственном заводе - Sorowako компании Vale. В местных рудах отношение . При / получается шлак со сравнительно низкой температурой плавления, что делает такие руды более пригодными для плавки на штейн, а не на ферроникель.

На заводе Sorowako производительностью порядка 80 тыс. т в год по никелю подсушенную во вращающейся печи руду подвергают сульфидирующему обжигу при 800°C с вбрызгиванием жидкой серы, плавке на никелевый штейн (~26% Ni) в электропечи и конвертированию в конвертерах Пирса-Смита с получением файнштейна с ~78% Ni. Файнштейн гранулируют в сильном потоке воды, гранулы (0,3 мм) отправляют Sumitomo (20% объёма файнштейна) и предприятия Vale в Азии для дальнейшей переработки (см. табл.1.7).

Компания Eramet до 2016 года сульфидировала примерно 1/5 часть полученного на заводе Doniambo (Новая Каледония) ферроникеля: жидкую серу вдували в расплавленный рафинированный ферроникель (25% Ni) в конвертере Пирса-Смита с получением файнштейна (75% Ni, 1% Co). Слитки файнштейна отправляли на завод компании Sandouville (Франция) для производства рафинированных никеля и кобальта (металлический никель высокой чистоты (>99,97%), хлорид и карбонат никеля, хлорид кобальта).

В рамках реорганизации производства никеля с целью сокращения издержек сульфидирование ферроникеля на заводе Doniambo прекращено, а завод Sandouville переходит на переработку файнштейна с завода Harjavalta компании Boliden.

Гидрометаллургическая переработка латеритовых руд

Высокотемпературное сернокислотное автоклавное выщелачивание (HPAL) является вторым по распространённости в мире процессом, предназначенным для производства никеля из окисленных никелевых руд, и обеспечивает возможность извлечения в товарную продукцию до 90% и более никеля и основную часть кобальта.

Процесс HPAL - это процесс, в котором никель и кобальт из латеритовой руды выщелачиваются серной кислотой при высоком давлении (~40 атм.) и температуре (230°C-240°C). Из раствора выщелачивания после очистки его от примесей либо осаждают смешанные сульфиды или гидроксиды никеля и кобальта, либо ведут процесс с использованием жидкостной экстракции и электроэкстракции до получения металлических никеля и кобальта. Последнее характерно для относительно новых предприятий.

Технология реализована и применяется на восьми действующих заводах (табл.1.18). Заводы Cawse и Avalon компании Wingstar Investments Pty ltd в Австралии, принадлежавшие до 2014 года различным компаниям (в том числе ПАО "ГМК "Норильский никель"), в настоящее время законсервированы.

На заводе Ravensthorpe (Австралия) компании First Quantum Minerals используется сочетание высокотемпературного автоклавного сернокислотного выщелачивания (лимонитов) с атмосферным выщелачиванием сапролита. Завод был остановлен в 2017 году по причине низких цен на никель, но по объявленным компанией весной 2019 года планам производство может возобновиться с 1 кв. 2020 года.

Таблица 1.18 - Действующие предприятия, использующие HPAL процесс

На заводе Murrin Murrin компании Minara Resources, в дополнение к цепочке высокотемпературного АКВ (автоклавного кислотного выщелачивания), отвалы рудоподготовки перерабатываются кучным выщелачиванием.

Гидрометаллургическая технология получения никеля и кобальта с использованием процесса Карона (восстановительный обжиг с последующим аммиачным выщелачиванием) позволяет перерабатывать лимонитовую руду или смесь лимонитов с сапролитами, при этом с увеличением относительной доли сапролита извлечение никеля и кобальта снижается. По сравнению с процессом автоклавного кислотного выщелачивания (HPAL) применение процесса Карона экономически оправдано для переработки руды с более высоким содержанием магния (примерно до 8%). Однако в этой технологии извлечение никеля и особенно кобальта существенно ниже, чем в HPAL, а извлечение никеля ниже, чем при плавке на ферроникель. Кроме того, головные пирометаллургические операции энергозатратны, а последующие гидрометаллургические операции требуют различные реагенты.