تبلیغات
وبسایت تخصصی متالورژی - اصول استخراج نیکل
شنبه 24 بهمن 1388  06:03 ب.ظ

سنگهای معدنی نیکل در بسیاری از نقاط دنیا یعنی در اغلب کشورهای اروپا ، آفریقا، آسیا و آمریکا یافت می شود ولی در نقاطی که این عنصر بطور وفور بوجود آمده و کلیه محصول نیکل دنیا زا این معادن بدست می آید عبارتست از:




                               ادامه مطلب.........................

مواد اولیه و سنگهای معدنی نیکل:

سنگهای معدنی نیکل در بسیاری از نقاط دنیا یعنی در اغلب کشورهای اروپا ، آفریقا، آسیا و آمریکا یافت می شود ولی در نقاطی که این عنصر بطور وفور بوجود آمده و کلیه محصول نیکل دنیا زا این معادن بدست می آید عبارتست از:

1-         کانادا در ناحیه ساده بوری.

2-         جزیره کالدونی

3-         شمال نوروژ و فنلاند در ناحیه پتسامو.

مواد معدنی نیکل در جزیره کالدونی از سیلسیکات آب دار نیکل و منیزیم تشکیل شده و سنگ معدنی آن موسوم به گرنیریت(Garnierite ) و بفرمول (NiMg)SiO.HO است که محتوی 5-7% نیکل ، 10% آب تبلور و 20% رطوبت معدن میباشد.

گارنیریت بشکل رگه های سبزرنگی درسنگهای آذری قلیائی موسوم به سرپانتین بوجود آمده و نوع خالص آن سبزرنگ است ولی البته هر قدر آهن آن زیاد باشد رنگ آن زرد و قهوه ای و سیاه می شود.

چون در گارنیریت عناصری از قبیل مس و گوگرد موجود نیست، از این لحاظ استخراج نیکل آن بطریقه مخصوصی انجام می گیرد.

در ناحیه سادبوری کانادا توده های آذری خروجی موسوم به نوریت پکماتیت، (Norite  Pegmatite ) که در عهد ماقبل کامبریان بوجود آمده است یافت می شود و باضافه (FeS ) و (CuFeS ) میباشد، در این مواد معدنی، نیکل بصورت ذرات ریز و منتشر و پراکنده در سنگهایی که محتوی پیروتیت است بوجود آمده و طوری است که نمی توان آنرا با چشم رویت کرد و تشخیص داد؛ و فقط بوسیله آزمایش شیمیائی می توان بوجود آن پی برد و یقین حاصل کرد.

بعضی از کانی شناسان براین عقیده اند که نیکل باید ترکیب (Ni  Fe)S موسوم به پنتلاندیت(Pentlandite ) وجود داشته باشد و ترکیب شیمیائی ماده مزبور از این قرار است: 36%N ، 4/30% آهن و 6/32% گوگرد.

علاوه برنیکل و آهن و مس، این مواد معدنی شامل مقدار کمی از فلزات گران بهای دسته پلاتینم بعلاوه طلا و نقره نیز می باشد که فلزات نامبرده را درمات نیکل جمع نموده بعداً آنها را ازمات نیکل جدا و تصفیه می کنند: فلزات دسته پلاتینم شامل پلاتینم، پلادیوم و ایریدیوم می گردد.

 

اصول استخراج نیکل

نظربه اینکه مواد اولیه معدنی نیکل از حیث ترکیب شیمیائی کاملاً متفاوت می باشد لذا برای هر نوع از آنها یک طریقه استخراج بخصوصی وضع گردیده است و اینک بشرح طرز استخراج نیکل از مواد معدنی جزیره کالدونی میپردازیم.

1-طریقه استخراج نیکل از گارنیریت:

طریقه ای که برای گداز و استخراج نیکل از سیلیکات آب دار و همچنین نیکل و منیزیم معمول گردیده عیناً برهمان مبانی و اصول استخراج و گداز مواد اولیه مس استورا گشته است و تنها اختلافی که در اینجا مشاهده می شود این است که چون در گارنیریت گوگرد موجود نیست لذا مواد گداز آوار اضافی را از یک نوع مواد معدنی انتخاب می کنند که درآنها گوگرد بمقادیر کافی موجود باشد.

مواد معدنی نیکل را با مقداری سولفورکلسیم(CaCO ) و پیریت آهن مخلوط کرده در کوره بلندی با کک حرارت می دهند که در نتیجه مات نیکل بدست آید.

شرح عملیات:

مواد معدنی را درماشینهای سنگ شکن به قطعات کوچک درآورده مدتی در هوا خشک می کنند، سپس با 33% وزن بارکوره، کک مخلوط کرده با مواد گداز آوری از قبیل ژیپس در کوره و اترژاکت احیاء می نمایند تا مات 30-40% نیکل بدست آید.

مات نیکل را در دستگاه تبدیل کننده 1- کنوتور قرار می دهند و ناخالصیهای آنرا بوسیله دمیدن هوا و اضافه نمودن مقداری مواد گداز آور اکسیده نموده بداخل سرباره میبرند تا محصولی که نتیجه می شود محتوی 80% نیکل و 20% گوگرد باشد سپس این مات مرحله دوم را در ماشینهای سنگ شکن به قطعات کوچک در میاورند و بعداً در آسیای گلوله ای بصورت گرد درآورده در دستگاه تشویه مکانیکی وژ(Wedge  ) تشویه می نمایند تا وقتیکه گوگرد از 20% به 1% برسد و بالاخره قسمت بیشتر سولفور نیکل تبدیل به اکسید گردد، آنگاه اکسید نیکل را بوسیله مقداری زغال انتراسیت و یا زغال چوب در کوره شعله ای کوچکی احیاء می نمایند و نیکل نسبه خالصی که محتوی 5/99% Ni میباشد حاصل می گردد.

 

2-طریقه استخراج نیکل در کانادا بوسیله شرکت: International  Nickel  Company

استخراج نیکل در کانادا که امروزه متجاوز از 90% نیکل محصول دنیا از معادن آن بدست می آید شامل مراحل زیرین می گردد:

الف) پرعیار نمودن مواد معدنی نیکل و مس بروش های مختلف دانه بندی مواد معدنی.

ب) تشویه نمودن مواد اولیه گوگرددار و بعداً گداختن آنها به منظور تحصیل مات نیکل و مس .

ج) جدا نمودن سولفورهای نیکل و مس از یکدیگر در مات بطریقه آورفورد (Orford ).

د) تصفیه نمودن نیکل بطریه الکترولیز.

 

شرح عملیات هر یک از مراحل نامبرده در بالا:

الف) پرعیار نمودن مواد معدنی و تشویه آنها:

عیارنیکل؛در مواد معدنی کانادا بین 2-4/0% است و برای اینکه بتوان آنرا در کوره شعله ای گداخت باید قبلاً با وسایلی عیار فازی را زیاد کرد. مواد اولیه که از معدن بیرون میآید به دستگاه خردکن فرستاده شده بعداً در آسیاهای مختلف بصورت گرد و ذره درمیآید و پس از شستن از روی میزهای ویلفی و غیره بداخل دستگاه فلوتاسیون رفته از آنها سه محصول بدست میآید که عبارتست از:

1-                    مواد پرعیار شده نیکل و مس

2-                    پس مانده هائیکه از مواد  خاکی و بی قیمت تشکیل شده است و بدور انداخته میشود.

 

ب) مواد پرعیار شده نیکل به همراه درصد کمی مس که از دستگاه فلوتاسیون بیرون می آید

چون این مواد محتوی 20% گوگرد است لذا نمی توان آنها را در این حالت گداخت و حتماً باید تشویه نمود تا اینکه محتوی گوگرد از 20% به 1% و یا حتی صفر کاهش یابد و کلیه مواد سولفوره تبدیل به اکسید گردد.

وسایل تشویه که بدین منظور بکار میروند عبارتست از دستگاه تشویه وژ : وژ، هرشهوف، هبرلاین.

عملیات گداز پس از آنکه مواد اولیه تشویه شد و گوگرد محتوی از بین رفت مواد تشویه شده را بصورت گرم بداخل کوره شعله ای که بلافاصله در کش تحتانی دستگاه تشویه ساخته شد انتقال داده در آنجا می گذارند.

بار کوره شامل مواد اولیه پرعیار شده و تشویه شده و مقداری شن و ماسه و سرباره کهنه می گردد. که از علمیات قبلی بدست آمده است. در اینجا مواد اولیه گداخته شده یک مات مختلط مس و نیکل که روی هم رفته حاوی 5/16% (Ni-Cu ) میباشد بدست میآید.

حال این مات را بدستگاه تبدیل کننده برای بالا بردن عیار فلزی نیکل و برطرف نمودن ناخالص های موجود در آن می فرستند.

در دستگاه تبدیل کننده در اثر دمیدن هوای متراکم بدرون مات نیکل و مس – آهن موجود زودتر اکسید شده و در نتیجه گوگرد با اکسیژن بصورت گاز (SO ) و یا آهن بصورت سولفور خارج می گردد. سپس آهن اکسید شده با مقداری سیلیس که از خارج بعنوان مواد گداز آور اضافه و یا ازپوشش درونی کوره گرفته می شود تشکیل سیلیکات داده بصورت سرباره درمیآید.

محصول دستگاه تبدیل کننده یک مات حاوی 50% نیکل، 26% مس، 23%گوگرد؛ و 5/0 آهن است

 

 

 

ج) جدا نمودن سولفور نیکل از سولفور مس بطریه اورفورد.

طریقع اورفورد براین اصل قرار گرفته است که هر گاه سولفور نیکل و سولفور مس با سولفور سدیم را در کوره ای بگدازند و بعداً مواد گداخته را در پاتیل انتقال دهند؛ پس از انجماد و سرد شدن درپاتیل دو لایه مشخص و جدا شدنی بوجود میآید که لایه تحتانی از سولفور نیکل و لایه فوقانی از سولفور مس و سدیم تشکیل گردیده است.

از این جهت محصول دستگاه تبدیل کننده را به قطعات کوچک درسی آورند و با مواد گداز آوری از قبیل سولفات سدیم و نیترات سدیم مخلوط کرده در کوره بلند و اترژاکت با کک احیاء می نمایند.

سپس مواد گداخته را در پاتیل می یزند تا متدرجاً سرد شود. سولفور مس که به مقدار زیادی قابلیت حل در سولفورسدیم(NaS ) را داراست، ترکیبی تشکیل می دهد که دارای وزن مخصوص سبک تری است و در پاتیل بالا آمده و طبقه فوقانی را تشکیل می دهد.

ولی از طرفی دیگر سولفورنیکل چون چندان قابل حل NaS نمی باشد، به همان حال اصلی باقی مانده درته پاتیل ته نشین می گردد. حال پس از سرد شدن می توان این دو لایه را بسهولت از یکدیگر جدا نمود و هر یک را جداگانه عمل کرد که در نتیجه هم نیکل و هم مس بدست آید.

 

جدا کردن مس:

مواد گداخته ای که در پاتیل ها منجمد می شود، از دو لایه تشکیل شده است که لایه فوقانی دارای 40% مس و 4% نیکل است.

پس از جدا نمودن آن را در ماشینهای سنگ شکن خرد کرده در یک کنوتور قلیائی دیگر ریخته و هوای متراکم را بدرون آن می دهند.

در اثر این عمل، سولفور سدیم (NaS ) اکسید شده و به سولفات سود (NaSO ) تبدیل می گردد، و این نمک در هیچیک از سولفورهای نیکل و مس قابل حل نمی باشد و چون سولفورهای فلزی مزبور سنگین است لذا در دستگاه تبدیل کننده ته تشنین شده و سولفات سود مانند سرباره روی می آید بصورتی که می توان آنرا از مواد فلزی جدا نمود.

سولفور مس را بعد از خارج نمودن از دستگاه تبدیل کننده، باز تشویه نموده در کوره دیگری تبدیل به مس سیاه یا مس جوش دار می کنند. در این مرحله، عملیات گداز عیناً مانند عملیات استخراج مس می باشد؛ جز اینکه پوشش درونی دستگاه تبدیل کننده در اینجا باید از خاک رس باشد که با ترکیبات نمکی سدیم موجود، تشکیل سرباره داده و از فلز مس جدا گردد.

 

جدا کردن نیکل:

محصولات گداز اولیه که در پاتیل منجمد می شود از دو لایه اصلی تشکیل شده که لایه زیری بیشتر دارای سولفور نیکل است یعنی 65% نیکل و فقط 9% مس دارد.

پس از شکستن خرد کردن مقداری کک و نمک طعام با آن مخلوط کرده مجدداً در کوره بلند واترژاکت می گدازند و محصولات کوره را در پاتیل می ریزند.

پس از انجماد، دو لایه مشخص بوجود می آید که لایه بالایی دارای قسمت اعظم مس می باشد که پس از جدا نمودن آنرا به دستگاه استخراج مس می برند.

لایه زیرین این دفعه دارای 72% نیکل و بصورت سولفور آن یعنی NiS خواهد بود.

بطور کلی محصولات طریقه اورفورد عبارتست از:

1-مس «جوشدار» یا «مس سیاه» که در قسمت کارخانه استخراج مس تبدیل به مس تصفیه شده می گردد.

2-سولفور نیکل است که به طریق زیرتصفیه و تبدیل به نیکل خالص می شود.

 

د) تصفیه نیکل:

تصفیه نیکل به طریق الکترولیز:

سولفور نیکل (NiS ) را که از گداز ثانوی طریقه اورفورد بدست می آید ابتدا با آب می شویند تا اینکه املاح سدیم حل و برطرف شود، سپس آنرا خشک کرده در دستگاه تشویه دوایت لوئید یاوژ تشویه می نمایند تا میزان گوگرد پایین آید و به 5/0 برسد و در نتیجه قسمت بیشتر سولفور نیکل تبدیل به اکسید می شودآنگاه اکسید ناخالص نیکل را بوسیله زغال در کوره شعله ای احیاء نموده نیکل فلزی را در قالب های آند می ریزند.

اندازه آند 90/0*68/0 متر و به وزن 200 کیلوگرم است. ترکیبات شیمیائی آن از این قرار است: نیکل 90-95%،مس 2-4%، آهن 75/0-6%، گوگرد 2/0-75/0 الکترولیز در حوضچه هایی به ابعاد 8 متر طول و 85/9 متر عرض و 30/1 ارتفاع که از تخته با آستر سربی و یا آسفالت ساخته شده انجام می گیرد.

محلول الکترولیت از سولفات نیکل که محتوی 40 گرم نیکل آزاد و 20 گرم اسید بوریک و 35 گرم سولفات ، سود درهر لیتر می باشد تشکیل یافته است.

در اثر جریان نیروی برق نیکل و مس و آهن حل شده بداخل محلول الکترولیت می رود و برا ی اینکه از ته نشین شدن فلزاتی مثل مس و آهن بر روی کاتد جلوگیری شود، معمولاً کاتد را که از نیکل خالص است در یک کیسه یا پارچه محکم و ریزبافی آویزان می کنند و محلول الکترولیت را با سرعتی از درون پارچه عبور می دهند تا اینکه یونهای مس و آهن فرصت رسوب کردن و نشستن روی کاتد را نداشته باشد.

محلول زلال الکترولیت را که خالی از مس و آهن است بوسیله پمپ به درون کیسه ای که در حوضچه های الکترولیز معلق است می یزند و دراینجا یونهای نیکل روی کاتد رسوب کرده برحجم و وزن آن می افزاید.

وقتی که وزن صفحات به 55 کیلوگرم رسید آنها را بیرون آورده مجدداً در کوره شعله ای گداخته برحسب تقاضا باشکال مختلف درمی آورند.

 


  • آخرین ویرایش:-