ПРОИЗВОДСТВО НИКЕЛЯ И КОБАЛЬТА (ИТС 12-2019)

Оглавление

Введение

Предисловие

VII

Область применения

Раздел 1. Мировое состояние никель-кобальтовой промышленности

1.1. Никель- и кобальтсодержащие руды. Запасы и ресурсы

1.2. Добыча никеля и кобальта

1.3. Производство никеля и кобальта

1.3.1. Переработка латеритовых руд с получением богатых

промпродуктов или товарных металлов

1.3.2. Переработка сульфидных руд с получением файнштейна

1.3.3. Получение рафинированного никеля

1.3.4. Переработка кобальтомышьяковых и медно-кобальтовых руд ..67

1.4. Ресурсная база никеля и кобальта России

Раздел

Основные технологические процессы и оборудование,

применяемые в настоящее время при производстве никеля и кобальта в

Российской Федерации. Текущие уровни эмиссий

2.1. Технологии производства никеля из сульфидных медно-никелевых

концентратов

2.1.1. Головные переделы

2.1.2. Рафинировочные переделы

2.2. Технологии производства никеля из окисленных руд

109

2.3. Технологии производства кобальта

113

Раздел 3. Определение наилучших доступных технологий

119

Раздел 4. Наилучшие доступные технологии

121

4.1. Системы экологического менеджмента (СЭМ)

121

4.2. Энергоменеджмент и энергия

121

4.3. Контроль технологических процессов и мониторинг эмиссий

122

4.4. Сокращение расхода реагентов и материалов

123

4.5. Неорганизованные эмиссии

124

4.6. Организованные эмиссии

128

4.7. Сбросы загрязняющих веществ в водные объекты

133

Раздел

5. Экономические аспекты применения наилучших доступных

технологий при производстве никеля и кобальта

138

Раздел 6. Перспективные технологии при производстве никеля и кобальта

140

6.1. Технология двухзонной печи Ванюкова

140

6.2. Усовершенствование технологии гидрометаллургического

обогащения бедного никель-пирротинового концентрата

144

6.3. Производство никеля электроэкстракцией рафинированием ПНТП

146

6.4. Производство никеля электроэкстракцией растворов выщелачивания

никелевого концентрата от разделения файнштейна

148

6.5. Технология производства карбонильного никеля с использованием

синтеза среднего давления

150

Заключительные положения и рекомендации

153

Приложение А (обязательное) Перечни маркерных веществ и технологических

показателей

156

Приложение Б (обязательное) Перечень НДТ

160

Приложение В (обязательное) Энергоэффективность

162

Приложение Г Заключения по наилучшим доступным технологиям

«Производство никеля и кобальта»

165

Библиография

186

III

Введение

Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям

(далее - справочник НДТ) «Производство никеля и кобальта» разработан на основании

анализа распространённых в Российской Федерации и перспективных технологий, обо-

рудования, сырья, других ресурсов с учётом климатических, экономических и социаль-

ных особенностей Российской Федерации.

Справочник НДТ разработан взамен справочника НДТ ИТС 12-2015 «Производ-

ство никеля и кобальта» в соответствии с распоряжением от 30 апреля 2019 г. № 866-р

«Об утверждении поэтапного графика актуализации информационно-технических спра-

вочников по наилучшим доступным технологиям».

В соответствии с положениями Федерального закона от

10 января

2002 г.

№ 7 ФЗ [1] объекты, оказывающие воздействие на окружающую среду, подразделяются

на четыре категории. Производство никеля и кобальта включено в I категорию и отне-

сено к областям применения наилучших доступных технологий. Профильные предприя-

тия рассматриваются как объекты, деятельность которых оказывает значительное нега-

тивное воздействие на окружающую среду и которые обязаны получать комплексные

экологические разрешения на осуществление своей деятельности. Общая цель ком-

плексного подхода к экологическому нормированию хозяйственной деятельности заклю-

чается в совершенствовании регулирования и контроля производственных процессов

с целью обеспечения высокого уровня защиты окружающей среды. Хозяйствующие

субъекты должны принимать все необходимые предупредительные меры, направлен-

ные на предотвращение загрязнения окружающей среды и рациональное использова-

ние ресурсов, в частности посредством внедрения НДТ, которые дают возможность

обеспечить выполнение экологических требований.

Термин «наилучшие доступные технологии» определён в статье 1 Федерального

закона № 7 ФЗ [1], согласно которому, НДТ - это технология производства продукции

(товаров), выполнения работ, оказания услуг, определяемая на основе современных до-

стижений науки и техники и наилучшего сочетания критериев достижения охраны окру-

жающей среды при условии наличия технической возможности её применения.

Краткое содержание справочника

Введение. Представлено краткое содержание справочника НДТ.

Предисловие. Указаны цель разработки справочника НДТ, его статус, законода-

тельный контекст, краткое описание процедуры создания в соответствии с установлен-

ным порядком, а также взаимосвязь с аналогичными международными документами.

Область применения. Описаны основные виды деятельности, на которые рас-

пространяется действие справочника НДТ.

В разделе 1 представлена информация о мировом состоянии и уровне развития

никель-кобальтовой промышленности - основных производителях и потребителях ни-

келя и кобальта, рудной базе, применяемых при производстве технологических процес-

сах, качестве товарной продукции.

В разделе 2 представлены сведения о технологических процессах, применяемых

при производстве никеля и кобальта из руд и концентратов, дана оценка потребления

энергоресурсов и уровней эмиссий в окружающую среду, характерных для производства

никеля и кобальта в Российской Федерации.

Раздел подготовлен на основе данных, представленных предприятиями Россий-

ской Федерации в рамках разработки справочника НДТ, а также различных литератур-

ных источников.

В разделе 3 описаны особенности подходов, применённых при разработке дан-

ного справочника НДТ и в целом соответствующих Правилам определения технологии

в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опуб-

ликования информационно-технических справочников по НДТ (утверждены постановле-

нием Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. № 1458) и Методиче-

ским рекомендациям по определению технологии в качестве наилучшей доступной тех-

нологии (утверждены приказом Министерства промышленности и торговли Российской

Федерации от 31 марта 2015 г. № 665).

В разделе 4 приведено краткое описание НДТ для производства никеля и ко-

бальта, включая:

- системы экологического и энергетического менеджмента, контроля и монито-

ринга технологических процессов;

- технические и технологические решения для повышения энергоэффективности,

ресурсосбережения, снижения эмиссий загрязняющих веществ, методы обращения с от-

ходами и побочными продуктами производства.

В разделе 5 приведены доступные сведения об экономических аспектах реализа-

ции НДТ на предприятиях Российской Федерации.

В разделе 6 приведены краткие сведения о новых технологических и технических

решениях (не применяемых в России на момент подготовки справочника), направленных

на повышение энергоэффективности, ресурсосбережения, снижение эмиссий загрязня-

ющих веществ, эффективное обращение с отходами, промежуточными и побочными

продуктами.

Заключительные положения и рекомендации. Приведены сведения о членах

технической рабочей группы, принимавших участие в разработке справочника НДТ,

рекомендации предприятиям по дальнейшим исследованиям экологических аспектов

их деятельности.

Приложения. Приведены перечень маркерных загрязняющих веществ, перечень

технологических показателей, перечень НДТ, сведения о ресурсной (в том числе энер-

гетической) эффективности, а также «Заключение по наилучшим доступным техноло-

гиям» для рассматриваемой отрасли промышленности.

«Заключения по наилучшим доступным технологиям» включает части ИТС НДТ,

содержащие:

- область применения;

- описание НДТ, уровни эмиссий, соответствующие НДТ (технологические пока-

затели), а также информацию, позволяющую оценить их применимость;

- методы производственного экологического контроля (прежде всего подходы

к организации измерений, в том числе касающиеся систем автоматического контроля).

«Заключение по наилучшим доступным технологиям» сформировано для исполь-

зования заинтересованными лицами, в том числе промышленными предприятиями при

формировании заявок на комплексные экологические разрешения, а также надзорными

органами при выдаче комплексных экологических разрешений и является кратким опи-

санием основных положений ИТС НДТ, включая описание наилучших доступных техно-

логий, информации, позволяющей оценить их применимость, уровни эмиссий и потреб-

ления ресурсов, методы производственного экологического контроля.

Библиография. Приведён перечень источников информации, использованных

при разработке справочника НДТ.

Предисловие

Цели, основные принципы и порядок разработки информационно-технического

справочника по наилучшим доступным технологиям установлены постановлением Пра-

вительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. № 1458. Перечень областей

применения наилучших доступных технологий определен распоряжением Правитель-

ства Российской Федерации от 24 декабря 2014 г. № 2674-р.

1. Статус документа

Настоящий справочник НДТ является документом по стандартизации.

2. Разработчик

Справочник НДТ разработан технической рабочей группой «Производство никеля

и кобальта» (ТРГ-12), созданной приказом Минпромторга от 02 июля 2019 г. № 2343

«О создании технической рабочей группы «Производство никеля и кобальта». Перечень

организаций и их представителей, принимавших участие в разработке справочника НДТ,

приведён в разделе «Заключительные положения и рекомендации».

Справочник НДТ представлен на утверждение Бюро наилучших доступных техно-

логий (далее - Бюро НДТ) (www.burondt.ru).

3. Краткая характеристика

Справочник НДТ содержит описание применяемых при производстве никеля и ко-

бальта технологических процессов, оборудования, технических способов, методов,

в том числе позволяющих снизить эмиссии в окружающую среду, сократить водопотреб-

ление, повысить энергоэффективность, обеспечить экономию ресурсов. Из числа опи-

санных технологических процессов, технических способов, методов выделены решения,

отнесённые к НДТ. В справочнике НДТ установлены технологические показатели, соот-

ветствующие выделенным НДТ.

4. Взаимосвязь с международными, региональными аналогами

Справочник НДТ разработан на основе справочника Европейского союза (ЕС)

по наилучшим доступным технологиям для предприятий цветной металлургии (Best

Available Techniques (BAT) Reference Document for the Non-Ferrous Metals Industries) с

учётом особенностей производства никеля и кобальта в Российской Федерации.

5. Сбор данных

Информация о технологических процессах, технических способах, методах, при-

меняемых при производстве никеля и кобальта в Российской Федерации, была собрана

в процессе разработки справочника НДТ в соответствии с Порядком сбора данных, не-

обходимых для разработки информационно-технического справочника по наилучшим

доступным технологиям и анализа приоритетных проблем отрасли, утверждённым при-

казом Минпромторга России от 18 апреля 2017 г. № 1234.

6. Взаимосвязь с другими справочниками НДТ

Взаимосвязь настоящего справочника НДТ с другими справочниками НДТ, разра-

батываемыми (актуализируемыми) в соответствии с распоряжением Правительства

от 30 апреля 2019 г. № 866-р, приведена в разделе «Область применения».

VII

ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК

ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

ПРОИЗВОДСТВО НИКЕЛЯ И КОБАЛЬТА

Production of nickel and cobalt

Дата введения - 2020-03-01

Область применения

Настоящий справочник НДТ «Производство никеля и кобальта» распространяется

на процессы производства первичных никеля и кобальта, т. е. получаемых из рудного

сырья.

Поскольку производство никеля, кобальта и меди из сульфидных медно-никеле-

вых руд включает ряд последовательных операций в едином взаимосвязанном произ-

водственно-технологическом процессе, справочник также распространяется на про-

цессы производства меди из такого сырья.

Справочник НДТ также распространяется на процессы, связанные с основными

видами деятельности по производству первичного никеля и кобальта, которые могут ока-

зать влияние на объёмы эмиссий и (или) масштабы загрязнения окружающей среды:



хранение, подготовка и транспортировка сырья;



хранение и подготовка топлива, материалов, реагентов и продукции;



производственные процессы (пирометаллургические, гидрометаллургиче-

ские).

Справочник НДТ не распространяется на:



добычу и обогащение никелевых и полиметаллических руд на месторожде-

ниях (область действия ИТС НДТ 23);



вопросы, которые касаются исключительно обеспечения промышленной

безопасности или охраны труда.

Вопросы обеспечения промышленной безопасности и охраны труда частично рас-

сматриваются только в тех случаях, когда оказывают влияние на виды деятельности,

включённые в область применения настоящего справочника НДТ.

Дополнительные виды деятельности при производстве никеля и кобальта,

а также соответствующие им справочники НДТ приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Дополнительные виды деятельности при производстве никеля и кобальта

и соответствующие им справочники НДТ

Вид деятельности

Соответствующий справочник НДТ

Методы очистки сточных

ИТС 8-2015 Очистка сточных вод при производстве продукции

вод, направленные на сокра-

(товаров), выполнении работ и оказании услуг на крупных пред-

щение сбросов металлов в

приятиях

водные объекты

Методы очистки выбросов

ИТС 22-2016 Очистка выбросов вредных (загрязняющих) ве-

загрязняющих веществ в ат-

ществ в атмосферный воздух при производстве продукции (то-

мосферный воздух

варов), а также при проведении работ и оказании услуг на

крупных предприятиях

Окончание таблицы 1

Хранение и обработка мате-

ИТС 46-2019 Сокращение выбросов загрязняющих веществ,

риалов

сбросов загрязняющих веществ при хранении и складировании

товаров (грузов)

Промышленные системы

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

охлаждения, градирни, пла-

стинчатые теплообменники

Обращение с отходами

ИТС 9-2015 Обезвреживание отходов термическим способом

(сжигание отходов)

ИТС 15-2016 Утилизация и обезвреживание отходов (кроме

обезвреживания термическим способом (сжигание отходов)

Выработка пара и электро-

ИТС 38-2017 Сжигание топлива на крупных установках в целях

энергии на тепловых стан-

производства энергии

циях

Вопросы производственно-

ИТС 22.1-2016 Общие принципы производственного экологи-

экологического контроля

ческого контроля и его метрологического обеспечения

В настоящем справочнике использованы термины и определения в соответ-

ствии с ГОСТ Р 56828.15-2016 «Наилучшие доступные технологии. Термины и опре-

деления» [4].

Сфера распространения настоящего справочника НДТ приведена в таблице 2.

Таблица 2 - Сфера распространения ИТС НДТ

Наименование продукции

Наименование вида деятель-

ОКПД 2

ОКВЭД 2

по ОК 034-2014 (ОКПД)

ности по ОКВЭД 2

Производство металлургиче-

ское

Производство основных дра-

24.4

гоценных металлов и прочих

цветных металлов, производ-

ство ядерного топлива

Производство прочих цвет-

24.45

ных металлов

Производство никеля

24.45.1

Никель необработанный; про-

межуточные продукты метал-

лургии никеля

24.45.11

Никель необработанный

Раздел 1. Мировое состояние никель-кобальтовой промышленности

Мировое производство первичного никеля во всех видах в 2018 году, по данным

аналитиков Wood Mackenzie, составило 2235 тыс. т (+6,3 % к уровню 2017 года), в том

числе 1153 тыс. т никеля (51,5 %) - в ферроникеле и никелистом чугуне [5].

Под первичным никелем, по определению International Nickel Study Group, подра-

зумевается продукция плавильных и рафинировочных заводов, пригодная для исполь-

зования потребителями, в том числе:

- никель класса I с содержанием никеля 99 % и выше (электролитный никель - в

виде полноразмерных или резаных катодов, гранулы, брикеты, порошки/хлопья, пел-

леты, рондели);

- никель класса II c содержанием никеля менее 99 % (ферроникель, оксид ни-

келя/синтер, ютилити-никель, никелистый чугун).

Отдельная группа включает химикаты на основе никеля.

На долю 10 крупнейших стран - производителей никеля пришлось почти 85 %

мирового выпуска. Практически недосягаемым лидером является Китай, на который

приходится почти 1/3 мирового производства (табл. 1.1).

Таблица 1.1 - Производство никеля во всех видах в 2018 году по странам [5]

Производство первичного

Доля от мирового

Страна

никеля, тыс. т никеля

производства, %

Китай

707

31,6

Индонезия

288

12,9

Япония

165

7,4

Россия

159

7,1

Канада

135

6,0

Австралия

114

5,1

Новая Каледония

107

4,8

Норвегия

4,1

Бразилия

2,9

Финляндия

2,7

Прочие страны

343

15,3

Мир в целом

2235

100

Мировое потребление первичного никеля во всех видах в 2018 году составило

2279 тыс. т (+3,3 % к уровню 2017 года), из которых на долю первой пятёрки - ведущих

потребителей никеля пришлось ¾ мирового потребления. Безоговорочным лидером яв-

ляется Китай - около половины мирового потребления никеля, на Россию приходится

менее 2 %, т. е. ~ 33 тыс. т (табл. 1.2).

Таблица 1.2 - Потребление первичного никеля во всех видах в 2018 году по странам [5]

Потребление первичного

Доля от мирового потреб-

Страна

никеля, тыс. т

ления, %

Китай

1147

50,3

Япония

163

7,2

Индонезия

156

6,8

США

138

6,0

Южная Корея

4,3

Россия

1,4

Прочие страны

544

23,9

Мир в целом

2279

100

Более 2/3 мирового потребления никеля приходится на сектор производства не-

ржавеющей стали (рисунок 1.1). В 2018 году в Китае было произведено 26,3 млн т не-

ржавеющей стали, что составляет 52 % от мирового выпуска (50,6 млн т).

Быстро растёт потребление никеля в секторе батарей для электромобилей. Если

в 2018 году в структуре потребления никеля на сектор батарей для электромобилей при-

ходилось ~3 %, то уже в 2020 году эта доля может возрасти до 5 %, а к 2025 году -

до 18 %. Двумя доминирующими типами катодных материалов стали NCA (Li-Ni/Co/Al)

и NMC (Li-Ni/Co/Mn). Рост цен на кобальт и отсутствие уверенности потребителей в

надёжности будущих поставок (почти 2/3 добычи кобальта - в ДР Конго) стимулировали

переключение с NMC 111 или NMC 622 на состав, содержащий меньше кобальта и

больше никеля - NMC 811.

По Никелевому контракту Лондонской биржи металлов (ЛБМ) может быть постав-

лен первичный никель (т. е. произведённый из рудного сырья) в виде катодов (полнораз-

мерных или резаных), дроби или брикетов, удовлетворяющий по химическому составу

одному из двух стандартов: ASTM Standard Specification for Nickel B39-79 (2013) или GB/T

6516-2010 - Ni9990 grade (табл. 1.3-1.5).

Таблица 1.4 - Марки никеля, зарегистрированные на ЛБМ

Вид

Производитель

Страна

Марка

продукции*

BHP Billiton Nickel West

Австралия

BHP BILLITON NICKEL

Pty Ltd

BRIQUETTES

Minara Resources Pty Ltd

MINARA HIGH GRADE NICKEL

BRIQUETTES

Votorantim Metais S.A.

Бразилия

TOCANTINS **

К, РК

The Cobalt Refinery

Канада

SHERRITT NICKEL

Company Inc

BRIQUETTES

Vale Canada Ltd

VALE NICKEL PELLETS

Yantai Cash Industrial

Китай

CASH

Co., Ltd

Jinchuan Group Co., Ltd

JINTUO GRADE 1

К, РК

Norilsk Nickel Harjavalta

Финляндия

NORILSK NICKEL

К, РК

HARJAVALTA CATHODES

NORILSK NICKEL

HARJAVALTA BRIQUETTES

Eramet S.A.

Франция

NICKEL HP**

К, РК

Sumitomo Metal Mining

Япония

SUMITOMO METAL MINING

РК

Co., Ltd

CO. LTD

SMM

Dynatec Madagascar

Мадагаскар

AMBATOVY NICKEL

S.A.

BRIQUETTES

Glencore Nikkelverk AS

Норвегия

NIKKELVERK NICKEL

К, РК

PJSC MMC Norilsk

Россия

NORILSK COMBINE H-1**

К, РК

Nickel

NORNICKEL

JSC «Kola GMK»

SEVERONICKEL COMBINE H-1

К, РК

SEVERONICKEL COMBINE

К, РК

H-1Y

Impala Platinum Ltd

Южная Африка

IMPALA NICKEL

Rustenburg Platinum

RPM NICKEL

К, РК

Mines Ltd

Vale Canada Lim-

Великобритания

VALE NICKEL PELLETS

ited/Vale Europe Limited

RioZim Limited

Зимбабве

BCL EMPRESS **

К, РК

* Б - брикеты; К - катоды; РК - резаные катоды; Д - дробь.

** Регистрация на ЛБМ не продлена.

Ист.: ЛБМ

Таблица 1.5 - Описание и химический состав некоторых марок никеля, зарегистрированных на ЛБМ (данные компаний)

Марки

VALE NICKEL

GUORUN

JINTUO

NICKEL HP**

NIKKELVERK

VALE NICKEL

Severonickel Combine

PELLETS

GRADE 1

NICKEL

PELLETS

Н-1Y

Завод

Copper Cliff,

Китай

Sandouville,

Nikkelverk,

Clydach,

Kola GMK, Россия

Канада

Франция

Норвегия

Британия

Химический состав

≥ 99,98

99,99

> 99,98

≥ 99,98

99,97

Со

≤ 0,00005

≤ 0,007

0,005

< 0,00009

< 0,0002

≤ 0,00005

0,011

≤ 0,001

≤ 0,005

0,002

0,0009

< 0,001

≤ 0,01

0,0046

≤ 0,007

≤ 0,005

0,005

0,0021

< 0,002

≤ 0,015

0,007

≤ 0,0005

≤ 0,001

0,001

< 0,0003

< 0,0002

≤ 0,0005

0,0006

≤ 0,0005

0,0015

< 0,00012

< 0,0001

≤ 0,0005

0,0071

≤ 0,00005

≤ 0,001

0,001

< 0,0001

< 0,0002

≤ 0,00005

0,00065

≤ 0,00005

≤ 0,0003

0,0003

0,00006

< 0,0002

≤ 0,00005

0,00036

≤ 0,00005

≤ 0,0008

0,0008

< 0,00005

≤ 0,00005

0,0003

≤ 0,0005

≤ 0,0012

0,001

≤ 0,0005

0,0008

≤ 0,00005

≤ 0,001

0,001

< 0,0002

≤ 0,00005

˂0,0003

≤ 0,00005

≤ 0,0003

0,0003

< 0,00001

≤ 0,00005

˂0,0001

≤ 0,00005

≤ 0,0003

0,0003

≤ 0,00005

˂0,0001

≤ 0,00005

≤ 0,0003

0,0003

≤ 0,00005

˂0,0001

≤ 0,00005

≤ 0,0003

0,0003

≤ 0,00005

˂0,00002

≤ 0,00005

≤ 0,001

0,001

≤ 0,00005

≤ 0,001

0,001

≤ 0,00005

˂ 0,0002

≤ 0,00005

≤ 0,001

0,001

≤ 0,00005

˂ 0,0002

< 0,007

≤ 0,01

Вид продукции *

РК, К

К, РК

Размеры

D <20 мм

90 × 95 см

К: 77 × 130 см

К: 72 × 128 см

D <20 мм

К: 800×900 (+/-50) мм

Толщина:

РК: 100 × 100

РК: 25 × 25

880×1050 (+/-50) мм

3 / 5 мм

50 × 50 мм

50 × 50

толщина: 2-6 мм

Толщина: 13-

100 × 100 мм

РК: 25,4×25,4 мм

15 мм

50,8×50,8 мм

101,6×101,6 мм

Толщина: 2-6 мм

* К - катоды; РК - резаные катоды; Д - дробь. ** Регистрация на ЛБМ не продлена.

Продолжение таблицы 1.5

Марки

Severonickel Combine Н-1

NORNICKEL

Norilsk Nickel Harjavalta

Завод

Kola GMK, Россия

Norilsk Nickel Harjavalta

Химический состав

99,96

> 99,7

> 99,80

Со

0,011

0,0222

0,0020

0,0051

0,0001

0,0041

0,007

0,0026

0,0202

0,0006

0,0009

0,011

0,0005

< 0,0001

0,00085

< 0,0001

0,00065

0,0001

< 0,0001

0,0003

< 0,0001

0,0008

< 0,0005

˂ 0,0003

< 0,0002

˂ 0,0001

< 0,0001

˂ 0,0001

< 0,0004

˂ 0,00002

< 0,0010

< 0,0001

˂ 0,0002

Вид продукции*

К, РК

Размеры

К: Технология электрорафинирования

К:

30×40×20 мм

(с необрезанной кромкой)

890×970 мм

890×980 (+/-50) мм

Толщина: 7-12 мм

935×1135 (+/-50) мм

РК:

935×1185 (+/-50) мм

12,7×12,7 мм,

(с обрезанной кромкой)

25,4×25,4 мм,

800×900 (+/-50) мм

50,8×50,8 мм

900×1120 (+/-50) мм

101,6×101,6 мм

900×1160 (+/-50) мм

Толщина: 8-12 мм

Толщина: 2--6 мм

Окончание таблицы 1.5

Размеры

Технология электроэкстракции:

1340×935 мм

Толщина: 3-12 мм

РК:

25,4×25,4 мм,

50,8×50,8 мм,

101,6×101,6 мм

Толщина: 2-6 мм

* К - катоды; РК - резаные катоды; Д - дробь.

В дополнение к таблице 1.5 в таблице 1.6 приведено описание никелевой продукции зарубежных производителей, не зареги-

стрированной на ЛБМ.

Таблица 1.6 - Описание и химический состав никелевой продукции, не зарегистрированной на ЛБМ (данные компаний)

Pellets:

Rounds:

Disks:

Завод/

Copper Cliff/ Vale

Clydach/ Vale

Long Harbour/ Vale

Copper Cliff, Vale

Clydach,Vale

Компания

Наимен.

Nickel P-Pellets

Nickel S-Pellets

Nickel Melt Rounds

Nickel Disks

Хим. состав

> 99,98

> 99,97

Min 99,8

Min 99,8¹

Со

˂ 0,00002

˂ 0,0006

˂ 0,004

˂ 0,007

˂ 0,011

˂ 0,005

˂ 0,0001

˂ 0,0002

~ 0,022 - 0,030

˂ 0,00004

˂ 0,0001

˂ 0,00002

˂ 0,000002

˂ 0,00001

˂ 0,000001

Вид про-

Электр. никель в виде

Карбонил. дробь

Карбонильный Ni в виде дисков

дукции

«пуговиц»

Диам. ≈ 25-29 мм, толщина ≈ 5-

Диам. ≈ 14-18 мм,

Диам. > 11 мм,

Размеры

Диам. ≈ 8-12 мм

Диам. ≈ 6-14 мм

6 мм, вес 26-32 г

толщина 3,5-5,5 мм

толщина > 5 мм

¹ - по химическому составу превосходят следующие стандарты: ASTM B39, BS 375, R 99.5, NR9980, ISO 6283

Продолжение таблицы 1.6

Chips:

Завод, Компания

Copper Cliff, Vale

Clydach, Vale

Jinhcuan/ Jinhcuan Group

Наимен.

Nickel Plating Chips

Electrolytic Nickel Chips

P-1

P-2

H-1

H-2

Хим. состав

> 99,98

> 99,96*

> 99,9*

> 99,94*

> 99,9*

Со

˂ 0,00002

0,02

0,08

0,02

0,08

˂ 0,0006

˂ 0,004

0,01

0,02

0,01

0,02

˂ 0,007

0,01

0,02

˂ 0,0001

0,001

0,02

˂ 0,00004

˂ 0,0002

0,01

0,02

0,01

0,02

˂ 0,00002

0,0015

0,002

0,0015

0,002

˂ 0,000002

˂ 0,000003

0,001

0,002

0,001

0,0008

0,001

0,0008

0,001

0,0003

0,0008

0,0003

0,0008

0,0003

0,0008

0,0003

0,0008

0,0003

0,0008

0,0003

0,0008

0,0003

0,0008

0,0003

0,0008

0,001

0,002

0,001

0,002

Вид продукции

Карбонильный Ni в виде «похожем на диски»

Электролитный Ni в виде «пуговиц»

Размеры

Диам. ≈17-25 мм, тол-

Диам. ≈18-22, толщина ≈4-5 мм

щина ≈4-5 мм

* - Ni+Co

Продолжение таблицы 1.6

Tonimet

Utility

Handy Nickel

Завод,

Kaohsiung, Onsan,

Niihama, Sumitomo

Matsusaka, Vale

Long Harbour, Vale

Компания

Dalian, Vale

Metal Mining

Наимен.

Tonimet briquettes

Tonimet compacts

Utility Nickel

Utility Rounds

Handy-E

Handy-S

Хим. состав

~ 93

~ 97

> 97

~ 97

≥ 99,8

≥ 99,9*

Со

~ 1,3

~ 1,4

~ 2,4

≤ 0,15

~ 0,6

~ 0,7

~ 0,015

≤ 0,02

~ 0,2

~ 0,005

≤ 0,01

≤ 0,010

~ 0,003

~ 0,1

~ 0,0005

≤ 0,001

0,01 - 0,03

~ 0,1

~ 0,4

~ 0,090

≤ 0,005

~ 0,1

~ 0,001

≤ 0,004

≤ 0,005

˂ 0,001

~ 0,005

~ 0,0001

≤ 0,001

≤ 0,0015

Ni, рафинир. по собств. спо-

Ni, рафинир. по собств. способу

Ni, рафинир. по

Ni, рафинир. по собств.

Электрол. Ni в виде

Вид прод-и

собу в виде гранул или бри-

в виде «прессовок» цилиндрич.

собств. способу в

способу в виде «пуго-

«пуговиц»

кетов

формы

виде дроби

виц»

Гранулы: 10-100 меш.

Диам. 25-29 мм, тол-

0,2-0,4 мм (60-90 %)

Диам. × высота

Размеры

3 - 80 мм (> 96 %)

щина 5-6 мм, вес 26-

Диаметр ~ 20 мм

0,4-0,9 мм (10-40 %)

25×15 мм

32 г

Брикеты: 20×30×15 мм

* - Ni+Co

Мировое производство рафинированного кобальта, по оценкам Cobalt Institute

(CI) - Института кобальта (ранее Cobalt Development Institute), составило

в 2018 году 124,3 тыс. т, что на 7,4 тыс. т выше показателя 2017 года [6] (таблица 1.7).

Таблица 1.7 - Производство рафинированного кобальта в 2017-2018 годах, т

Компания/страна

2017

2018

Китай (исключая производство Umicore в Китае)

69600

78360

Freeport Cobalt, Финляндия (ранее OMG)

12221

12874

Glencore: Nikkelverk, Норвегия (ранее Falconbridge)

3500

4200

Glencore: Katanga Mining, Демократическая Республика

Конго

Glencore: Minara, Австралия

3000

3200

Umicore, Бельгия (включая производство в Китае)

6987

6360

Chambishi Metals, Замбия (90 % ERG)

2520

1613

Sumitomo, Япония

4159

3669

NPMC, Канада (Sherritt)

3601

3234

Ambatovy, Мадагаскар (40 % Sherritt)

3053

2852

Queensland Nickel, Австралия

Норильский никель, Россия

2077

1800

Vale, Канада (ранее Inco)

2906

2918

CTT, Марокко

1428

1619

Votorantim, Бразилия

ЮАР

1062

1089

Gecamines, Демократическая Республика Конго

400

Eramet, Франция

277

Индия

100

Итого:

116937

124344

Существенный вклад в предложение вносит вторичный кобальт - порядка

10 тыс. т/г, в том числе в США около 2,8 тыс. т. Однако оценки объёмов его производства

носят весьма приблизительный характер, так как многие предприятия перерабатывают

как первичное, так и вторичное сырье, и разделить эти потоки

не представляется возможным.

По оценкам CI, кажущееся потребление кобальта (производство + импорт и минус

экспорт) составило в 2018 году около 125 тыс. т против 123 тыс. т в 2017 году [6].

Основная часть кобальта используется при производстве аккумуляторных бата-

рей (~ 76 тыс. т в 2018 году) и суперсплавов (~ 17,6 тыс. т в 2018 году), причём уровень

производства перезаряжаемых источников энергии и, соответственно, потребление ко-

бальта неуклонно растут (рисунок 1.2). Так, если в 1995 году спрос на кобальт в этом

секторе потребления оценивался на уровне 700 т, то в 2014 году он приблизился к

40 тыс. т, а в 2018 году - к 76 тыс. т (60 % мирового спроса). На все прочие области при-

шлось порядка 26 % мирового спроса [7].

Таблица 1.8 - Марки кобальта, зарегистрированные на ЛБМ (по данным ЛБМ)

Вид

Производитель/страна

Марка

продукции¹

Votorantim Metais S.A., Бразилия

TOCANTINS ALLOY GRADE

ЛК

99,8 %²

Vale Canada Limited, Канада

VALE ELECTROLYTIC CO-

ПГ

BALT ROUNDS

Yantai Cash Industrial Co., Ltd., Китай

CASH (см.17/241)

РК

Jinchuan Group Co., Ltd, Китай

GOLDEN CAMEL 9995

РК

Jiangsu Cobalt Nickel Metal Co., Ltd., Китай

KLK 9995

РК

Huayou Cobalt Co., Китай

Huayou³

РК

Freeport Cobalt Oy, Финляндия

FC Coarse Powder S1

d200/1000

Sumitomo Metal Mining Co., Ltd, Япония

SMM CO 99,8 %

РК

CTT - Compagnie de Tifnout

CMBA⁴

ЛК

Tiranimine, Марокко

Kasese Cobalt Company Limited, Уганда

KCCL²

ЛК

JSC «Kola GMK», Россия

NORILSK 1

РК

Chambishi Metals Plc, Замбия

CMA

ЛК

Chambishi Metals Plc, Замбия

CMP

ЛК

1. Виды продукции: ЛК - ломаные катоды; РК - резаные катоды; ПГ - «пуговицы»; СЛ - слитки; П -

порошок.

2. Регистрация на ЛБМ не продлена.

3. Произведён 16.07.2019 г. или после этой даты.

4. Произведён 26.04.2011 г. или после этой даты.

Таблица 1.9 - Описание и химический состав кобальтовой продукции, зарегистрированной на ЛБМ (Co - мин. содержание, примеси -

макс. содержание)

Марки

VALE ELECTRO-

TOCANTINS AL-

SMM CO

GOLDEN

KCCL²

KLK

CASH

CMBA

LYTIC COBALT

LOY GRADE

99.8 %

CAMEL

9995

пере-

ROUNDS

99,8 %¹

9995

смотр.

Регистрация

18.04.2012

17.11.09

23.11.09

30.11.09

18.01.10

29.01.10

04.05.10

26.04.11

22.08.18

Хим. состав

0,0002

0,0010

0,002

0,003

0,001

0,002

0,0002

0,0005

0,00002

0,0005

0,0003

0,0007

0,0003

0,0005

0,0003

0,0050

0,0060

0,01

0,005

0,012

0,007

0,005

0,0075

0,010

0,0010

0,005

0,0050

0,0001

0,0020

0,0005

0,0003

0,005

0,0005

0,0003

0,005

0,0010

99,8

99,80

99,8

99,95

99,8

99,95

99,80

0,0010

0,005

0,0020

0,0002

0,0030

0,01

0,003

0,02

0,006

0,004

0,005

0,0050

0,0008

0,0100

0,01

0,006

0,02

0,006

0,005

0,006

0,010

0,0010

0,002

0,005

0,002

0,001

0,002

0,0020

0,0008

0,0030

0,001

0,005

0,01

0,005

0,001

0,005

0,0050

0,0100

0,17

0,0800

0,15

0,002

0,08

0,008

0,005

0,01

0,030

0,0005

0,001

0,002

0,001

0,0008

0,0020

0,001

0,0004

0,01

0,0005

0,001

0,0005

0,0050

0,0100

0,0010

0,0050

0,001

0,008

0,002

0,001

0,007

0,010

0,0004

0,0003

0,0005

0,0003

0,0006

0,0001

0,0010

0,001

0,003

0,001

0,003

0,0003

0,0005

0,0003

0,0005

0,0016

0,0025

0,005

0,002

0,01

0,003

0,001

0,002

0,0050

Вид

ПГ

ЛК

РК

ЛК

РК

ЛК

продукции³

1.1. Никель- и кобальтсодержащие руды. Запасы и ресурсы

Содержание никеля в земной коре составляет около 0,01 % масс., он занимает

пятое место по распределению в земной коре, уступая лишь Fe, O, Si и Mg. Однако

число пригодных для экономически эффективного извлечения металла промышленных

месторождений ограничено.

Мировые запасы никеля в рудах оцениваются в 89 млн т. Выявленные наземные

ресурсы никеля в рудах (табл. 1.10), содержащих 1 % никеля или больше, составляют

по крайней мере 130 млн т никеля, в том числе 60 % в латеритовых и 40 % в сульфид-

ных месторождениях. Значительные ресурсы никеля сосредоточены также в глубоко-

водных конкрециях.

Около

8,5 % мировых запасов никеля сосредоточено в России

(7,6 млн т).

По этому показателю Россия занимает 4-е место в мире, уступая Индонезии (21 млн т),

Австралии (19 млн т) и Бразилии (11 млн т) [8].

Таблица 1.10 - Мировые запасы никеля на 2018 год, тыс. т

Страна

Запасы

Индонезия

21000

Австралия

19 000

Бразилия

11 000

Россия

7900

Новая Каледония

н/д

Куба

5500

Филиппины

4800

Южная Африка

3700

Китай

2800

Канада

2700

Гватемала

1800

Мадагаскар

1600

Колумбия

440

США

110

Другие страны

6500

Итого

89 000

Мировые запасы кобальта, по оценкам US Geological Survey, составляют

6,9 млн т, а выявленные наземные ресурсы - около 25 млн т. В дополнение к этому ре-

сурсы кобальта в железомарганцевых конкрециях и корках на океанском дне оценива-

ются почти в 120 млн т [9].

Основными геолого-промышленными типами месторождений никеля и кобальта

являются магматические сульфидные медно-никелевые, гипергенные силикатные ни-

келевые коры выветривания и гидротермальные арсенидные и сульфоарсенидные ни-

кель-кобальтовые и собственно кобальтовые месторождения (табл. 1.11, 1.12). Важ-

нейшие промышленные минералы никеля (и кобальта) приведены в табл. 1.13.

Таблица 1.11 - Мировые запасы кобальта на 2018 год, тыс. т [9]

Страна

Запасы

Демократическая Республика Конго

3400

Австралия

1200

Куба

500

Филиппины

280

Россия

250

Канада

250

Мадагаскар

140

Китай

Папуа-Новая Гвинея

США

ЮАР

Марокко

Прочие страны

640

Итого

6900

Таблица 1.12 - Содержание никеля и прочих компонентов в суммарных запасах суль-

фидных и окисленных руд, разрабатываемых никелевыми компаниями, по состоянию

дел на 2018 год [10-20]

Содержание, %

Содержание, г/т

Компания/рудник

Примечания

Сульфидные руды:

Vale (Садбери)

1,40

1,78

0,03

1,2

1,5

0,5

Vale (Манитоба)

1,76

0,10

на 2010 г.

Vale (Voisey’s Bay)

2,12

0,94

0,13

Glencore (INO: Raglan и

2,17

0,94

0,05

0,58

1,02

Садбери)

На 2016 г.

Lundin (Eagle)

2,8

2,4

0,1

0,7

0,5

0,3

Ag 3,4

BHP Billiton (Mt Keith)

0,65

BHP Billiton (Leinster)

1,6

Норильский никель (Талнах-

0,93

1,71

н/д

1,12

4,21

0,24

ский узел)

Норильский никель (Коль-

0,59

0,28

н/д

0,02

0,03

0,01

ский п-в)

Окисленные руды:

Fe-21;SiO2-

Vale (Sorowako)

1,74

32; MgO-15

Окончание таблицы 1.12

Содержание, %

Содержание, г/т

Компания/рудник

Примечания

Fe-13; SiO2-

Vale (Onca Puma)

1,53

0,044

39; MgO-24

Данные на

Vale (VNC (Goro))

1,42

0,11

2014 г

MgO-4,64

Glencore (MurrinMurrin)

1,05

0,081

Glencore (Koniambo)

2,22

South32 (Cerro Matoso)

1,2

Larco (Греция)

1-1,3

Sherritt (Moa Bay)

1,15

0,12

44 Fe

Sumitomo (Coral Bay)

1,26

Sumitomo (Taganito)

1,25

Antam (сапролит)

1,5-2,5

25 Fe max

Antam (лимонит)

1,2min

≥ 25 Fe

Sherritt (Ambatovy)

0,93

0,08

Таблица 1.13 - Важнейшие промышленные минералы никеля и кобальта [21]

Содержание, %

Название минерала и химическая формула

Сульфиды

Пентландит (Fe, Ni)9S8

22-42

1-3

Никелистый пирротин FeS

0,4-0,7

Миллерит NiS

61-64

0,1-0,5

Линнеит Co3S4

40-53

Кобальтпирит (Fe, Co)S2

0,05-3

Арсениды, сульфоарсениды и арсенаты

Скуттерудит CoAs3

0-9

11-20

Саффлорит (Со, Fe)As2

0-0,3

10-30

Шмальтин - хлоантит (Cо, Ni)As2

1-21

4-24

Кобальтин CoAsS

0,5-2

26-34

Эритрин Co3(AsO4)2 · 8H2O

0-6

20-30

Силикаты, гидросиликаты и гидроксиды

Гарниерит (Ni, Mg)4[Si4O10] (OH)4 · 4H2O

16-35

0-0,1

Ревдинскит (Ni, Mg)8[Si4O10] (ОН)8

16-35

0,0-0,1

Никелевый керолит (Mg, Ni)4[Si4O10] (ОН)4 · 4Н2О

10-15

Следы

Нонтронит m{Mg3[Si4O10](OH)2} p{(Al, Fe)2 [Si4O10] (ОН)2}

0,5-2,0

Следы

Никелевый серпофит (Mg, Ni, Fe)6[Si4O10] (ОН)8

4-5

Следы

Характерной особенностью сульфидных месторождений, сосредоточенных пре-

имущественно на территории России и Канады, является сравнительно выдержанный

минеральный состав руд. Главными минералами руд являются пирротин, пентландит,

халькопирит и магнетит. Руды содержат никель, медь, кобальт, платиноиды, а также

селен и теллур, золото, серебро и серу. Месторождения описываемого типа являются

ведущими в запасах и добыче никеля и кобальта в России.

В сульфидных рудах чаще всего основная часть никеля встречается в виде ми-

нерала пентландита (Ni, Fe)9S8. Лишь небольшие количества никеля бывают представ-

лены миллеритом NiS, виоларитом Ni2FeS4 и никельсодержащим пирротином (Fe, Ni)8S9.

В рудах некоторых месторождений Австралии, например, существенная часть никеля

представлена полидимитом Ni3S4. Пентландит всегда встречается вместе с другими

сульфидными минералами, чаще всего с пирротином Fe8S9 и халькопиритом CuFeS2.

Эти сульфидные минералы вмещает силикатная и алюмосиликатная порода.

В табл. 1.14 приведён примерный минералогический состав некоторых сульфидных

руд.

Таблица 1.14 - Минералогический состав некоторых канадских сульфидных никелевых

руд [22]

Рудники

Пентландит, %

Халькопирит, %

Пирротин, %

Пустая порода, %

Raglan

2,4

Садбери (1)

3,6

4,3

Садбери (2)

3-6

2-5

20-30

Остальное

Манитоба,

0,4

Томпсон

Большинство месторождений окисленных (латеритовых) руд, представляющих

интерес для добычи, сосредоточено в экваториальном поясе: в Новой Каледонии,

на Кубе, Мадагаскаре, Филиппинах, в Индонезии и др. Силикатные никелевые место-

рождения России играют подчинённую роль в запасах и добыче никеля и кобальта.

Минеральный состав окисленных никелевых руд очень сложный: металлы распреде-

лены по многим минеральным формам и представлены как силикатными, так и окси-

дными и гидроксидными соединениями.

Двумя основными подтипами латеритовых руд, представляющих коммерческий

интерес, являются лимониты и сапролиты. Лимониты обычно залегают ближе к по-

верхности, непосредственно под покрывающим пластом (зона феррикрета), ниже зале-

гают сапролиты. Лимониты и сапролиты существенно различаются по составу. В целом

в лимонитах содержание никеля (0,8 - 1,5 %), магния (0 - 5 % MgO) и кремнезёма

(0 - 10 % SiO2) ниже, а железа (40 - 50 %) и кобальта (0,10 - 0,20 %) выше, чем в

сапролитах. В случае если никель сосредоточен в основном в силикатной фазе са-

пролитовой зоны, латеритовое месторождение относят к «гарниеритовому типу», со-

держащему 1,8 - 3,5 % Ni,

0,02 - 0,08 % Co,

10 - 25 % Fe,

15 - 25 % MgO и 30 -

50 % SiO2.

Чисто лимонитовая руда представляет собой в основном окислы (гидроокислы)

железа, в то время как серпентинитовая руда представлена в основном сложными же-

лезо-магниевыми силикатами. В обеих разновидностях окисленных руд никель изо-

морфно замещает железо (и магний) в решётке, соответственно, окислов и силикатов

(за очень редким исключением в таких рудах присутствуют собственно никелевые си-

ликаты), поэтому окисленные руды не могут быть обогащены с применением обычных

физических методов обогащения (флотации, гравитации и т. п.), как это имеет место

при переработке сульфидных руд. Иногда производится рудоразборка с отбраковыва-

нием крупных кусков - фазы, которая в ряде случаев существенно обеднена никелем

(например, обогащение разделением по классам крупности было заложено в схему

Cawse). Однако этот приём позволяет лишь незначительно обогатить сырьё.

Почти половина мировых запасов кобальта сосредоточена в Демократической

Республике Конго в многочисленных медно-кобальтовых месторождениях Медного по-

яса, тянущегося из Замбии через провинцию Катанга в юго-восточной части Демократи-

ческой Республики Конго. Содержание кобальта в наиболее богатых зонах достигает 1

- 2 %. Первичная минерализация - сульфидная; основные медьсодержащие мине-

ралы - халькопирит, халькозин Cu2S; кобальт преимущественно - в карролите

(Cu (Co, Ni)2S4). Гипергенная (вторичная) минерализация ассоциирована с высокой сте-

пенью окисления минералов, залегающих вблизи поверхности (не глубже 100 м от по-

верхности). Медь и кобальт сосредоточены преимущественно в малахите Cu2CO3(OH)2

и гетерогените CoO(OH). Содержание кобальта обычно составляет 0,3 %, меди - ~3 %.

На сегодняшний день богатые кобальтом месторождения так называемой пер-

вичной кобальтовой руды, или собственно кобальтовой руды, практически исчерпаны.

Единственным рудником (подземным), где c 1928 года по сию пору ведут разработку,

является рудник Bou-Azzer (Марокко) компании CTT Managem. Содержание кобальта в

руде, включающей Co-Ni-Fe-арсениды и сульфоарсениды (главный промышленный

минерал скуттерудит (Co, Fe, Ni) As2), а также сульфиды меди и молибденит - высокое,

порядка 1 %.

Имеются проекты добычи и переработки мышьяковистой руды: проект Idaho

Cobalt Project (США), где основными кобальт- и медьсодержащими минералами явля-

ются соответственно кобальтин CoAsS и халькопирит CuFeS2; проект NICO (Канада)

компании Fortune Minerals, предусматривающий переработку Co-Bi-Cu-Au-руды, в кото-

рой основным кобальтсодержащим минералом является арсенопирит и др.

1.2. Добыча никеля и кобальта

Новых крупных сульфидных месторождений никеля и тем более богатых в послед-

ние годы не выявлено. Некоторые разрабатываемые десятилетиями месторождения

сульфидной руды имеют ограниченный оставшийся срок эксплуатации.

В ретроспективе объём добычи никеля из сульфидных руд заметно превышал

добычу из латеритовых руд, однако в последние годы доля сульфидного никеля в об-

щем объёме добычи снизилась (табл. 1.15).

Таблица 1.15 - Горная добыча никеля в 2017-2018 годы по странам, тыс. т Ni [8]

Страна

2017

2018

Индонезия

345

560

Филиппины

366

340

Новая Каледония

215

210

Россия

214

210

Австралия

179

170

Канада

214

160

Китай

103

110

Бразилия

78,6

Куба

52,8

Гватемала

53,7

Финляндия

34,6

ЮАР

48,4

Колумбия

45,5

Мадагаскар

41,7

США

22,1

Прочие страны

146

180

МИР

2160

2300

По данным US Geological Survey, мировая добыча кобальта в 2018 году составила

140 тыс. т, причём более 60 % приходится на Демократическую Республику Конго (Кин-

шаса) (табл. 1.16).

Таблица 1.16 - Горная добыча кобальта в 2017-2018 годах тыс. т [9]

Страна

2017

2018

ДР Конго

73,0

90,0

Россия

5,9

Куба

5,0

4,9

Австралия

5,0

4,7

Филиппины

4,6

Канада

3,9

3,8

Мадагаскар

3,5

Папуа-Новая Гвинея

3,3

3,2

Китай

3,1

Марокко

2,2

2,3

ЮАР

2,3

2,2

США

0,6

0,5

Прочие страны

7,65

7,0

МИР:

120

140

1.3. Производство никеля и кобальта

Технологические схемы переработки никелевых руд определяются их типом

и особенностями химического состава. Так, если переработка сульфидных руд не отли-

чается разнообразием (за исключением трёх гидрометаллургических производств -

Надеждинского металлургического завода в Норильске (Заполярный филиал ПАО «ГМК

«Норильский никель», Россия), завода в Long Harbour (Vale, Канада) и предприятия ком-

пании Terrafame в Финляндии, головными операциями технологической схемы являются

пирометаллургические процессы, обеспечивающие получение медно-никелевого файн-

штейна), то схемы получения никеля из латеритов весьма разнятся между собой, как по

типу и набору технологических операций, так и по виду конечной продукции. При этом

наибольшее распространение имеет плавка окисленной никелевой руды на феррони-

кель, в меньшей степени распространены процессы высокотемпературного автоклав-

ного выщелачивания и Карон-процесс (таблицы 1.17.1, 1.17.2). В настоящее время всё

шире применяется плавка окисленных никелевых руд на никелистый чугун (продукт,

близкий по составу к ферроникелю), весьма широко востребованный при производстве

нержавеющих сталей.

Таблица 1.17.1 - Никелевые предприятия, перерабатывающие сульфидную руду

№

Компания,

Подготовка

Плавка/

Рафинирование/

пп

плав. завод/страна

сырья

конвертирование

продукт

Пирометаллургическая переработка флотационных концентратов

Хлорное выщелачива-

Обжиг в КС

Плавка на штейн в элек-

Glencore

ние ф-на на заводе Nik-

флотац.

тропечи/конвертеры

Sudbury/Канада

kelverk, Норвегия

концентрата

Пирса-Смита

Катодные Ni, Co, Cu

Boliden

Файнштейн с 4 - 6 % Fe

Harjavalta/ Финлян-

Сушка кон-

Взвешенная плавка по

и Ni+Cu+Co ≈ 70 %

дия

центрата

способу DON

на продажу

Asa Resource Group

Выщелачивание ф-на

Bindura / Зимбабве

Плавка на штейн в элек-

Сушка кон-

по способу Outokumpu

(высокая степень го-

тропечи/конвертеры

центрата

Катодный Ni, гидроксид

товности возобнов-

Пирса-Смита

ления производства)

Взвешенная плавка на

Аммиачное выщелачи-

BHP Billiton

Сушка

штейн по способу Ou-

вание - восстановление

Kalgoorlie/Австралия

конц-та

totec/конвертеры Пирса-

водородом на заводе

Смита

Kwinana

ПАО «ГМК «Нориль-

Флотационное выделе-

ский никель»

ние никелевого концен-

трата, окислительный и

восстановительный об-

жиг, рафинирование

черновых никелевых

анодов, либо хлорное

растворение восстанов-

ленного огарка и элек-

троэкстракция

Окончание таблицы 1.17.1

№

Компания,

Подготовка

Плавка/

Рафинирование/

пп

плав. завод/страна

сырья

конвертирование

продукт

Медленное охлаждение файн-

штейна, выделение магн.

фракции с ~ 65 % Ni для ра-

Взвешенная

Vale

финир. завода Copper Cliff и

Сушка

плавка по способу

плав. Copper Cliff/

немагн. фракции - на флотац.

конц-та

Inco/конвертеры

Канада

раздение Cu2S-конц-та и

Пирса-Смита

Ni3S2-кон-та; медный конц. -

на плавку, никелевый - на об-

жиг до NiO и далее на Clydach

Рафинир.Copper

Карбонильные порошки ни-

Карбонил-процесс

Cliff/ Канада

келя

Clydach/Великобри-

Карбонильные порошки ни-

Карбонил-процесс

тания

келя

Взвешенная

Электрорафинирование с по-

плавка на штейн

Jinchuan Nickel

Сушка

лучением катодного Ni и кар-

по способу Ou-

Jinchuan/Китай

конц-та

бонилирование с получением

totec/конвертеры

порошков

Пирса-Смита

Гидрометаллургическая переработка сульфидной руды

Катодные Ni (>99,80 %,

Автоклавное выщелачивание

Vale

концентрата по схеме, запатен-

>99,9 %), Co (>99,9 %), Cu

Long Harbour/Канада

тованной Vale в 2000 г.

(99,999 %)

Ni/Co смешанный сульфид,

Terrafame

(сульфид цинка, сульфид

10.

Кучное биовыщелачивание

Tarlivaara/Финляндия

меди и жёлтый кек) - на про-

дажу

Автоклавное выщелачивание

ПАО «ГМК «Нориль-

пирротинового концентрата,

Ni/Cu/Co сульфидный концен-

11.

ский никель»

осаждение сульфидов, выделе-

трат и элементарная сера

НМЗ

ние серы

Таблица 1.17.2 - Никелевые предприятия, перерабатывающие окисленную руду

№

Компания,

Способ переработки

Продукт

пп

завод/страна

Пирометаллургическая переработка окисленной руды:

Традиционная технология RKEF (вра-

Sumitomo Metal Mining

щающаяся обжиговая печь - плавка в

FeNi

Hyuga/Япония

электропечи) - рафинирование черно-

вого FeNi

Nippon Yakin

Модифицир. процесс Krupp-Renn

FeNi

Oheyama/Япония

Продолжение таблицы 1.17.2

№

Компания,

Способ переработки

Продукт

пп

завод/страна

Pacific Metals

RKEF

FeNi

Hachinohe/Япония

POSCO

RKEF

FeNi

Gwangyang/Южная Корея

Americano Nickel

Falcondo/Доминиканская

RKEF

FeNi

респ.

Новая технология FBDC («обжиговая

Glencore

печь с кипящим слоем - плавка в элек-

Koniambo/Новая Каледо-

FeNi

тропечи на постоянном токе») - рафи-

ния

нирование черн. FeNi

Anglo American

RKEF

FeNi

Codemin/Бразилия

Anglo American

RKEF

FeNi

Barro Alto/Бразилия

South32

RKEF

FeNi

Cerro Matoso/Бразилия

Vale

10.

RKEF

FeNi

Onca Puma/Бразилия

Aneka Tambang

11.

RKEF

FeNi

Pomalaa/Индонезия

Eramet

12.

Doniambo/Новая Каледо-

RKEF

FeNi

ния

Larco

13.

RKEF

FeNi

Larymna/Греция

Cunico Resources

14.

RKEF

FeNi

Kavadarci/Сев. Македония

Cunico Resources

15.

RKEF

FeNi

Drenas/Косово

Solway Investment Group

16.

Побужский завод/Украина

RKEF

FeNi

(остановлен)

Solway Investment Group

17.

RKEF

FeNi

ProNiCo/Гватемала

ОАО «Уфалейникель»

18.

Уфалейникель/Россия

шахтная плавка

(остановлен)

Файнштейн c

~75 %Ni, 20 %S,

20 % файнштей-на

Vale

- для Sumitomo (на

19.

Плавка на штейн/конвертирование

Sorowako/Индонезия

Niihama), 80 % -

для переработки

на заводе Matsu-

zaka

Продолжение таблицы 1.17.2

№

Компания,

Способ переработки

Продукт

пп

завод/страна

Vale

Двухстадийный обжиг файнштейна

2 марки никеля

Matsuzaka/Япония

Sorowako до S≈0,003 %

Tonimet

Vale

Промпродукты Matsuzaka и Goro пере-

Utility Nickel

Dalian/Китай

рабатывается в готовый Ni класса II

Гидрометаллургическая переработка окисленной руды

Смешанный Ni-

Co сульфид

СП Moa (Sherritt/General

(~60 %Ni+Co) для

20.

Niquel)

Высокотемпературное АКВ

рафинирования

Moa/Куба

на заводе Фoрт-

Саскачесван

Порошки, бри-

Cobalt Refining Co (Sher-

Аммиачное выщелачивание - восста-

кеты (спечённые

ritt)

новление водородом

99,8 % Ni, неспе-

Fort Saskatchewan/Канада

чённые - 99,4 %)

Смешанный Ni-

Co сульфид для

Sumitomo (54 %)

21.

Высокотемпературное АКВ

рафинирования

Coral Bay/Филиппины

на заводе

Niihama

Смешанный Ni-

Co сульфид для

Sumotomo (75 %)

Высокотемпературное АКВ

рафинирования

Taganito/Филиппины

на заводе

Niihama

Рафинирование смеш. сульфидов и

Sumitomo

части файнштейна Sorowako по техно-

Электролит.Ni и

Niihama/Япония

логии: хлорное выщелачивание - элек-

тролиз

Смешанный Ni-

Ramu NiCo (85 % у MMC,

Co гидроксид

Китай)

(~46 %Ni+Co по

22.

Высокотемпературное АКВ

Basamuk/ Папуа-Новая

проекту) для от-

Гвинея

правки китайским

переработчикам

First Quantum Minerals

Ravensthorpe/Австралия

Смешанный гид-

Высокотемпературное АКВ лимонитов

(законсервирован с 2017

роксид (~40 %Ni,

23.

+атмосферное выщелачивание сапро-

г., план возобновления

1,4 %Co) на про-

лита

производства в 1 кв.

дажу

2020 г.)

Окончание таблицы 1.17.2

№

Компания,

Способ переработки

Продукт

пп

завод/страна

Ni в оксиде

Vale

(часть - в гидрок-

24.

Высокотемпературное АКВ

Goro/Новая Каледония

сиде), карбонат

СП Sumitomo/Kores/Sher-

Ni - 99,8 % поро-

Высокотемпературное АКВ -

25.

ritt

шок, брикеты,

восстановление водородом

Ambatovy/Мадагаскар

Co - 99,9 %

Высокотемпературное АКВ - восста-

Minara Resources

Ni (99,8 %), Co

новление водородом;

26.

(«дочка» Glencore)

порошки и бри-

отходы рудоподготовки перерабатыва-

Murrin Murrin/Австралия

кеты

ются кучным выщелачиванием

СП 50:50

Zorlu Holdings (Турция)/

Смешанный Ni-

27.

GSR Capital (Китай)

Высокотемпературное АКВ

Co гидроксид

Gὅrdes/Турция

Cubaniquel

Карон-процесс (восстановительный

Синтер,

28.

Punta Gorda/Куба

обжиг - аммиачное выщелачивание)

Ni-Co сульфид

Votorantim Metais

San Miguel Paulista (To-

Карон-процесс (восстановительный

cantins)/Бразилия

Катодные никель

29.

обжиг - аммиачное выщелачивание -

(остановлен до улучше-

и кобальт

восстановление водородом)

ния ситуации на рынке ни-

келя)

Ni в карбонате и

Карон-процесс (восстановительный

оксиде (78 %), Ni

Queensland Nickel

обжиг - аммиачное выщелачивание -

≥ 99,0 и Ni Hi

30.

Yabulu/Австралия

прокалка карбоната никеля с получе-

Grade ≥ 99,45;

(остановлен в 2017 г.)

нием NiO - восстановление NiO синга-

Co ChemGrade

зом)

64,5-67 %

Учитывая растущую потребность рынка в материалах для производства переза-

ряжаемых батарей, Sumitomo расширила производство сульфата никеля до >70 тыс. т/г.

Terrafame (Финляндия) приступает к производству сульфата никеля и кобальта с

2021 года. Компания BHP со 2 кв. 2020 года начинает производство сульфата никеля с

исходной мощностью ~100 тыс. т/г сульфата или 22 тыс. т/г Ni в сульфате. Предусмат-

ривается расширение мощностей далее до 200 тыс. т/г по сульфату. Объем производ-

ства никеля рафинировочного завода Kwinana - около 75 тыс. т/г. Выпускаемый на ра-

финировочном заводе Kwinana никелевый порошок по схеме «аммиачное выщелачива-

ние - восстановление водородом» будут растворять в серной кислоте, получаемой из

SO2, образующегося при плавке сульфидных концентратов на заводе Калгурли. На пол-

ной мощности завод будет потреблять 44 тыс. т/г никеля и станет крупнейшим в мире по

выпуску сульфата.

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 мето-

дами (сернокислотное автоклавное выщелачивание, иногда в комбинации с атмосфер-

ным и кучным выщелачиванием) и комбинированными методами, сочетающими при-

ёмы пиро- и гидрометаллургии (например, аммиачное выщелачивание по методу

М. Карона). Выбор метода в значительной степени определяется химическим и мине-

ралогическим составом руды. Так, для переработки Mg-гидросиликатного подтипа

руды почти в ¾ случаев применяется плавка. Напротив, для переработки железоок-

сидного 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 чу-

гуна, пригодных для производства нержавеющих сталей.

Сырьём для производства ферроникеля служит преимущественно сапролит

(%: Ni - 1,5 - 3; Co - 0,04-0,08; Fe - 15; SiO2-40; MgO - 25), позволяющий из-за пони-

женного по сравнению с лимонитом содержания железа при меньших производственных

затратах получать ферроникель заданного состава.

Технологический процесс включает в себя сушку руды, обжиг, восстановление ок-

сидов никеля и железа в электропечах с получением чернового ферроникеля и его ра-

финирование, 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 типич-

ном 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 поло-

вины 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 дом-

нами, поначалу использовали уже имеющиеся печи, использовавшиеся ранее для вы-

плавки 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 феррони-

келя.

Переработка латеритовой руды на штейн осуществляется на единственном за-

воде - Sorowako компании Vale. В местных рудах отношение SiO2/MgO ~ 2,1. При

SiO2/MgO 1,8 - 2,2 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 под-

сушенную во вращающейся печи руду подвергают сульфидирующему обжигу при 800 °С

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 расплав-

ленный рафинированный ферроникель (25 % Ni) в конвертере Пирса-Смита с получе-

нием файнштейна (75 % Ni, 1 % Co). Слитки файнштейна отправляли на завод компании

Sandouville (Франция) для производства рафинированных никеля и кобальта (металли-

ческий никель высокой чистоты (> 99,97 %), хлорид и карбонат никеля, хлорид кобальта).

В рамках реорганизации производства никеля с целью сокращения издержек суль-

фидирование ферроникеля на заводе Doniambo прекращено, а завод Sandouville пере-

ходит на переработку файнштейна с завода Harjavalta компании Boliden.

Гидрометаллургическая переработка латеритовых руд

Высокотемпературное сернокислотное автоклавное выщелачивание (HPAL) яв-

ляется вторым по распространённости в мире процессом, предназначенным для про-

изводства никеля из окисленных никелевых руд, и обеспечивает возможность извлече-

ния 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 °С). Из раствора выщелачивания после очистки его от примесей либо

осаждают смешанные сульфиды или гидроксиды никеля и кобальта, либо ведут про-

цесс с использованием жидкостной экстракции и электроэкстракции до получения ме-

таллических никеля и кобальта. Последнее характерно для относительно новых пред-

приятий.

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 «Нориль-

ский никель»), в настоящее время законсервированы.

На заводе Ravensthorpe (Австралия) компании First Quantum Minerals использу-

ется 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

HPAL,

Кис-

Извлечение

Пуск (оста-

Содерж-е

Проектная

Про-

Завод

Руда

млн.

лота,

при выщ-и, %

Товарная продукция

новка)

Ni, %

мощность

цесс

т/г

кг/т

37 тыс. т/г Ni,

Ni - Со сульфидный

Moa

1959

Лимонит

1,30

HPAL

3,4

260

3,7 тыс. т/г Со

конц-т 60 % Ni+Со

Смектит/

45 тыс. т/г Ni,

Ni порошок, Ni бри-

Murrin Murrin

1999

1,24

HPAL

4,0

400

смесь

3,0 тыс. т/г Со

кеты

9 тыс. т/г Ni,

Cawse

1998 (’08)

Лимонит

1,69

HPAL

0,5

375

2,0 тыс. т/г Со

10 тыс. т/г Ni,

Bulong

1999 (’03)

Смектит

1,70

HPAL

0,6

518

0,9 тыс. т/г Со

24 тыс. т/г Ni,

Ni - Co сульфидный

Coral Bay

2005

Лимонит

1,26

HPAL

2,4

1,9 тыс. т/г Со

конц-т 55 - 60 % Ni

2007 (’17)

Смешанные Ni - Co

Лимонит/

36 тыс. т/г Ni,

Ravensthorpe

законсер-

1,65

ЕPAL

2,0

332

гидроксиды ~40 %

сапролит

1,3 тыс. т/г Со

вир.

Ni, 1,4 % Со

Лимонит/

60 тыс. т/г Ni,

Синтер ~ 78 % Ni,

Goro

2010

1,50

HPAL

4,0

355

сапролит

4,5 тыс. т/г Со

СоСО3

60 тыс. т/г Ni,

Брикет. 99,8 % Ni,

Ambatovy

2012

Лимонит

1,13

HPAL

6,1

5,6 тыс. т/г Со

99,8 % Со

Лимонит/

33 тыс. т/г Ni,

Смешанные Ni - Co

Ramu

2012

1,15

HPAL

3,4

260

сапролит

3,3 тыс. т/г Со

гидроксиды

36 тыс. т/г Ni,

Ni - Co сульфидный

Taganito

2013

Лимонит

1,25

HPAL

3,4

2,6 тыс. т/г Со

конц-т 55 - 60 % Ni

10 тыс. т/г Ni,

Смешанные Ni - Co

Gordes

2014

Лимонит

HPAL

1,4

0,8 тыс. т/г Со

гидроксиды

На заводе Murrin Murrin компании Minara Resources, в дополнение к цепочке вы-

сокотемпературного АКВ (автоклавного кислотного выщелачивания), отвалы рудоподго-

товки перерабатываются кучным выщелачиванием.

Гидрометаллургическая технология получения никеля и кобальта с использова-

нием процесса Карона (восстановительный обжиг с последующим аммиачным выще-

лачиванием) позволяет перерабатывать лимонитовую руду или смесь лимонитов с са-

пролитами, при этом с увеличением относительной доли сапролита извлечение никеля

и кобальта снижается. По сравнению с процессом автоклавного кислотного выщелачи-

вания (HPAL) применение процесса Карона экономически оправдано для переработки

руды с более высоким содержанием магния (примерно до 8 %). Однако в этой техноло-

гии извлечение никеля и особенно кобальта существенно ниже, чем в HPAL, а извлече-

ние никеля ниже, чем при плавке на ферроникель. Кроме того, головные пирометаллур-

гические операции энергозатратны, а последующие гидрометаллургические операции

требуют различные реагенты.

В настоящее время процесс Карона применяется на одном действующем заводе -

Punta Gorda (Куба). Завод Nicaro, где этот процесс был применён впервые, закрыт

на постоянной основе. Завод Sao Miguel Paulista (Бразилия) в 2016 году был остановлен

из-за низких цен на никель на неопределённое время. Завод Yabulu (Австралия) компа-

нии Queensland Nickel, перерабатывавший импортную руду, пришлось закрыть в 2016

году. Компания обанкротилась.

Ниже в табл. 1.19 приведены некоторые показатели перечисленных выше заво-

дов.

Таблица 1.19 - Показатели извлечения никеля и кобальта и способы их извлечения из

аммиачно-карбонатных растворов на предприятиях, использующих Карон-процесс

Nicaro,

Punta Gorda,

Yabulu, Townsville,

Sao Miguel Paulista,

Куба

Австралия

Бразилия

Ввод в

эксплуа-

1941

1990

1974

1981

тацию

Извлечение, %

Товарная

Синтер, Ni-Co сульфидный

99,5 % Ni, 98,5 % Ni, QN

Катодный никель,

продук-

концентрат

ChemGrade Cobalt

Катодный кобальт

ция

Способ выделения металлов

Жидкостная экстракция, ре-

Осаждение основ-

экстракция, отгонка амми-

ных карбонатов Ni и

Отгонкой аммиака в виде ос-

ака с получением основ-

Co, растворение в

новного карбоната

ного карбоната Ni, про-

H2SO4, электроэкс-

калка, восстановление во-

тракция

дородом

H2S в виде сульфида из ни-

Экстракционное вы-

(NH4)2S в виде смешанных

келевого рафината, до-

деление из Ni-Co

Ni-Co сульфидов перед вы-

водка до Co металличе-

раствора, электро-

делением Ni

ского

экстракция

В 2010 - 2011 годах компания Direct Nickel презентовала технологию переработки

латеритов в азотнокислой среде с регенерацией азотной кислоты и запустила демон-

страционную пилотную установку. Одним из элементов установки был агрегат для тер-

мического разложения, в который подаётся моногидрат нитрата магния, а образуется

MgO в виде порошка и выделяются газы NOx, проходящие через серию абсорберов

и скрубберов, в которых извлекается 99 % окислов азота и получается 55 %-ная азотная

кислота. Работа демонстрационной установки показала возможность регенерации бо-

лее 95 % азотной кислоты и извлечения никеля и кобальта в гидратный продукт более

90 %. Однако, несмотря на высокие показатели эффективности, на сегодняшний день

информация о коммерческом использовании технологии отсутствует.

Следует упомянуть и о таком направлении, как хлоридное выщелачивание.

Исследования возможности переработки латеритовых руд в солянокислой среде идут

70-х гг. Среди компаний, активно ведущих разработки в области хлоридной техноло-

гии, следует упомянуть: BHP Billiton (разработавшую процесс хлоридного кучного вы-

щелачивания), Jaguar Nickel, Nichromet Solutions Inc, Intec Ltd, Anglo American (процесс

Anglo Research Nickel - ARNi) и др. Однако ни один из перечисленных процессов пока

не достиг стадии коммерческого внедрения.

1.3.2. Переработка сульфидных руд с получением файнштейна

Никельсодержащие сульфидные руды, в отличие от окисленных, поддаются

флотационному обогащению. Так, из руды, содержащей 1 - 3 % Ni, получают концен-

трат с 7 - 20+ % Ni. Технологическая схема включает в себя дробление, измельчение

и флотацию. В зависимости от состава руды, в частности, от соотношения меди и ни-

келя, используются различные схемы.

При небольшом содержании в руде халькопирита реализуется процесс коллек-

тивной флотации с получением Ni-Cu-концентрата, при значительном (массовое соот-

ношение Cu: Ni > 0,3) - производится разделение на никелевый (медно-никелевый)

и медный концентраты. На Талнахской обогатительной фабрике ЗФ ПАО «ГМК «Но-

рильский Никель», перерабатывающей сплошные сульфидные руды, осуществлялось

также выделение никелистого пирротина в отдельный, так называемый пирротиновый

концентрат.

Наиболее распространённой практикой переработки никелевых сульфидных

концентратов является штейновая плавка, которая может быть реализована либо в ав-

тогенных агрегатах (печь взвешенной плавки), либо в руднотермических электропечах.

Полученный штейн конвертируют с получением файнштейна, который затем рафини-

руют гидрометаллургическим (весь мир) или комбинированным способом(Россия¹) с

получением товарных металлов (рисунок 1.4).

1 По данным на 2016 год, на единственном никельрафинировочном предприятии Рос-

сии - комбинате Североникель АО «Кольская ГМК» - до сих пор используется устаревшая тех-

нологическая схема получения катодного никеля методом электрорафинирования металличе-

ских анодов, однако от этой технологии в настоящее время отказываются, постепенно переходя

на технологию хлорного выщелачивания никелевого порошка трубчатых печей с получением

никеля электроэкстракцией.

Главным преимуществом головной пирометаллургической операции является

возможность практически количественного концентрирования присутствующих в суль-

фидных медно-никелевых рудах драгоценных металлов (за исключением серебра).

Для руд, практически не содержащих драгоценных металлов (медно-никелевые

руды канадского месторождения Voisey's Bay), возможна гидрометаллургическая пере-

работка с тотальным вскрытием сульфидной составляющей и получением медно-ни-

кель-кобальтового раствора, пригодного для дальнейшей переработки с получением ка-

тодных рафинированных металлов и отвального кека, который после нейтрализации

можно захоранивать.

Следует также остановиться на переработке пирротиновых никельсодержащих

концентратов, прямая пирометаллургическая переработка которых ввиду низкого содер-

жания ценных компонентов экономически нецелесообразна². Процедура гидрометал-

лургического обогащения, реализованная на Надеждинском металлургическом заводе

ЗФ ПАО «ГМК «Норильский Никель», с выводом в отдельные продукты основной части

серы в элементарной форме, а железа - в гидратной делает получаемый сульфидный

концентрат весьма привлекательным для извлечения из него ценных компонентов (ни-

келя, кобальта, меди, драгоценных металлов) стандартными пирометаллургическими

способами.

Производство штейна

Головной операций пирометаллургической переработки никельсодержащих руд

и концентратов является плавка на штейн.

В исторической ретроспективе плавку предварительно обожжённых и окускован-

ных концентратов или кусковой руды вели в отражательных или шахтных печах. Эти

способы плавки характеризовались относительно низкой удельной производительно-

стью, высоким расходом кокса и повышенными потерями ценных компонентов с отваль-

ными шлаками из-за присущей минералам пустой породы медно-никелевых руд туго-

плавкости. Данные обстоятельства, а также стремительное развитие электроэнергетики

² Никельсодержащий пирротиновый концентрат месторождений района Sudbury (Канада)

также ранее перерабатывали компании Inco (теперь Vale) и Falconbridge (теперь Glencore). Обе

компании, стремясь увеличить пропускную способность плавильного передела, максимально

удаляли моноклинный пирротин из рудных концентратов с помощью барабанных магнитных се-

параторов. C 1950-х годов Inco перерабатывала этот моноклинный пирротин с получением же-

лезорудных (гематитовых) окатышей для предприятий черной металлургии (67 % Fe), чёрного

оксида NiO (77 %) и серной кислоты. Пульпу обжигали в КС, горячий огарок с 95 % Ni в NiFe2O4

и 5 % никеля - в сульфиде никеля перерабатывали модифицированным процессом Карона: вос-

становительным обжигом и выщелачиванием NH3-CO2. Извлечение железа - более 90 %, ни-

келя - около 75 %. В 1982 году в разгар экономического спада была закрыта цепочка восстанов-

ления/выщелачивания, а в 1991 году остановлен обжиг.

Falconbridge начала селективный сульфатирующий обжиг пирротина в 1950-е годы. Ога-

рок содержал растворимый в воде сульфат никеля и нерастворимый Fe2O3. Получали синтети-

ческие железосодержащие окатыши с 66 % Fe и кеки с 20 % Ni (9 %Fe, 36 %S), который после

нейтрализации известью отправляли на плавку. Завод был закрыт в 1972 году, когда были вве-

дены в действие экологические стандарты (газы с SO2 выбрасывались прямо в трубу, пыль улав-

ливалась плохо) [25].

привели к достаточно быстрому вытеснению этих процессов значительно более эффек-

тивной и менее «капризной» электроплавкой, которая, в свою очередь, также постепенно

заменяется автогенными процессами плавки.

До недавнего времени электроплавка предварительно обожжённого никелевого

(медно-никелевого) концентрата применялась на пяти заводах (в т. ч. двух, расположен-

ных на территории Российской Федерации)³, перерабатывающих никелевое (никель-

медное) сульфидное сырьё. В никель-платиновой подотрасли руднотермическая плавка

повсеместно используется и по сей день, при этом из-за низкого содержания серы мате-

риал не обжигают, а после сушки непосредственно подают в электропечь (табл. 1.19-

1.20).

Несмотря на то, что процесс электроплавки является довольно старым, он имеет

ряд неоспоримых преимуществ, а именно:



возможность переработки малосульфидного высокомагнезиального сырья

за счёт способности электропечи обеспечивать высокие температуры шлаковых распла-

вов;



возможность переработки конвертерных шлаков и прямого получения от-

вальных по цветным и драгоценным металлам шлаков, не требующих специального

обеднения.

Именно эти обстоятельства и обусловливают повсеместное применение рудно-

термических печей для плавки платиносодержащих концентратов. Даже при содержании

в шлаке оксида магния на уровне 13 - 23 % за счёт поддержания высокой температуры

шлаковой ванны удаётся обеспечить чрезвычайно низкие потери цветных и драгоцен-

ных металлов (потери ДМ пропорциональны потерям меди, т. к. никель может присут-

ствовать в шлаках не только в виде корольков, но и в растворенной форме) (табл. 1.20⁴).

К недостаткам процесса следует отнести высокий удельный расход электроэнер-

гии (который может быть несколько снижен при загрузке в печь горячего огарка, как это

реализовано на канадских заводах), практически полное отсутствие возможности управ-

ления степенью десульфуризации в процессе плавки и выходом штейна (данные пока-

затели регулируются степенью удаления серы на стадии предварительного обжига), а

также получение большого объёма бедных по сернистому ангидриду газов, утилизация

которых затруднена.

На двух канадских предприятиях, использующих схему «окислительный обжиг-

электроплавка», флотационный концентрат обжигают в печах кипящего слоя (КС)

(табл. 1.20, 1.21, 1.22), являющихся наиболее эффективными обжиговыми агрегатами

³ После закрытия Никелевого завода в Норильске в 2016 году в России и никелевого за-

вода Томпсон в Канаде в 2018 году в эксплуатации останутся только два никелевых плавильных

завода (Печенганикель компании «Норильский Никель» и завод в г. Садбери компании

Glencore), работающие по этой технологии. Заметим, что в январе 2016 года Glencore получила

отсрочку на 10 лет для своего плавильного завода по части выполнения новых стандартов Ка-

нады по выбросам в атмосферу.

⁴ Следует отметить, что в таблице приведено содержание цветных металлов в шлаке по-

сле флотации. Однако утверждение не теряет силы, поскольку при флотации шлаков содержа-

ние драгоценных и цветных металлов снижается почти пропорционально, всего примерно в два

раза.

для удаления основного количества серы в газовую фазу. Содержания SO2 в отходящих

газах на уровне 5 - 15 % (по объёму) вполне достаточно для использования в сернокис-

лотном производстве, а интенсивный массообмен в агрегате обеспечивает высокую

удельную производительность.

Таблица 1.20 - Обжиг концентратов на никелевых заводах, работающих по технологии

обжиг/электроплавка [21, 22]

Томпсон, Канада, Vale

Садбери, Канада, Glencore

(по 2018 г.)

Ввод в строй

1978 г.

1961 г.

Печи:

Тип и число

2 печи КС

обжиговых печей

диаметр слоя - 5,5 м, диаметр

диаметр слоя - 5,6 м,

Внутр. размеры

надслоевого пространства -

диаметр надслоевого

каждой печи, м

6,4 м, высота над фурмами -

пространства - 8 м

6,5 м

Номинальная мощность

каждой печи, т/час (сух.)

Число фурм

Н. д.

256

концентрат (70 %)

концентрат (90 %)

Сырьё

вода (30 %)

вода (10 %)

Степень десульфуриза-

ции, %

Направление SO2

на сернокислотный завод

в трубу

Температура, ˚С

слоя

760

600

огарка при выгрузке

760

580

отходящего газа

530

Отходящий газ

Скорость образования,

40000

48000 при 530˚С

нм³/час

SO2, об. %

11-13

до 25

Циклоны - охлаждение газа,

Система газоулавлива-

электрофильтры, очистка газа

Циклоны, дымоход,

ния

в скруббере, удаление воды и

дымовая труба

на сернокислотный завод

Таблица 1.21 - Часть 1: электроплавка на штейн никелевых концентратов (в скобках для комбината «Печенганикель» указаны ха-

рактеристики РТП-5) [22], [26]

Садбери, Канада,

Томпсон, Канада, Vale

Печенганикель Россия, Но-

Bindura Nickel Corp.,

Glencore

(по 2018 г.)

рильский Никель

Зимбабве

Подготовка концентрата

Обжиг

Сушка

Печи:

2 прямоугольные

Тип

1 прямоугольная

2 прямоугольные

1 прямоугольная

(1 прямоугольная)

Внешние размеры: Д × Ш ×

30 × 9 × 2,7

27,5 × 11,1 × 6,6

31,7 × 10,7 × 6,4

Н. д.

В, м

(внутр.)

(17,2 × 7,9 × 7,5)

Рабочие характеристики:

Средняя рабочая мощ-

Н. д.

ность, МВт

(18)

Энергопотребление,

440

470

600 - 720

853

кВт∙час/т сух. твёрдого

Производительность,

Н. д.

т/час/печь

(25 - 30)

Сырье:

Тип добавленного восста-

Кокс (~ 0,04 т/т огарка)

Н. д.

Угольный штыб

Н. д.

новителя

Флюс

Н. д.

Известняк

Ni - 10,5; Cu - 2,1;

Примерный состав

Ni - 12; Cu - 4,5; Co -

Ni - 14; Cu - 0,3; Co - 0,3;

Ni - 5-10; Cu - 2,5; Co - 0,2;

Co - 0,3;

сырья, %

0,5; Fe - 31; S - 28

Fe - 37; S - 29

Fe - 40; S - 20 - 25

Fe - 22; S - 17,

MgO - 17

Конвертерный шлак

Нет

Да (расплавленный)

Электроды:

Количество

6 (3)

Окончание таблицы 1.21 (часть 1)

Садбери, Канада,

Томпсон, Канада, Vale

Печенганикель Россия,

Bindura Nickel Corp.,

Glencore

(по 2018 г.)

Норильский Никель

Зимбабве

1,1

Диаметр, м

1,4

1,2

Н. д.

(1,2)

Расход массы, кг/т сух.

3,5

1,1

Н. д.

твёрд. сырья

Продукты плавки:

Штейн, т/час

~30

По ~30 с печи

Н. д.

t штейна, °С

1250-1275

1190

1250

1300

Ni - 26,5; Cu - 5,0;

Ni - 36; Cu - 11;

Ni - 30; Cu - 1; Co - 1; Fe -

NiCuCo - 18-26; Fe - 0 - 50;

Состав, %

Co - 1,2; Fe - 34,5;

Co - 1; Fe - 33; S - 17

37; S - 27

S - 23,3

S - 27,2

Конвертер Пирса-

Переработка штейна

Конвертер Пирса-Смита

Смита

Шлак, т/час

~ 50

~ 35 (с каждой печи)

Не определяется

Н. д.

tшлака, °С

1300-1320

1310

1350

1500

Способ переработки

Отвал

Грануляция и отвал

Ni - 0,4; Co - 0,2; Fe - 37;

Ni - 0,23; Cu - 0,11;

Fe - 35; SiO2 - 35;

Ni - 0,2; Cu - 0,12; Fe - 35;

Состав, %

Fe3O4-10; SiO2 - 35; MgO -

Co - 0,23; Fe - 24;

MgO - 4-6

SiO2 - 38-40; MgO - 12,5

2,7

SiO2 - 42; MgO - 22

SO2 в отходящем газе, об.

3,3

˂0,3

Н. д.

Таблица 1.22 - Часть 2: электроплавка МПГ - Ni - (Cu, Co) сульфидных концентратов

Columbus,

Waterval,

Mortimer,

Polokwane,

Rustenburg,

Selous,

Завод/страна

Lonplats,

Northam,

США

ЮАР

Зимбабве

компания

ЮАР

Sybanye-

Amplats

Implats

Zimplats

Stillwater

Подготовка конц-та

сушка

Печи:

4 прямо-

2 прямо-

1 прямо-

1 круглая

1 прямо-

1 круглая

1 прямо-

Тип

угольн.

(в работе - 2)

Внешние размеры:

26 × 8

Диаметр

25×7

29×10

26×8

26×9

9×5

Д × Ш, м

(внутр.)

11 м

12 м

Рабочие характеристики:

Средняя рабочая мощ-

35 и 38

12,5

ность, МВт

Энергопотребление,

700

820-850

750-850

721

850

1000

900

кВт∙час/т сух. твёрдого

Производительность,

92 (обе печи)

т/час/печь

Сырье:

Известняк

Флюс

Известняк

Нет

Н. д.

Известняк

(иногда)

Примерный состав сы-

рья, %

МПГ - 70 г/т

МПГ - 130 г/т

МПГ -

МПГ - 130

МПГ - 80

МПГ - 90 г/т

Ni - 3,6; Cu-

Ni - 2,2;

Ni - 2,1;

Ni - 1,7;

300 г/т

г/т

Ni - 5,3;

2,1;

Cu -1,1;

Cu - 1,2;

Cu -,1;

Ni - 2,5;

Ni 2,5;

Ni - 2,0;

Cu -3,2;

Co -0,08;

Co - 0,04;

Co -0,05;

Cu-1,5;

Cu - 1,3;

Cu - 1,5;

Co - 0,01;

Fe - 16;

Fe - 12; S -

Fe - 12;

Co -0,13;

Co - 0,05;

Co - 0,07;

Fe - 15;

S - 9;

S - 5;

Fe - 17;

Fe - 13;

S - 13;

MgO - 15

MgO - 20

MgO - 18

MgO -- 18

S - 6;

S - 5;

S - 6;

MgO - 12

MgO - 17

MgO - 18

MgO - 24

Продолжение таблицы 1.22 (часть 2)

Columbus,

Waterval,

Mortimer,

Polokwane,

Rustenburg,

Selous,

Завод/страна

Lonplats,

Northam,

США

ЮАР

Зимбабве

компания

ЮАР

Sybanye-

Amplats

Implats

Zimplats

Stillwater

Электроды:

3 элек-

6 электро-

3 элек-

Количество

Н. д.

3 электрода

трода

дов

трода

Диаметр, м

1,1

1,25

1,6

1,14

1,4

1,2

0,3

Расход массы, кг/т сух.

2,6

3,1

3,5

тверд. сырья

Продукты плавки:

Штейн, т/час

7-8

t°С выпуска штейна

1550

1300

1550

1400

1200

МПГ -

МПГ - 600 г/т

МПГ -

МПГ - 1000 г/т

МПГ - 700 г/т

МПГ -600 г/т

МПГ - 400 г/т

600 г/т

Ni - 14;

2000 г/т

N - 14;

Ni - 16;

Ni - 15;

Ni - 17;

Ni - 12;

Cu - 8;

Ni - 15;

Cu - 9;

Cu - 8;

Cu - 10;

Cu - 11;

Состав, %

Cu - 9;

Cu - 7;

Co - 0,3;

Cu - 9;

Co - 0,3;

Co - 0,4;

Co - 0,7;

Co - 0,02;

Co - 0,5;

Co - 0,3;

Fe - 40;

Co - 0,5;

Fe - 45;

Fe - 41;

Fe - 43;

Fe - 41;

Fe - 37;

S - 30,

Fe - 43;

S - 30

S - 27

S - 28

S - 27

S - 25

Cr - 2

S - 28

Конвертеры

Непрерывное конвертирование ACP на

Конвертеры

Конвертер

Переработка штейна

Пирса-

заводе Waterval

Пирса-Смита

TBRC

Смита

Шлак, т/час

t°C выпуска шлака

1550

1650

1600

1460

1650

1500

1600

1500

Грануляция,

Медленное

Грануляция,

Грануля-

измельче-

охлаждение

Способ переработки

В отвал

измельчение,

В отвал

ция и в от-

ние, флота-

и возврат на

флотация

вал

ция

О/Ф

Основной тенденцией современной металлургии в области переработки высокосер-

нистых концентратов является применение автогенных процессов. К наиболее распростра-

нённым относятся технология и печь взвешенной плавки, разработанные

и внедрённые в производство в конце 1940-х годов фирмой Outokumpu (ныне Outotec) для

плавки медных концентратов. Начиная с 1960-х годов этот процесс получил широкое рас-

пространение на предприятиях медной и никелевой подотраслей.

В настоящее время по технологии взвешенной плавки в мире работает 5 заводов,

перерабатывающих никельсодержащие сульфидные концентраты⁵. Завод Fortaleza

(Бразилия) был остановлен в 2013 году, завод Selebi-Phikwe в Ботсване остановлен

в 2016 году. Завод Copper Cliff компании Vale использует собственную технологию взве-

шенной плавки в горизонтальной печи (табл. 1.23).

В автогенных процессах большая часть потребности в тепле удовлетворяется за счёт

окисления железа и серы, содержащихся в концентрате, в результате чего расходы топлива

или электричества малы. Производительность печей взвешенной плавки по сырью

(в пересчёте на сухой вес) обычно составляет 100 - 150 т/час. В печах Outotec содержание

кислорода в реакционном газе меняется от 30 - 40 об. % до 85 об. %; печи Inco (завод Cop-

per Cliff) работают на кислородном дутье.

Одним из вариантов усовершенствованной технологии взвешенной плавки явля-

ется DON-процесс (так называемый «процесс прямой плавки никеля Outokumpu» -

‘Direct Outokumpu Nickel’ Smelting), разработанный Outotec и реализованный на плавиль-

ном заводе Harjavalta (Финляндия) и ныне бездействующем заводе Fortaleza (Бразилия).

В процессе DON в одном агрегате совмещаются процессы штейновой плавки и конвер-

тирования, таким образом, на выходе из печи получается три продукта: богатый

штейн/файнштейн; шлак, близкий по составу к конвертерному; поток богатых по серни-

стому ангидриду газов. Для обеднения шлаков используется электропечь, обеспечива-

ющая получение отвальных шлаков и малосернистого штейна, который затем вместе с

файнштейном может быть направлен на гидрометаллургическую переработку (ранее на

таком сырье работал рафинировочный завод Harjavalta) или после грануляции, сушки и

измельчения возвращен в ПВП. Новый процесс DON позволяет [27]:

- перейти на непрерывный режим производства;

- сократить операционные и эксплуатационные расходы за счёт ликвидации кон-

вертеров Пирса-Смита;

- сделать процесс взвешенной плавки целесообразным для переработки концен-

тратов с высоким содержанием MgO, низким содержанием меди и высоким содержанием

МПГ;

- сократить выбросы SO2;

- улучшить условия труда.

Другим вариантом усовершенствования печи и, соответственно, технологии

взвешенной плавки является интеграция электропечи для обеднения шлаков с печью

взвешенной плавки. Подобная концепция реализована на заводах Kalgoorlie (Австра-

лия) и Jinchuan (Китай).

5 На медных заводах эксплуатируются 44 печи.

Таблица 1.23 - Характеристики печей для взвешенной плавки никелевых концентратов по способу Outotec и Inco [22]

Selebi Phikwe

Завод, страна,

Copper Cliff Ка-

Kalgoorlie Австралия,

Jinchang Китай,

НМЗ Россия,

Harjavalta Фин-

Ботсвана, BCL

компания

нада, Vale

BHP Billiton

Jinchuan

Норникель

ляндия, Boliden

(бездействует)

Ввод в строй

1993

1972

1973

1992

1981

1959

ВП Outotec со

ВП Outotec со встро-

DON Outotec

Процесс

ВП Inco

ВП Outotec

встроенной элек-

ВП Outotec

енной электропечью

(с 1995 года)

тропечью

Ni в штейне,

140-170

133

100

тыс. т/год

(2 печи)

Размеры (внутренние), м:

2 печи *

Под, Ш × Д × В

8 × 37 × 3,5

8 × 22 × 4

7 × 32 × 3,5

10 × 31 × 6

7 × 19 × 2,6

8 × 30 × 9

Реакц. шахта:

Диаметр

4,6

Высота над крышей

7,6

отстойника

Число концентр. го-

4 горизонталь-

релок

ные

Аптейк:

Квадратный

Круглый

Диаметр

4 × 4

3,5 × 8

Высота над крышей

отстойника

Кампания, лет

2-3

Сырье:

Свежий сухой кон-

125

140

120

150

центрат, т/час

Ni - 10; Cu - 12;

Ni - 5; Cu - 4;

Ni - 9; Cu - 4;

Ni - 15; Cu - 0,8;

Ni - 15; Cu - 0,3;

Состав, %

Co - 0,3; Fe -

Co - 0,2; Fe -

Co - 0,2; Fe - 38;

Co - 0,5; Fe -

Co - 0,4; Fe -

Co - 0,4;Fe - 34;S - 32

39; S - 34

43; S - 31

S - 27

44; S - 33

30; S - 29

Продолжеение таблицы 1.23

Завод, страна,

Copper Cliff Ка-

Kalgoorlie Австралия,

Selebi Phikwe

Jinchang Китай,

НМЗ Россия,

Harjavalta Фин-

компания

нада, Vale

BHP Billiton

Ботсвана, BCL

Jinchuan

Норникель

ляндия, Boliden

Дутье:

t окружающей

Температура, °С

500

260

Н. д.

среды

О2, об. %

Скорость потока,

14000

85000

150000

33000

60000-70000

7000

нм³/час

Питание кислоро-

40-50

дом, т/час

Продукция:

Штейн, т/час

25-35

Ni - 23; Cu -

Ni - 47; Cu -

N - 17; Cu -

Ni - 29; Cu -

Ni - 33; Cu -

Ni - 65; Cu - 5;

Состав штейна, %

25; Co - 0,6;

1,5; Co - 0,8;Fe - 20;

15; Co - 0,4;

15; Co - 0,6;

14; Co - 0,5;

Co - 0,7; Fe - 5;

Fe - 24; S - 26

S - 27

Fe - 33; S - 25

Fe - 29; S - 23

Fe - 23; S - 27

S - 22

Шлак, т/час

120

110

160

Ni - 0,5; Cu -

Ni - 1,5; Cu -

Ni - 0,2; Cu -

Ni - 0,6; Cu -

Ni - 4; Cu -

Состав шлака, %

0,5; Co - 0,2;

1,3; Co - 0,1;

0,2; Co - 0,1;

0,3; Co - 0,2;

0,3; Co - 0,5;

Fe - 43; SiO2 - 36

Fe - 40; SiO2 - 28

Fe - 41; SiO2 - 36

Fe - 40; SiO2 - 34

Fe - 38; SiO2 - 29

Отходящий газ:

Скорость потока,

60000 (на

26000

100000

60 000

16000

нм³/час

пылеуловителе)

SO2, об. % на вы-

8 (на сернокис.

55 (сух.)

7,2

ходе из печи

заводе)

Направление SO2

Сернокис. завод

В атмосферу

Сернокис. завод

В атмосферу

Сернокис. завод

Температура

1210/1280/1350

1170/1300/1400

1160/1240/1400

1320/1380/1380

1150/1250/1150

1360/1400/1400

штейн/шлак/газ,°С

SO2, об. % на вы-

8 (на сернокис.

55 (сух.)

7,2

ходе из печи

заводе)

Окончание таблицы 1.23

Kalgoorlie

Harjavalta

Завод, страна,

Copper Cliff

Selebi Phikwe

Jinchang Китай,

НМЗ Россия,

Австралия, BHP

Финляндия, Bo-

компания

Канада, Vale

Ботсвана, BCL

Jinchuan

Норникель

Billiton

liden

Направление SO2

Сернокис. завод

В атмосферу

Сернокис. завод

В атмосферу

Сернокис. завод

Температура

1210/1280/1350

1170/1300/1400

1160/1240/1400

1320/1380/1380

1150/1250/1150

1360/1400/1400

штейн/шлак/газ,°С

Подача топлива:

Количество углево-

340 нм³ природ-

До 6000 нм³ газа

дородного топлива,

ного газа + 1,4 т.

1,3 м³

в час

1,5 м³ нефти

6 т. угля

1 т. сырой нефти

сгорающего в час

кокса (на по-

нефти + 0,8 т. угля

(18 горелок в от-

верхн. шлака)

стойнике)

Электроэнергия

6,25 МВт,

5 МВт,

Нет

Н. д.

6 электродов

* В январе 2013 года Vale приняла решение о переходе на плавку в одной печи.

Главным преимуществом технологии взвешенной плавки являются низкие энер-

гозатраты, возможность получения стабильного потока богатых по сере газов, содержа-

щих 20-25 % об. SO2. К недостаткам следует отнести необходимость строгого соблюде-

ния требований к подготовке сырья (гранулометрический состав, влажность), безуслов-

ное соблюдение состава концентратов, обеспечивающих автогенность процесса (содер-

жание серы не ниже 26 %) и невозможность прямого получения отвальных шлаков.

Производство файнштейна

Полученный при плавке сульфидного сырья штейн содержит большое количество

железа, которое может быть удалено из него в силикатный шлак в ходе окислительной

продувки - конвертирования.

Традиционно конвертирование в никелевой отрасли осуществляют

в конвертерах Пирса-Смита - агрегатах периодического действия, представляющих со-

бой горизонтальную цилиндрическую печь с расположенными на боковой поверхности

фурмами для подачи в расплав воздуха и кислорода. Заливка расплава

и удаление отходящих газов осуществляются через горловину, расположенную

в средней части корпуса. К недостаткам конвертеров Пирса-Смита относятся перио-

дичность процесса и, как следствие, нестабильный поток отходящих газов, затрудняю-

щий утилизацию из них серы, малый срок службы конвертера (футеровка разрушается

из-за колебаний температуры и при воздействии высоких температур

в околофурменной зоне), выбросы сернистого газа в атмосферу цеха, малое время ра-

боты под дутьём.

В настоящее время происходит постепенный переход с получения файнштейна в

конвертерах Пирса-Смита, работающих в периодическом режиме, на внедрение TBRC-

конвертеров, процесса Ausmelt или ACP - Anglo Platinum Converting System (система

конвертирования Anglo Platinum) (табл. 1.24). Anglo Platinum разработала процесс кон-

вертирования ACP совместно с Ausmelt; технология с погруженной фурмой от Ausmelt

была адаптирована к плавке Ni-Cu штейна.

Основные цели разработки нового способа конвертирования заключались

в сокращении выбросов SO2 в атмосферу и увеличении производительности конвертер-

ного передела. Также подобная задача может быть решена путём внедрения DON-про-

цесса, исключающим процесс конвертирования как таковой (см. выше).

Плавка во вращающемся наклонном конвертере с верхней продувкой в так назы-

ваемых «конвертерах Kaldo» с

1960-х годов применялась при выплавке стали,

но затем получила широкое распространение и в цветной металлургии, где такие кон-

вертеры чаще называют TBRC (Top Blown Rotary Converter - вращающийся конвертер

с верхней продувкой). Это компактный, энергосберегающий реактор с высокой произво-

дительностью. Продувка ведётся с помощью вводимой через горловину фурмы, не по-

груженной в расплав. Интенсивное перемешивание расплава в конвертере достигается

как за счёт барботирования его дутьём, так и за счёт вращения конвертера, что обуслов-

ливает весьма высокую производительность последнего (по черновому никелю -

275 т/сут). Достоинства конвертирования TBRC:

- хорошая теплопередача и высокая скорость протекания физико-химических ре-

акций за счёт вращения агрегата;

- точная система наклона конвертера упрощает его загрузку и способствует хо-

рошему разделению шлака и сульфидного или металлического расплава;

- отсутствие погружной фурмы увеличивает срок службы агрегата и упрощает

технологические процессы.

К недостаткам следует отнести сложность конструкции агрегата и его высокую

стоимость, а также периодический режим плавки.

Процесс Ausmelt - плавка в вертикальном агрегате с жидкой ванной с подачей

дутья через погруженную в расплав сверху фурму со сменными насадками - был изоб-

ретён в начале 1970-х годов. В печи Ausmelt может осуществляться как плавка на штейн,

так и конвертирование последнего; также возможно объединение процессов плавки и

конвертирования в одном агрегате. Технология может применяться как

в периодическом, так и в непрерывном режиме.

Расплав в печи Ausmelt перемешивается с очень большой интенсивностью, что

обусловливает высокую удельную производительность агрегата. Простая и полностью

герметичная система загрузки обеспечивает высокую степень улавливания SO2

и утилизацию более 99 % серы. Дутьё в данном агрегате может быть обогащено до 60 %

кислорода, что достаточно при использовании отходящих газов для производства сер-

ной кислоты, но может оказаться недостаточным для получения из них элементной

серы. Срок службы футеровки печи Ausmelt значительно выше, чем в конвертерах

Пирса-Смита.

Главными недостатками процесса является невозможность прямого получения

отвального шлака (при штейновой плавке) из-за высокой интенсивности перемешивания

расплава в печи и, соответственно, необходимость эксплуатации обогреваемого отстой-

ника или электропечи обеднения, а также возможность установки агрегата в цехах боль-

шой высоты из-за необходимости обслуживания вертикально расположенной фурмы.

Близкими по конструкции и эксплуатационным характеристикам являются печи

ACP (Anglo Platinum Converting System) южноафриканской компании Anglo Platinum.

Таблица 1.24 -Конвертирование Ni - (Cu, Co, МПГ) штейнов в конвертерах Пирса-Смита

Sudbury

Печенганикель

Kalgoorlie

Thompson

НМЗ Норни-

Jinchuan,

BCL,

Сop.Cliff Vale,

Glencore,

Норникель, Рос-

BHPB,

Vale, Канада

кель, Россия

Китай

Ботсвана

Канада

сия

Австралия

Тип штейна

ЭП

ВП Outotec

ВП Inco

Производитель-

65 (2004 г.)

140

100

27,5

134

ность, тыс. т Ni/год

115 (2015)

2 +

Число конвертеров

(1-резерв.)

Вн. размеры, ×дл,

1: 4×15

3: 3,96×13,7

4×10,7

4×12

4×9

3,6×7,3

3,6×8,2

3,96×9,14

2: 4×9

2: 3,96×10,7

Число и диам.

1: 6; 32, 2:

3: н. д., 51

30-42, 51

52, 50

48; 50

28, 63,5

34, 48

44, 38

фурм, мм

42; 50

2: н. д., 42

1: 6450

Расход дутья, нм³/ч

36000

19000

18000-22000

32000

~35000

2: 30000

33-43 % и

O2 в дутье, об. %

до 27

24-27

21 %

Добавки оборотов

25-30

перв. штейна, вес%

Флюс (SiO2), %

98,7

95,4

82,8

Файнштейн:

Ni 40-52,

Ni, Cu, Co, %

75,5

72,6

Cu 18-30,

80,82

77,3

Co 1-1,2

Ni/Cu (Ni/Co)

3,1 (30)

26 (109)

1,6 (55)

1,9 (180)

37 (74)

1,93 (56)

1,12 (95)

0,82 (79)

Fe, %

2-2,5

0,6

3,4

4,2

1,49

0,52

S, %

18,7

24,3

22-23

22,4

16,7

21-22

Шлак:

SiO2 %/Fe%/Fe3O4

21/48

26/50

20/45

20/52/25

21/55/32

24-28/48/14-18

26/44/17,6

26/51/23

Продолжение таблицы 1.24

Sudbury

Печенганикель

Kalgoorlie

Thompson

НМЗ Норни-

Jinchuan,

BCL,

Сop.Cliff Vale,

Glencore,

Норникель, Рос-

BHPB,

Vale, Канада

кель, Россия

Китай

Ботсвана

Канада

сия

Австралия

Переработка

на

возврат

на

возврат

возврат в ЭП

на обеднение

шлака

обеднение

на ПВП

обеднение

на ВП

Коэф. разубож. га-

1:1 на H2SO4

зов через подсосы в

3-4

завод,2:1 в

2,5-3

2,5

~3-4

напыльник

дым. трубу

41000 на

Разубож. объем от-

H2SO4завод,

80000 на

ход. конв. газов,

75000

180000

140000

50000-60000

140000

≈ 60000 - в

1 конверт.

нм³/ч

дым. трубу

≈4 % на

H2SO4 завод

SO2 (сух.), об. %

3,6

2,5

2,5-3,5

5,2

3-5

2,7 %- в

трубу

форсуночный

Котёл-утили-

Котел-утили-

Охлажд. и система

холодильник

Котёл-утилиза-

затор,

Н. д.

затор, и

очистки газов

(воздух и

тор, и э/фильтр

э/фильтр

вода)

на H2SO4 за-

в атмо-

Утилизация газов

в атмосферу

H2SO4 завод

в атмосферу

вод или в ат-

на H2SO4 завод

в атмосферу

сферу

мосферу

возврат в кон-

возврат на

возврат сух.

Утилизация пыли

возврат на ВП

вертеры

ВП

пыли на ВП

* - по состоянию на конец 2015 года в рамках реализации проекта по сокращению выбросов в атмосферу диоксида серы, пыли и т. д., компания

Vale на заводе Copper Cliff уже установила два новых конвертера TBRC из планируемых трёх конвертеров взамен 5 конвертеров Пирс-Смита.

Диоксид серы, образовывающийся при конвертировании, ранее поступал в дымовую трубу, а теперь будет улавливаться новой системой

мокрой газоочистки, а затем поступать на сернокислотный завод.

Окончание таблицы 1.24

Selous

Waterval Anglo-

Springs , Impala,

Maricana Lonmin,

Northam,

Columbus

Zimplats,

Plat, ЮАР

ЮАР

Stillwater, США

Зимбабве

Производительность,

22, вкл. Union и

12,7

3,7

1,5

1,6

0,1

тыс. т Ni/год

Polokwane

Тип и число конверте-

2 ACP

6ПС

3 ПС

2 ПС

2 TBRC

ров

Внешние размеры,

4,5(внутр.

2: 3,6×7,3

3×4,6

3×6,1

3×4,6

8×1,5

диам.×дл, м

диам)×4 высота

4: 3×4,5

Число и диам. фурм,

26 (малые) 32

20; 65 мм

18; 50 мм

мм

(большие); 51 мм

Средняя скорость

25000 макс.

11000-22000

11000

8500

2600

дутья, нм³/ч

воздух без обога-

92-94

O2 в дутье, об. %

до 40 %

воздух

щения

(тех. кислород)

Файнштейн:

NiCuCo, %

73,5

78,0

77,6

78,5

79,1

Ni/Cu

1,81

1,6

1,7

1,9

1,4

≈1,3

Ni/Co

160

102

114

Fe, %

2,9

0,6

1,4

1,0

0,6

≈2

S, %

21,7

20,3

17,5

SiO2 %/Fe%/Fe3O4 в

5-7 SiO2, 20-25 % CaO,

24-28/42-48

27/64,5 (FeO)

29/62 (FeO)

27/49,8

27,5/51,3

конв. шлаке

45-50 Fe

SO2 (сух.), об% в отходя-

3-8

12-16

0,4

щем разубож. газе

(без разубожив.)

Размещение отходя-

э/фильтр, двойная

в дым.

Тканевый фильтр, скруб-

на H2SO4завод

щих газов

щелочная очистка

трубу

бер SO2, дым. труба

Размещение конверт.

гранулир. и обедн.

гранулир., измель-

гранулир.,

возврат на

возврат

гранулир., возврат на ЭП

шлаков

электропечь

чение/флотация

флотация

ЭП

на ЭП

1.3.3. Получение рафинированного никеля

Как было показано выше, при переработке сульфидных и окисленных никелевых

руд никель и кобальт обычно концентрируются в богатых промежуточных продуктах,

за исключением гидрометаллургических технологий, использующих метод жидкостной

экстракции, который позволяет производить товарные катодные металлы без промежу-

точного осаждения концентратов. К этим богатым промпродуктам, пригодным для даль-

нейшего рафинирования с получением товарных никеля и кобальта, относятся: файн-

штейн (сульфидные руды), штейн, смешанные никель-кобальтовые гидроксиды (или

карбонаты), смешанные никель-кобальтовые сульфиды (окисленные никелевые руды).

Способы переработки сульфидных никелевых продуктов чрезвычайно разнооб-

разны (табл. 1.25) и определяются составом и экономическими соображениями с учётом

географического положения и исторических особенностей развития конкретных пред-

приятий. Однако обзор мировой практики получения рафинированного никеля показы-

вает практически повсеместное распространение процессов гидрометаллургического

рафинирования файнштейна. Наряду с получением никеля электроэкстракцией в миро-

вой практике достаточно широко применяется карбонил-процесс, позволяющий полу-

чать никелевую продукцию с высокой добавленной стоимостью. Он реализован на пред-

приятиях Vale: Copper Cliff (Канада) и Clydach (Великобритания), а также на заводе

Jinchuan (Китай) компании Jinchuan Group и на комбинате Североникель (АО КГМК,

ПАО «ГМК «Норильский никель», Россия). На заводах Copper Cliff и Jinchuan также осу-

ществляют электролитическое рафинирование сульфидных анодов.

На ряде предприятий с целью упрощения технологической схемы Ni-Cu-МПГ

файнштейны медленно охлаждают, что способствует раскристаллизации, при этом об-

разуются крупные индивидуальные зерна хизлевудита Ni3S2, халькоцита Cu2S

и металлического (магнитного) сплава. После дробления и измельчения затвердевшего

файнштейна методами магнитной сепарации и/или флотации выделяют сплав, суль-

фидный медный концентрат и сульфидный никелевый концентрат. Такая практика имеет

место на рафинировочном заводе Copper Cliff компании Vale, Jinchuan компании

Jinchuan Group, рафинировочном заводе базовых металлов (BMR) компании Anglo

American Platinum в ЮАР и в России на комбинате Североникель (АО КГМК, ПАО «ГМК

«Норильский никель»). Так, на рафинировочном заводе Copper Cliff полученный в ре-

зультате магнитной сепарации файнштейна металлический концентрат с ~65 % Ni,

17 % Cu и высоким содержанием Au, Ag и МПГ направляется на конвертирование в кон-

вертерах TBRC и далее на карбонилирование. Разделение меди от никеля в немагнит-

ной фракции осуществляется флотацией. Полученный никелевый сульфидный концен-

трат (~71 % Ni, 0,9 % Cu) поступает на окислительный обжиг с получением NiO для от-

правки на завод компании Clydach (Великобритания), где он перерабатывается карбо-

нил-процессом при атмосферном давлении. Медный сульфидный концентрат

(~74 % Cu, 4 % Ni) поступает в медеплавильное производство. Промпродукт (подсито-

вый продукт измельчения и очистки медного концентрата), содержащий ~66 % Ni

и 6,6 % Cu, обжигают и далее рафинируют карбонилированием на Copper Cliff.

Таблица 1.25 - Способы получения рафинированного никеля на некоторых предприятиях

Завод, компания,

Исходный материал

Состав, %

Принцип переработки

Продукция

страна

Ni - 52,0; Cu -

Nikkelverk (Норве-

Файнштейн

19,0÷20,0; Co -

Хлорное выщелачивание, автоклавное

Ni-катоды, Cu-катоды,

гия), Glencore

завода Sudbury

2,5; Fe - 2,5,

выщелачивание, электроэкстракция

концентрат МПГ

Остальное - сера

Хлорное выщелачивание, электроэкс-

Niihama (Япония),

Файнштейн завода Soro-

Ni - 73; Cu -

тракция для получения катодного ни-

Ni-катоды, Co-катоды, Ni-

Sumitomo Metal

wako и Ni-Co смеш. суль-

4,5; Co - 2,5

келя; автоклавное выщелачивание, жид-

соли

Mining

фиды Coral Bay и Taganito

костная экстракция - для солей

Ni - 78; Cu - 0,2;

Файнштейн, полученный

Sandouville (Фран-

Co - 2; Fe -

Хлорное выщелачивание, электроэкс-

сульфидированием фер-

Ni-катоды

ция), Eramet

3; остальное -

тракция

роникеля (до 2018 г.)

сера

Tonimet-брикеты, Tonimet,

Matsuzaka, Vale

Файнштейн

Окислительный обжиг, восстановитель-

Н. д.

Tonimet 97,

(Япония)

завода Sorowako

ный обжиг, брикетирование

синтер, Compact 97

Медленно охлаждённый файнштейн

дробят, измельчают, флотируют с полу-

чением никелевого и медного концен-

тратов. Затем никелевый концентрат об-

жигают намертво, восстанавливают и

Комбинат Северо-

Ni - 40 %

Ni-катоды, Ni-карбониль-

плавят с получением металлических ни-

никель, ПАО «ГМК

52 %, Cu -

ный (порошки, дробь), Cu-

келевых анодов, направляемых на элек-

«Норильский Ни-

Файнштейн

18 %-30 %,

катодная, Co-катодный,

тролитическое рафинирование. В бли-

кель», Мончегорск,

Co - 0,2 %-

концентрат МПГ, концен-

жайшей перспективе обожжённый и вос-

Россия

0,3 %

трат Ag

становленный никелевый концентрат

(никелевый порошок трубчатых печей)

будет направляться на операции хлор-

ного растворения и последующей элек-

троэкстракции

Продолжение таблицы 1.25

Завод, компания,

Исходный материал

Состав, %

Принцип переработки

Продукция

страна

Ni - 73,0÷75,0;

Thompson (Кана-

Электролитическое рафинирование

Cu - 2,5÷4; Co -

да), Vale

Файнштейн

сульфидных анодов, отлитых из файн-

Ni-катоды

1,0; Fe - <1,0;

(до 2018 г.)

штейна

S - 20,0

Из файнштейна выделяется обогащён-

ная ДМ магнитная фракция, а немагнит-

ная фракция разделяется флотацией

Copper Cliff, Vale,

на никелевый и медный концентраты.

Карбонильная никелевая

Файнштейн

Ni - 45,0; Cu - 35,0

Канада

Никелевый концентрат обжигается, вос-

продукция

станавливается до металла, далее, как

и магнитная фракция, рафинируется

карбонилированием

Из файнштейна обогатительными мето-

Ni 47,0; Cu

дами выделяются ДМ-концентрат, мед-

Jinchuan,

Катодный никель, карбо-

23,0÷26,0; Co

ный и никелевый концентраты. Из нике-

Nonferrous Metals,

Файнштейн

нильная никелевая про-

0,6÷0,7; Fe 2,4; S

левого концентрата отливаются суль-

вание

дукция

22,0

фидные аноды, которые рафинируются

электролизом

Ni-брикеты, Ni-порошок,

Kwinana, BHP

Ni 73,5; Cu 4,0; Fe

Аммиачное выщелачивание, водород-

Cu-сульфидный концен-

Файнштейн

Billiton, Австралия

0,8; Co 0,7; S 20,0

ное восстановление

трат, Ni-Co-сульфидный

концентрат

Fort Saskatchewan,

Ni-Co смешанные суль-

Аммиачное выщелачивание, водород-

Ni-брикеты 99,8 %, Co-

Канада

фиды с завода Moa

Ni+Co 60 %

ное восстановление

брикеты 99,9 %

(Куба)

Bindura, Bindura

Ni 38,0; Cu 54,0;

Ni-катоды, медный суль-

Сернокислотное автоклавное выщела-

Nickel, Зимбабве

Файнштейн

Fe 0,1; S 5,5; As

фидный концентрат, гид-

чивание, электроэкстракция

(бездействует)

0,1

роксид кобальта

Окончание таблицы 1.25

Завод, компания,

Исходный материал

Состав, %

Принцип переработки

Продукция

страна

Harjavalta,

Комбинация процессов атмосферного и

Ni-катоды, Ni-брикеты,

Немагнитная фракция ни-

ПАО «ГМК «Но-

Ni 65,0; Cu 5,0; Fe

автоклавного сернокислотного выщела-

Co-брикеты,

келевого концентрата

рильский никель»,

4,0; S 21,0

чивания, электроэкстракция и/или вос-

Cu-сульфидный концен-

флотации файнштейна

Финляндия

становление H2

трат

Жидкостная экстракция, реэкстракция,

«QNI Highgrade» - 99,5

отгонка аммиака с получением основ-

Yabulu Refinery,

% Ni, рондели - 98,5 %

ного карбоната никеля, прокалка, вос-

Австралия

Ni 1,6; Co 0,15;

Ni,

Импортная латерит. руда

становление водородом, кобальт оса-

(остановлен в

Fe 37; Mg 5,2

QN ChemGrade Cobalt,

ждается в виде сульфида, затем дово-

2016 г.)

медный сульфидный кон-

дится до кобальта металлического,

центрат

медь осаждается в виде сульфида

Impala Platinum,

Сернокислотное автоклавное выщела-

Файнштейн

N 45,0; Cu 28,0

Ni-порошки, брикеты

Springs ЮАР

чивание, восстановление H2

Комбинация процессов атмосферного и

Сульфат никеля, катод-

Sybanie Stillwater,

Файнштейн

Н. д.

автоклавного сернокислотного выщела-

ная медь, концентрат

США

чивания закалённого файнштейна

МПГ

Медленно охлаждённый файнштейн из-

BMR,

мельчают, выделяют металлизирован-

Ni 47,0÷48,0; Cu

Ni-катоды, Cu-катоды,

Anglo Platinum

Файнштейн

ную фракцию магнитной сепарацией,

28,0

концентрат МПГ

ЮАР

раздельное выщелачивание продуктов,

электроэкстракция

Комбинация процессов атмосферного и

Сульфат никеля, катод-

Northam Platinum,

Файнштейн

Н. д.

автоклавного сернокислотного выщела-

ная медь, концентрат

ЮАР

чивания закалённого файнштейна

МПГ

Обожжённый никелевый

Clydach,

концентрат немагнитной

Н. д.

Карбонил-процесс

Карбонильная продукция

Великобритания

фракции флотации файн-

штейна

На заводе BMR компании Anglo Platinum (ЮАР) в результате магнитной сепарации

получают немагнитную сульфидную фракцию и магнитный сплав. На сульфиды прихо-

дится примерно 90 % веса файнштейна, на сплав - порядка 10 % веса. Однако

в сплаве, содержащем порядка 60 % никеля, остальное - медь и железо, коллектируется

более 99 % МПГ (а также серебро). Очевидно, что обособленная переработка магнитной

фракции существенно сокращает длительность технологического цикла получения кон-

центратов драгметаллов и их безвозвратные потери.

Переработка сульфидных никель-кобальтовых концентратов, осаждённых

из растворов высокотемпературного автоклавного сернокислотного выщелачивания

окисленных никелевых руд, аналогична таковой для файнштейнов; смешанные ни-

кель-кобальтовые гидроксиды (карбонаты) могут быть легко интегрированы в техноло-

гический цикл любого рафинировочного завода, хотя более логичным представляется

их использование в сульфатных схемах.

Следует отметить, что гидрометаллургическое рафинирование файнштейна

и производство никеля методом карбонилирования целесообразно рассматривать

как основу современных и прогрессивных технологий получения рафинированного ни-

келя.

Гидрометаллургическое рафинирование файнштейнов

Во всех случаях гидрометаллургического рафинирования богатых никелевых пром-

продуктов (за исключением смешанных гидроксидов) головной операцией рафинирования

является окислительное выщелачивание, которое осуществляется в хлоридных, сульфат-

ных или аммиачно-сульфатных средах. Дальнейшая конфигурация технологической схемы

предусматривает очистку раствора от примесей и разделение присутствующих в растворе

меди, никеля и кобальта. Ниже рассмотрены примеры реализации процесса на некоторых

предприятиях (табл. 1.26).

Рафинирование файнштейна в хлоридных средах

В настоящее время технология рафинирования файнштейна в хлоридных сре-

дах применяется на трёх предприятиях, технологические схемы которых существенно

различаются между собой, как по условиям растворения файнштейна, так и по способу

очистки растворов от примесей. На всех четырёх предприятиях катодный никель полу-

чают электроэкстракцией в ящичных ваннах с общим катодным пространством и поме-

щёнными в анодные диафрагменные ячейки титановыми нерастворимыми анодами

с активным покрытием из оксидов рутения. Из каждой анодной ячейки осуществляется

совместная аспирация анолита и анодных газов.

На рафинировочном никелевом заводе Nikkelverk (Glencore, Норвегия) измель-

чённый файнштейн выщелачивается при температуре кипения в каскаде реакторов в

оборотном никелевом анолите при подаче хлора и поддержании заданного окисли-

тельно-восстановительного потенциала для коллектирования в нерастворимом остатке

меди и драгоценных металлов. Затем выщелоченная пульпа подаётся в каскад автокла-

вов, работающих при температуре 140°C-145°C и давлении 0,3-0,4 МПа. Пульпа из хво-

стового автоклава непрерывно через холодильник разгружается в реакторы меде-

очистки, которая осуществляется частью свежего файнштейна.

Таблица 1.26 - Условия получения катодного никеля на некоторых предприятиях

BMR,

Комбинат

Thompson,

Harjavalta,

BMR, Anglo

Anglo

«Североникель»,

Niihama,

Nikkelverk,

Vale,

Норильский

Platinum

Platinum (но-

«Норильский никель», Россия

Sumitomo,

Glencore,

Кана- да

Никель, Фин-

ЮАР

вый электро-

Рафинирова-

Япония

Норвегия

Рафинирова-

(до 2018)

ляндия

(2009)

лизный цех),

ние НПТП

ние анодов

ЮАР (2011)

(проект)

Производитель-

60000

15000/20000

21500

33000

30000

90000

120000

145000

ность, т/год Ni

Количество ванн, шт.

684

128

Н. д.

208

200

430

476

Размер ванн, Д ×

5,8 × 1,6 ×

6,6 × 1,2 ×

6 × 1,2 × 1,2

Н. д.

6 × 0,9 × 1,1

7 × 0,8 × 1,6

8,5 × 1,4 × 1,8

Ш × В, м

× 0,9

× 1,2

168-бетон-

Армирован-

ные, покры-

Армирован-

Бетонные,

ный монолит-

Блочный

Полимербе-

тые пласти-

ный бетон с

Материал

покрытые

Полимербетон

ный бетон,

бетон

тон

ком,

пластиковой

пластиком

вставка ПВХ

32-полимер-

вставкой

бетон

Сульфат-

Сульфат хло-

Сульфат- хло-

Электролит:

хлорид-

Сульфатный

Хлоридный

ный

ридный

ный

Ni 100 на

Ni - 75-

входе, 65 на

Ni 80 на

80 на входе,

60 на входе,

85/75-85

Ni - 70-75,

Ni - 70,

выходе, лау-

входе, 50

50 на вы-

Ni - 70-75,

54 на вы-

Состав, г/дм³

Cl - 50-60

Cl - 50-55,

Cl - 63,

рилсульфат

на выходе

ходе,

Cl - 85

ходе,

H3BO3- 7-

H3BO3- 3-6

H3BO3 - 4-6

натрия - 20

H3BO3 6-10

Cl - 60

мг/л

рН

1,5/3,0

3,5-3,8

3,5

1,4-2,0

1,5/3,0

1,4/1,6

Скорость циркуля-

ции электролита,

0,7

0,025-0,030

0,009

Н. д.

0,035

0,07

0,025

0,03

м³/мин/ванну

Аноды:

Количество

Продолжение таблицы 1.26

BMR,

Комбинат

Harjavalta, Но-

Anglo

«Североникель»,

Thompson,

BMR, Anglo

Niihama,

Nikkelverk,

рильский Ни-

Platinum (но-

«Норильский никель», Россия

Vale, Кана-

Platinum

Sumitomo,

Glencore,

кель, Финлян-

вый электро-

Рафинирова-

да (до 2018)

ЮАР (2009)

Япония

Норвегия

Рафинирова-

дия

лизный цех),

ние НПТП

ние анодов

ЮАР (2011)

(проект)

Размер,

1,1 × 0,7 ×

1 × 0,8 ×

0,92 × 0,83 ×

Н. д.

1,24 × 0,835

Д × Ш × В, м

× 0,045

0,002

× 0,002

× 0,095

Свинцовый

Покрытая ок-

Покрытая

Ni 87 %-

Покрытая ок-

Ni - 76 %,

сплав (0,6

сплав (0,6 %

сидом руте-

оксидом ру-

90 %,

сидом руте-

Состав

Cu - 2,5 %,

Свинец

% Sn, 0,05

Sn, 0,05 %

ния титано-

тения тита-

Cu 4,5

ния титано-

S - 19 %

% Sr)

Sr)

вая сетка

новая сетка

Fe 3,5

вая сетка

Анодная кампа-

16-17

ния, сут.

Катоды:

Количество

Расстояние между

0,2

0,133

0,16

Н. д.

0,11

0,13

0,165

0,13

катодами, м

Размер, Д × Ш, мм

970 × 890

1300 × 700

1085 ×935

1340×935

7+2 (для ос-

6+2 (для ос-

Катодная кампа-

10-14 (без-

новы на Ti-

3-5

(5-7) + 1

ния, сут.

основный)

матрице)

3 с повыше-

нием до 6 по

Напряжение на

мере роста

3,8-4,0

3,6-3,9

3,0-3,1

Н. д.

2,4-2,5

3,6-4,0

ванне, В

толщины шла-

мовой корки

Катодная плот-

250

220-230

220

220-260

233-273

260

250-270

227

ность тока, А/м²

Выход по току, %

>95

99,5

98-99

96,5

95,5

Очищенный от меди фильтрат поступает на гидролитическую железоочистку,

которая осуществляется в реакторах путём подачи карбоната никеля и хлора, затем

на выделение гипса и жидкостную экстракцию кобальта 15 %-ным раствором триизо-

октиламина в керосине.

Никелевый рафинат после разбавления оборотным электролитом и гидролити-

ческой очистки от свинца и марганца подаётся на передел электроэкстракции никеля.

Из кобальтового реэкстракта после дополнительной гидролитической очистки полу-

чают катодный кобальт.

На заводе Niihama (Япония) компании Sumitomo Metal Mining (SMM) файнштейн

подвергают хлорному растворению в две стадии по противотоку. На первой стадии

(цементации) медистый раствор (40 г/дм3 Cu) реагирует с исходным файнштейном

с переводом в раствор части никеля (~20 %) и осаждением меди в виде сульфида

до остаточного содержания ~ 0,01 г/дм3.

На второй стадии при использовании хлора в качестве окислителя из кека глубоко

выщелачивается никель и медь, таким образом, что суммарное извлечение никеля в

раствор на двух стадиях выщелачивания оказывается более 95 %, а окисление серы

до сульфатной не превышает 3 %.

Богатый никелем раствор со стадии цементации поступает на гидролитическую

очистку от кобальта и железа окислением их хлором в присутствии карбоната никеля,

а затем на электроэкстракцию с получением катодного никеля и возвратом газообраз-

ного хлора на стадию выщелачивания и очистки растворов. Кобальт извлекается

из железо-кобальтового кека растворением в серной кислоте с подачей сульфита

натрия. Полученный раствор после очистки от железа и меди направляют на жидкост-

ную экстракцию с получением чистых хлоридных растворов никеля и кобальта, из кото-

рых получают никелевые соли и катодный кобальт и кобальтовые соли, соответственно.

Удаление меди из цикла выщелачивания осуществляется электроэкстракцией,

которая предусмотрена технологической схемой между стадиями выщелачивания

и цементации, с получением промпродуктового медного порошка, передаваемого за-

тем на медный завод.

На заводе Sandouville компании Eramet (Франция) до 2018 года, когда на перера-

ботку поступал низкомедистый (0,2 % меди) файнштейн с Новой Каледонии, его выще-

лачивали в две стадии раствором хлорного железа в солянокислой среде с подачей

хлора. В результате выщелачивания получали раствор хлоридов никеля, кобальта и же-

леза. Сера в элементарной форме отделялась от раствора вместе с нерастворимым

остатком.

Из раствора трибутилфосфатом экстрагировали железо (которое после реэкс-

тракции частично возвращается на выщелачивание, а частично выпускается в качестве

товарного хлорида железа), а затем с помощью три-изо-октиламина - кобальт, который

реэкстрагируется в форме хлорида, являющегося товарной продукцией. Оставшийся

после выделения железа и кобальта раствор хлорида никеля очищался от свинца

электроэкстракцией, от других примесей - ионообменом, от органики - активированным

углем. Из очищенного раствора электроэкстракцией получали катодный никель; обра-

зующийся в процессе электролиза хлор поступал на выщелачивание исходного файн-

штейна.

На сегодняшний день идёт перестройка технологии завода Sandouville в связи

с изменением сырья с низкомедистого (0,2 % меди) файнштейна, который поступал

из Новой Каледонии, на медно-никелевый файнштейн с плавильного завода Harjavalta

компании Boliden (Швеция).

На входящей в группу компаний ПАО «ГМК «Норильский никель» АО «Кольская

ГМК» в настоящее время осваивается процесс рафинирования в хлоридных средах вос-

становленной закиси никеля, полученной из никелевого концентрата от разделения

файнштейна. Более подробно эта технология описывается в разделе 2.

Рафинирование файнштейна в сульфатных средах

Технологические схемы рафинирования файнштейна в сульфатных средах более

распространены в мире и ближе друг к другу по идеологии, нежели хлоридные. Обычно

они представляют собой комбинацию процессов атмосферного и автоклавного выщела-

чивания, организованную в противоточном режиме. При получении катодного никеля

электроэкстракцией используются ящичные ванны с диафрагменными катодными ячей-

ками и общим анодным пространством, в котором расположены нерастворимые аноды

из сплава на основе свинца. Чистый продукционный раствор подаётся в каждую катод-

ную ячейку.

В качестве примеров рассмотрим технологии рафинирования файнштейна на за-

воде Harjavalta (Финляндия) и предприятиях Южной Африки.

На гидрометаллургическом заводе Harjavalta (Норильский никель, Финляндия)

в настоящее время перерабатывается немагнитная фракция никелевого концентрата

от флотации файнштейна российских предприятий ПАО «ГМК «Норильский никель».

Согласно технологической схеме, материал подвергается двухстадийному атмо-

сферному окислительному выщелачиванию. Целью первой стадии - медеочистки -

является глубокая очистка оборотного раствора от меди и железа, второй - повышение

извлечения в раствор никеля за счёт частичного разложения сульфидов.

Более глубоко разложение сульфидов протекает на стадии автоклавного выще-

лачивания, реализуемой под давлением кислорода. Полученная пульпа, содержащая

в жидкой части достаточное количество меди для растворения никеля, подаётся

без разделения жидкого и твёрдого на автоклавное рафинирование, которое прово-

дится в атмосфере паров воды без подачи окислителя. На этой стадии происходит вза-

имодействие сульфидной составляющей с присутствующим в растворе сульфатом

меди с получением медного кека, коллектирующего драгоценные металлы. Этот кек

для дальнейшей переработки направляется на медерафинировочные предприятия.

Раствор автоклавного рафинирования после автоклавной железоочистки, осуществля-

емой с использованием в качестве нейтрализатора натриевой щелочи, направляется

на первую атмосферную стадию (медеочистку).

Из раствора медеочистки жидкостной экстракцией выделяется кобальт, а также

малые примеси меди, железа, цинка, марганца и др. Серной кислотой из промытого

экстракта реэкстрагируют кобальт с получением раствора сульфата кобальта, из кото-

рого после дополнительной очистки от малых примесей получают товарные кобальто-

вые соли.

Товарную никелевую продукцию - катодный никель и никелевые брикеты, полу-

чаемые из порошка автоклавного водородного осаждения в аммиачно-сульфатных

средах, - производят из никелевого рафината в двух цехах: электролизном и цехе во-

дородного восстановления. Из относительно небольшой части никелевого рафината

в цикле жидкостной экстракции никеля получают более чистый никелевый реэкстракт,

который направляется на производство никелевых солей. Побочной продукцией пред-

приятия является сульфат аммония, получаемый из растворов после водородного вос-

становления никеля.

Гидрометаллургическая технология рафинирования файнштейна на заводах

ЮАР представляет собой многостадийную противоточную схему сернокислотного авто-

клавного выщелачивания файнштейна.

На заводе Springs (Impala Platinum, ЮАР) измельчённый файнштейн проходит

через три противоточных стадии автоклавного окислительного выщелачивания. На пер-

вой и второй стадиях в раствор переходит до 85 % никеля. На третьей стадии авто-

клавного окислительного выщелачивания в раствор извлекают остатки цветных ме-

таллов и серы и получают концентрат ДМ, который передают на аффинаж. Богатый

раствор первой стадии выщелачивания очищают от меди осаждением гидросульфи-

дом натрия, что обеспечивает полноту осаждения ДМ. Кек после осаждения меди

направляется на вторую стадию автоклавного окислительного выщелачивания, филь-

трат которой после железоочистки направляется на электроэкстракцию меди. Из очи-

щенного от меди раствора первой стадии автоклавного окислительного выщелачивания

также гидролитическим способом осаждают железо. Затем из него автоклавным водо-

родным восстановлением получают чистый никелевый порошок, который непосред-

ственно отправляют на продажу или предварительно брикетируют. Водородное восста-

новление осуществляют в аммиачно-сульфатных средах, а из растворов после осажде-

ния никеля регенерируют аммиак подачей извести, что позволяет выводить сульфат-

ион в форме отвального гипса. Остаток никеля и кобальта осаждают из раствора гид-

росульфидом натрия в виде смешанных никель-кобальтовых сульфидов, которые пе-

рерабатывают по технологии, предусматривающей применение жидкостной экстрак-

ции для разделения никеля и кобальта.

В отличие от завода Springs, на рафинировочном заводе базовых металлов BMR

(Anglo American Platinum, ЮАР) файнштейн, как упоминалось выше, перед рафинирова-

нием проходит через магнитную сепарацию, которая отделяет магнитную фракцию, со-

держащую основное количество металлов платиновой группы, от немагнитной, обеднён-

ной по ДМ-фракции.

Магнитная фракция выщелачивается в отдельном трёхстадийном цикле с полу-

чением богатого концентрата ДМ, который направляется на аффинажное предприятие.

Растворы выщелачивания магнитной фракции передаются на стадию автоклавного

рафинирования цикла переработки немагнитной фракции.

Немагнитная фракция файнштейна растворяется в отдельном противоточном

цикле выщелачивания, включающем атмосферную стадию медеочистки файнштейном,

атмосферную стадию окислительного выщелачивания, автоклавное рафинирование

и автоклавное окислительное выщелачивание медного сульфидного кека стадии ав-

токлавного рафинирования. Фильтрат автоклавного выщелачивания медного кека по-

сле очистки от селена и теллура направляется на производство товарной меди элек-

троэкстракцией. Железо из раствора цикла выщелачивания выводится автоклавным

окислением с использованием раствора каустика. Очистке от железа подвергается

фильтрат второй стадии атмосферного выщелачивания перед его подачей на первую

стадию, где осуществляется очистка от меди.

Никелевый раствор после стадии очистки от меди очищается от свинца добавкой

гидроксида бария. Далее фильтрат очищается от кобальта полученным электрохими-

ческим окислением черным гидратом никеля.

Очищенный от примесей никелевый раствор поступает на электроэкстракцию

никеля. Анолит из цеха электроэкстракции никеля возвращается на атмосферное вы-

щелачивание никеля и частично отсекается на передел осаждения карбоната никеля,

производимого для операций гидролитических очисток. Из фильтрата карбонатного пе-

редела производится товарный сульфат натрия.

Рафинирование файнштейна в аммиачных средах

Рафинирование по методу Sherritt в аммиачных средах реализовано на заводах

Fort Saskatchewan (Sherritt, Канада) и Kwinana (BHP Billiton, Австралия), при этом Sherritt

в своё время модифицировала исходный процесс в связи с изменением характера сы-

рья на заводе Fort Saskatchewan - с переходом в 1990-е годы с рафинирования файн-

штейна на переработку смешанных Ni - Co сульфидов с завода Moa (Куба). Технологи-

ческая схема рафинирования в аммиачной среде включает в себя стадии автоклавного

окислительного выщелачивания в аммиачных средах и переработку растворов с водо-

родным осаждением никеля и кобальта.

С другой стороны, широкое распространение имеют технологические схемы, ис-

пользующие в качестве головных операций сернокислотное автоклавное выщелачива-

ние, а на завершающих стадиях - водородное осаждение из аммиачных сред (Harjavalta,

Финдяндия и Impala Platinum, ЮАР). В последнем случае разделение никеля и кобальта,

также

очистка

от

примесей

реализуются

на

стадии

работы

с кислыми сульфатными растворами, а осаждение производится из чистых индивиду-

альных растворов никеля и кобальта.

На заводе Fort Saskatchewan смешанные сульфиды выщелачивают в автоклавах

в аммиачных растворах под давлением кислорода. При этом порядка 99 % никеля

и 98+% кобальта переходят в раствор в форме комплексных солей - аммиакатов, сера

(в виде сульфата) переходит в раствор на 75 %. Железо образует гидроксид и выпадает

в осадок.

Полученный раствор перерабатывается гексаминовым методом, суть которого за-

ключается в осаждении смешанной соли: гексамин сульфат кобальта (III)/гексамин суль-

фат никеля (II)/сульфат аммония, которая является исходным сырьём для получения

рафинированного кобальта.

Переработка гексамина кобальта (III) - никеля (II) включает в себя выщелачива-

ние водой и слабым оборотным раствором для удаления никеля, а затем перекристал-

лизацию в аммиачно-сульфатном растворе. Полученная соль характеризуется соотно-

шением Co : Ni > 10000 : 1 и направляется на получение товарного кобальта. Для этого

её растворяют, кобальт восстанавливают до степени окисления 2 + оборотным кобаль-

товым порошком и серной кислотой, а затем полученный раствор обрабатывают водо-

родом для получения товарного металла в виде порошка чистотой 99,8 %. Этот порошок

сушат и упаковывают либо компактируют с получением брикетов и спекают с получе-

нием продукта Co 99,9 %, обычно содержание S < 0,002 %, C < 0,002 %.

Из богатого никелевого раствора, оставшегося после выделения кобальта, уда-

ляют медь в две стадии: на первой стадии за счёт отгонки аммиака, на второй - путём

введения элементарной серы и SO2. Осадок сульфида меди (~ 70 % Сu) отфильтровы-

вают и в итоге отправляют на медеплавильные предприятия.

Раствор после оксигидролиза поступает на восстановление никеля водородом

в автоклаве. При 250°С и давлении 35 бар осаждают порошок никеля. Никелевый поро-

шок брикетируют и спекают в атмосфере водорода. В типичном случае брикеты содер-

жат 99,8 % Ni, 0,1 % Co, <0,01 % S, <0,005 % C.

Раствор от операции восстановления никеля водородом кристаллизуют с получе-

нием сульфата аммония для продажи в качестве удобрения.

Электролитическое рафинирование файнштейна

Электролитическое рафинирование файнштейна реализовано на двух заводах -

Thompson компании Vale (Канада) и Jinchuan компании Nonferrous Metals (Китай). При

электролитическом рафинировании черновых анодов используются ящичные ванны

с общим анодным пространством и катодными диафрагменными ячейками, в каждую

из которых подаётся очищенный никелевый раствор.

На заводе Thompson (остановленном в 2018 году) маломедистый файнштейн раз-

ливается в горизонтальные изложницы для получения анодов размером

1,1 × 0,7 × 0,045 м, которые затем помещают в полипропиленовые мешки и завешивают

в электролизные ванны. Анолит, образующийся в процессе растворения черновых ано-

дов, очищается от примесей в гидрометаллургическом отделении, а затем подаётся

в катодное.

На комбинате Jinchuan измельчённый файнштейн проходит через магнитную

сепарацию для выделения обогащённого ДМ металлического сплава (магнитной фрак-

ции), который направляют в шламовый цех для извлечения драгоценных металлов.

Немагнитная фракция файнштейна флотацией разделяется на никелевый и медный

концентраты. Никелевый концентрат от флотационного разделения файнштейна пла-

вится в отражательных печах на аноды, которые подвергаются электролитическому ра-

финированию.

Карбонильный процесс

Около четверти всего объёма файнштейна превращается в никель высокой чи-

стоты с помощью газофазного процесса карбонилирования. Этот процесс применяется

в Канаде (завод Copper Cliff), России (Кольская ГМК), Китае (Jinchuan) и Великобритании

(завод Clydach).

Процесс карбонилирования может проходить при атмосферном давлении

(Clydach), при высоком давлении (Кольская ГМК), а также при среднем давлении (Copper

Cliff).

Vale производит по карбонильной технологии порошки и дробь на рафинировоч-

ных заводах в Великобритании (Clydach) и Канаде (Copper Cliff) суммарной мощностью

более 100 тыс. т/год, из которых около 25 тыс. т/г приходится на порошки.

В настоящее время Vale производит 2 типа никелевых порошков: тип 123 - дис-

кретные квазисферические частицы со средним размером частиц (по Фишеру) 8-10 мкм

и тип 255 - частицы с трёхмерной цепочечной структурой сo средним размером цепочек

15-20 мкм.

Основным сырьём для никелевого рафинировочного завода Clydach компании

Vale служит оксид никеля (синтер 75), поставляемый с канадского комплекса Copper Cliff,

также принадлежащего Vale. Суммарная мощность завода оценивается примерно в

40 тыс. т/год. В 2015 году выпуск завода Clydach составил ~ 9 - 10 тыс. т карбонильного

порошка, остальное - карбонильная дробь.

Компания Jilin Jien Nickel (Китай) производит никелевый порошок по технологии,

предоставленной канадской компанией CVMR (карбонилирование при атмосферном

давлении). Основным сырьём служит промпродукт - гидроксид никеля, из которого

получается оксид никеля и далее восстановлением водородом никель металлический.

Никель затем взаимодействует при атмосферном давлении с СО с образованием газо-

образного карбонила никеля, в результате термического разложения которого получают

как дискретные, так и нитеобразные порошки в реакторах, аналогичных установленным

у компании Vale. Мощность по никелевым порошкам - около 2000 т/год.

Канадский рафинировочный никелевый завод Copper Cliff Nickel Refinery (CCNR)

компании Vale работает с 1972 года по технологии карбонилирования под средним

давлением, запатентованной компанией Inco. Синтез тетракарбонила никеля при сред-

нем давлении реакционного газа (70 бар) и повышенных температурах осуществляется

из-за необходимости извлекать никель в присутствии меди в сравнительно больших

концентрациях, а также существенного ускорения реакции и, соответственно, увеличе-

ния производительности оборудования.

На заводе CCNR перерабатывают промпродукты от разделения файнштейна с

плавильно-рафинировочного комплекса Copper Cliff в Садбери, а также Ni-содержащие

(и содержащие драгоценные металлы) остатки других предприятий компании, которые

для получения однородного по составу нерафинированного расплава никеля пере-

плавляют в TBRC конвертере и гранулируют с образованием маленьких пористых гра-

нул.

Выделенные при флотации немагнитной фракции сульфиды никеля (с низким

содержанием меди) обжигают в кипящем слое до NiO и отправляют на завод Clydach

для извлечения никеля по карбонильной технологии при атмосферном давлении.

В зависимости от состава сырья и аппаратурного оформления в процессе карбо-

нилирования параллельно с образованием карбонила никеля, Ni(CO)4, протекают ре-

акции синтеза карбонилов железа, кобальта, серы. Этот продукт - карбонил-сырец -

подвергают ректификации для получения чистого карбонила никеля.

Разложение чистого карбонила никеля с получением дроби осуществляется

в разложителях с циркулирующими в нем частицами никелевой дроби, предварительно

подогретыми до 240-270°C. Часть Ni(CO)4 после перегонки конденсируют и затем по-

вторно переводят в газовую фазу, но с более высокой концентрацией. Этот газ посту-

пает в разложитель для порошков с наружным электрообогревом стенок. Тетракарбо-

нил подвергается тепловому удару, в результате нуклеации образуется множество

никелевых частиц, которые впоследствии лишь немного увеличиваются в размерах.

Размер и морфологию (например, сферическую форму или нитевидную) можно кон-

тролировать изменением скорости подачи сырья, концентрации и температуры внутри

разложителя, а также путём добавок небольших количеств химических агентов, за-

трудняющих или способствующих разложению карбонила на различных участках.

Некоторое время назад китайская компания Jinchuan ввела в строй завод

по «стандартной» карбонильной технологии мощностью ~5000 т/год никелевого по-

рошка. Известно лишь, что процесс включает синтез при среднем давлении.

В настоящее время Jinchuan выпускает два типа порошков: с нитеобразными части-

цами - тип N06, аналог Т255 (Vale), и с дискретными частицами N24 - аналоги Т123

(Vale). Другие нитеобразные порошки Jinchuan N04 и N09, грубо говоря, аналогичны

порошкам Т210 и Т287, производство которых Vale было прекращено.

Комбинированные пиро-гидрометаллургические способы

Электрорафинирование черновых металлических никелевых анодов, получен-

ных пирометаллургическими способом из сульфидного никелевого продукта от разде-

ления файнштейна, до чистых никелевых катодов ранее было распространённым спо-

собом получения товарного никеля. На сегодняшний день оно сохранилось на одном

предприятии, расположенном на территории Российской Федерации, - комбинате

Североникель АО «Кольская ГМК». Однако и на нём происходит его постепенная за-

мена на метод электроэкстракции из хлоридных растворов.

Комбинированная технологическая схема получения товарного никеля в Россий-

ской Федерации будет рассмотрена ниже.

1.3.4. Переработка кобальтомышьяковых и медно-кобальтовых руд

Переработка кобальто-мышьяковых руд

Как упоминалось выше, единственным рудником, где в настоящее время добы-

вают кобальтовую мышьяковистую руду, является рудник Bou-Azzer (Марокко) компа-

нии CTT Managem, остальные по экологическим соображениям были закрыты. Из руды

с ~ 1 + % Co получают флотационный концентрат, содержащий ~10-11 % Co. Руды, по-

добные марокканским, традиционно перерабатывали по схеме, включающей обжиг и вы-

щелачивание кислотой. Концентрат обжигают в печи с кипящим слоем с целью удаления

60-70 % мышьяка в виде As2O5.

Огарок можно обрабатывать либо соляной кислотой и хлором, либо серной кис-

лотой. Раствор выщелачивания очищается от примесей гидрометаллургическими мето-

дами, а из очищенного раствора кобальт извлекают электроэкстракцией или осажде-

нием в виде карбоната CoCO3.

По проекту Idaho Cobalt (США) австралийской компании Jervois Mining для пере-

работки рудного концентрата по ТЭО 2017 года предусматривается использование ав-

токлавного кислотного выщелачивания в присутствии кислорода и катализатора - азот-

содержащих частиц (~2 г/л азотной кислоты). На этапе выщелачивания кобальт, медь

и часть золота переходят в раствор, а основная часть железа и мышьяка гидролизуются

с образованием скородита и гидрониоярозита в стабильном остатке выщелачивания [25].

Переработка медно-кобальтовых руд

Медно-кобальтовые руды (сульфидные, окисленные и смешанные) характерны

для месторождений Замбии и ДРК. Традиционная схема переработки включает обжиг-

выщелачивание-электроэкстракцию.

Сульфидные руды обогащают и флотационные концентраты подвергают сульфа-

тизирующему обжигу, позволяющему перевести сульфиды меди и кобальта в хорошо

выщелачиваемые сульфаты, а соединения железа - в оксид (гематит Fe2O)3, который

не растворяется в мягких условиях выщелачивания.

Так, на рафинировочном заводе Luilu (ДРК) компании Katanga Mining (75,2 %

у Glencore) до недавнего времени окисленный концентрат после репульпации отрабо-

танным электролитом и огарок сульфидного концентрата в виде пульпы с отработанным

электролитом объединяли и выщелачивали при атмосферном давлении серной кисло-

той с добавками метабисульфита натрия Na2S2O5 (для улучшения растворения

кобальта). Полученный раствор направляют на электроэкстракцию меди. Извлечение

кобальта осуществляется из отсечного электролита цеха электролиза меди. После

очистки раствора от алюминия, железа, и меди, никеля и цинка раствор поступает

на электроэкстракцию кобальта [29].

В конце 2017 года на заводе Luilu начался ввод в строй новых гидрометаллурги-

ческих мощностей по выщелачиванию всей массы руды (‘WOL’), ликвидирующих затрат-

ный, требующий ряда реагентов (все импортные) и не слишком эффективный процесс

обогащения окисленной руды с получением концентрата.

Как и раньше, обезвоженный сульфидный концентрат обжигают. Пульпу огарка

и пульпу обезвоженного оксидного концентрата объединяют и выщелачивают при атмо-

сферном давлении разбавленной серной кислотой, полученной при рециклинге рафи-

ната из цеха SX меди. При необходимости к рафинату добавляется концентрированная

серная кислота. К пульпе добавляют метабисульфит в качестве восстанавливающего

агента для улучшения растворения кобальта. Кобальт выпускается в виде гидроксида.

Поскольку при флотации медно-кобальтовых руд извлечение кобальта ранее

обычно составляло

40-80 %, хвосты обогащения, накопленные за десятилетия

добычи/обогащения,

можно рассматривать как техногенный источник кобальта.

Так, ERG Africa (входит в группу ERG, Казахстан) в конце 2018 года ввела в строй проект

переработки гидрометаллургическим способом лежалых хвостов (112,8 млн т с 0,32 %

Co, 1,49 % Cu), известном ранее как «проект Kolwezi». По этапу I планируется получать

77 тыс. т/г катодной меди и 14 тыс. т/г кобальта в гидроксиде с возможным расширением

впоследствии до 120 тыс. т/г и 24 тыс. т/г, соответственно.

В качестве техногенных источников кобальта следует рассматривать и шлаковые

отвалы старых медеплавильных предприятий. Так, в шлаковых отвалах завода Nkana

(Замбия) содержится порядка 0,65 % Co.

Одним из вариантов переработки шлака (заводе Chambishi) является плавка в ду-

говой печи постоянного тока с добавками восстановителя (угля) с получением богатого

по кобальту сплава, который затем после диспергирования выщелачивается под давле-

нием, полученный раствор после соответствующих очисток направляется на получение

катодного кобальта [29].

В 2008 году в Замбии компания Konkola Copper Mines ввела в строй новый медный

завод Nchanga на ≈ 300 тыс. т/год меди по технологии Outotec взвешенной плавки прямо

на черновую медь - ‘direct-to-blister’ для переработки обогащённых кобальтом медных

концентратов из района Медного пояса Замбии.

Получаемый в результате богатый плавки (≈ 17-18 % Cu) расплавленный шлак

направляется на двухстадийное обеднение в двух последовательно соединённых элек-

тропечах. В первой (основной) обеднительной печи идёт процесс восстановления с ис-

пользованием металлургического кокса с целью извлечения меди в черновую медь.

Во второй, «кобальтовой» электропечи проходят восстановление коксом шлака из пер-

вой обеднительной печи и взаимодействие со свежим концентратом. В результате

плавки образуются малосульфидный сплав (63,3 % Cu, 23,8 % Fe, 6,3 % Co, 6,2 % S)

и сильно восстановленный шлак.

1.4. Ресурсная база никеля и кобальта России

Россия обладает значительной сырьевой базой никеля, основу российской сырь-

евой базы никеля составляют комплексные месторождения сульфидного медно-никеле-

вого типа, помимо никеля, продуктивные на медь, драгоценные металлы, кобальт, неко-

торые рассеянные элементы. Доля объектов других геолого-промышленных типов,

представленных большей частью силикатными кобальто-никелевыми месторождени-

ями, в сырьевой базе никеля страны не превышает пятой части, а качество их руд

в сравнении с мировыми аналогами невысоко. Сульфидные руды обеспечивают и прак-

тически всю добычу никеля страны, составляющую 15 % мировой (табл. 1.27, 1.28) [30].

Таблица 1.27 - Состояние сырьевой базы никеля Российской Федерации

На 01.01.2017 г.

На 01.01.2018 г.

Прогнозные ресурсы

Р1

Р2

Р3

Р1

Р2

Р3

Количество, тыс. т

1455,9

5918

5500

1758.1

6040.8

5500

Запасы

А+В+С1

С2

А+В+С1

С2

Доля распределённого фонда, %

96,1

96,2

87,9

Таблица 1.28 - Использование сырьевой базы никеля Российской Федерации, тыс. т

2016

2017

Добыча из недр

289,4

298

Производство никеля в концентратах*

191

195

Окончание таблицы 1.28

2016

2017

Производство первичного никеля

188,7

203

Экспорт первичного никеля

187

137,6

Импорт первичного никеля

0,9

1,5

* - без учёта богатых руд, отправляемых на металлургический передел без обогащения.

Государственным балансом запасов полезных ископаемых Российской Федера-

ции учтено 59 коренных месторождений никеля, среди которых 52 собственно никеле-

вых и семь никельсодержащих; на 15 месторождениях учтены только забалансовые за-

пасы. В 2016 году в категорию забалансовых переведены запасы Черемшанского сили-

катного месторождения в Свердловской области. Кроме того, учтены три техногенных

месторождения.

Распределение запасов и прогнозных ресурсов никеля на территории России

весьма неравномерно (рис. 1.5).

Для российской сырьевой базы никеля характерна высокая степень концентра-

ции - 85 % запасов металла заключено в недрах Сибирского и Северо-Западного феде-

ральных округов, что обусловило возникновение в этих регионах крупных горнорудных

кластеров.

Около трёх четвертей запасов никеля страны сосредоточено в пределах Сибир-

ского ФО. Почти 72 % их приходится на долю Красноярского края, в арктической зоне

которого находятся месторождения Норильского рудного района, составляющие основу

сырьевой базы никеля страны. Особое место занимают Октябрьское и Талнахское ме-

сторождения - каждое из них заключает более четверти запасов страны категорий

А+В+С1.

В пределах рудного района находятся ещё ряд месторождений с сульфидными

рудами, представленными преимущественно вкрапленными убогими разностями. Сред-

нее содержание никеля в месторождениях Норильск-1, Масловское и Черногорское не

превышает 0,35 %, общее количество запасов - 7 % российских.

На юге Красноярского края в пределах Канской металлогенической зоны в рудах

месторождений Кингашское и Верхнекингашское аналогичного типа, содержащих 0,4-

0,5 % никеля, суммарно заключено ещё около 8 % запасов страны категорий А+В+С1.

В Республике Тыва незначительные запасы никеля учитываются в арсенидных

никель-кобальтовых рудах Ховуаксинского месторождения, содержащих в среднем

2,9 % металла.

На территории Забайкальского края в убогих сульфидных рудах комплексного

Чинейского месторождения разведано небольшое количество никеля при содержании,

не превышающем 0,05 %.

Рисунок 1.5 - Основные месторождения никеля и распределение его запасов,

% и прогнозных ресурсов категории Р1 (тыс. т) по субъектам Российской Федерации

Прогнозные ресурсы никеля Сибирского ФО категории Р1 целиком локализованы

на флангах и глубоких горизонтах Октябрьского месторождения и составляют 0,5 млн т.

Ресурсы остальных перспективных площадей оценены в менее достоверных категориях.

Вторым центром сосредоточения запасов никеля является Северо-Западный ФО.

В недрах Мурманской области заключено более 13 % металла страны. При этом почти

12 % приходится на сульфидные руды месторождений Печенгского рудного района.

Объекты подобны норильским, однако сложены в основном вкраплёнными рудами -

среднее содержание никеля в наиболее значимом по запасам Ждановском месторожде-

нии составляет 0,67 %. Вместе с тем на двух месторождениях рудного района с запа-

сами менее сотой доли процента - Аллареченское и Восток - учтены запасы массивных

руд, содержащих в среднем 4,2 и 7,3 % никеля соответственно.

На территории Мурманской области и Республики Карелия учитываются запасы

малосульфидных собственно платиноидных руд с попутным никелем, составляющие по-

чти 2 % российских. Руды крупных по запасам месторождений - Вуручуайвенч и Федо-

рова Тундра - отличаются низким средним содержанием никеля (0,4 и 0,1 % соответ-

ственно).

Перспективы прироста запасов в Северо-Западном ФО связаны также с сульфид-

ными рудами Мурманской области - прогнозные ресурсы категории Р1 локализованы на

трёх объектах в количестве 0,3 млн т никеля.

Менее значительные запасы никеля учтены в недрах Приволжского, Уральского,

Центрального и Дальневосточного федеральных округов.

Сырьевые базы никеля Приволжского и Уральского ФО представлены в основном

месторождениями собственно никелевого силикатного кобальт-никелевого геолого-про-

мышленного типа, однако учтены и никельсодержащие руды - бурые железняки с асбо-

ланами и бобово-конгломератовые железные руды. На территории Оренбургской,

Свердловской и Челябинской областей в пределах Восточно-Уральской металлогениче-

ской провинции заключено 6,2, 4,6 и 1,1 % российских запасов металла соответственно.

Российские силикатные руды обеднены никелем - среднее содержание металла при

естественной влажности руд в единичных объектах незначительно превышает 1 %.

Крупными запасами, около 5 % российских, обладает Буруктальское месторождение

в Оренбургской области, содержание никеля в его рудах не превышает 0,7 %. В Сверд-

ловской области в недрах комплексного железо-никелевого Серовского месторождения

заключено порядка 4 % запасов никеля страны. На месторождении развиты два типа

руд - никелевые, силикатные, кобальтсодержащие и бобово-конгломератовые желез-

ные руды с попутными хромом, никелем и кобальтом. Содержание никеля в среднем по

месторождению для каждого типа руд составляет 0,7 и 0,16 % соответственно.

Возможности расширения сырьевой базы никеля Уральского ФО связаны с нике-

левыми силикатными рудами - в пределах областей, входящих в Восточно-Уральскую

металлогеническую провинцию, сосредоточено 0,26 млн т прогнозных ресурсов катего-

рии Р1.

Менее 2 % российских запасов никеля разведано в объектах Воронежского кри-

сталлического массива в Центральном ФО. Здесь учтены запасы двух месторождений

сульфидных медно-никелевых руд: Еланского и Елкинского. Концентрация никеля во

вкрапленных рудах этих объектов составляет 1,4 и 0,85 % соответственно. Перспективы

прироста запасов округа связаны с флангами Еланского месторождения, где выявлены

прогнозные ресурсы категории Р1 в количестве 0,2 млн т.

Незначительное количество российских запасов никеля - 1,3 % - сосредоточено

в пределах Дальневосточного ФО. В Камчатском крае разрабатывается среднее по за-

пасам Шанучское сульфидное медно-никелевое месторождение, сложенное в основном

массивными рудами, в которых содержание никеля варьирует в пределах 2,7-5,5 %, за-

пасы объекта не превышают 0,2 % по стране в целом. В Амурской области осваивается

крупное месторождение Кун-Манье, в рудах которого заключено более 1 % российских

запасов никеля, однако его содержание не превышает 0,7 %. Прогнозные ресурсы в

округе значительны и связаны в основном с рудопроявлениями Камчатского края, од-

нако оценены пока только по категории Р2. Кроме того, локализованы прогнозные ре-

сурсы никеля категории Р1 в количестве 225,9 тыс. т российского разведочного района

в Тихом океане, связанные с железо-марганцевыми осадочными образованиями, где ни-

кель является попутным компонентом.

Ещё почти 51 тыс. т запасов никеля учтено в техногенных образованиях Красно-

ярского края и Мурманской области (табл. 1.29).

ПРОИЗВОДСТВО НИКЕЛЯ И КОБАЛЬТА (ИТС 12-2019) - часть 1