Tratamiento de minerales de níquel

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Tratamiento de minerales de níquel

  1. 1. Sara Marcela Ortíz RodríguezUniversidad de AméricaBogotá – ColombiaOperaciones con Sólidos TRATAMIENTO DE MINERALES DE NÍQUEL: GARNIERITA 1. OBJETIVOS DE FUNCIÓN. Transformar minerales de níquel para obtener níquel de alta pureza 95 – 99,9%, mediante diferentes operaciones unitarias. Producir ferroníquel a partir de un mineral de níquel. Obtener níquel metálico para ser usado en la fabricación de aceroníquel y de las aleaciones de cobre, cinc y níquel. Concentrar el mineral de níquel para la obtención de níquel o ferroníquel. Contribuir al desarrollo sostenible de la región donde se encuentra la mena. Fabricar la materia prima de monedas que se realizan con aleaciones de cuproníquel. Proveer de materia prima para la elaboración de alambres, chapas y recubrimientos. Comercializar el níquel nacional e internacionalmente. Generar el principal catalizador para las reacciones de hidrogenación usadas en petroquímica, este es el níquel. 2. MATERIAS PRIMAS Y CARACTERÍSTICAS.Mineral de Níquel: Garnierita Formula química: (Ni,Mg)6[(OH)8//Si4O10. Sistema: monoclínico. Dureza: 2 a 3. Densidad: 2,2 - 2,7. Color: verde, verde amarillento a verde azulado. Raya: incolora a blanca. Brillo: craso a mate. Fractura: concoidea1. Tenacidad: frágil. % de Níquel: 3,3 a 15,1%Coque -El coque es un residuo solido poroso que se obtiene por destilación de las hullas semigrasas -Gran resistencia a la abrasión y al desgaste. -No da llamas ni humos en su combustión -Gran resistencia a la compresión. -Gran porosidad, debido a su gran superficie por unidad de peso. -Llama corta con 22 a 26% de materias volátiles. –El tamaño de partícula para ser alimentado al horno es menor de 300 mm -PCS2= 29300 kJ/kg PCI3=33700 kJ/kgPolvo de carbón - Tamaño de partícula menor a 0,2 mm - Amorfo - Gran área superficial. Gas Natural: - Usado como combustible en el horno de secado.1 Tipo de rotura propia de materiales frágiles, de composición homogénea pero amorfa que al trocearse no siguen planos naturales deseparación.2 Poder calorífico superior (PCS)3 Poder calorífico inferior (PCS)
  2. 2. Sara Marcela Ortíz RodríguezUniversidad de AméricaBogotá – ColombiaOperaciones con Sólidos - PCS=44000 kJ/kg PCI=39900 kJ/kgAglutinantes:Dextrinas Las dextrinas son grupos de carbohidrato de poco peso molecular producidos por la hidrólisis del almidón.o harina de centeno. - Espato flúor (CaF2). - Yeso. - Cal. 3. DIAGRAMA DE PROCESO. INSUFLACIÓN CALCINACIÓN FERRONÍQUELEXPLOTACIÓN ACIELO ABIERTO CRIBADO REFINACIÓN TRANSPORTE TRITURACIÓN TRITURACIÓN SECADO NÍQUEL CRIBADO ALMACENAMIENTO
  3. 3. Sara Marcela Ortíz RodríguezUniversidad de AméricaBogotá – ColombiaOperaciones con Sólidos 3.1. DIAGRAMA DE FLUJO DE ERAMET (NUEVA CALEDONIA- FRANCIA) 3.2. DIAGRAMA DE FLUJO CERROMATOSO (COLOMBIA)
  4. 4. Sara Marcela Ortíz Rodríguez Universidad de América Bogotá – Colombia Operaciones con Sólidos 4. DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS Y OPERACIONES.1. Extracción del Mineral – A cielo abierto: La mena se extrae por minería a cielo abierto (open pit, ver fig. 1-a), donde no se emplean explosivos de ningún tipo para la extracción y remoción del material; mediante el uso de palas excavadoras el mineral es extraído y cargado a camiones (ver fig. 1-b) para ser trasladado desde la mina hasta la planta de procesamiento. La explotación empieza con la perforación de la roca. Esta se carga en camiones con grandes palas eléctricas o hidráulicas (ver fig. 1-c) , o con excavadoras de carga frontal, y se retira del foso. a b c Figura No. 1. a) Extracción del mineral a cielo abierto. b) Carga del mineral para ser transportado. c) Pala hidráulica.2. Almacenado y transporte. Su almacenamiento debe realizarse evitando el contacto con los ácidos fuertes (sulfúrico, nítrico) pues pueden ocurrir reacciones violentas, el mineral extraído se almacena a la intemperie en pilas, se usa cintas transportadoras (figura No. 2) para llevarlo a las operaciones de reducción de tamaño y para alimentar el horno, el propósito principal de las pilas es garantizar la homogenización (mezclar los tipos y tenores de mineral sumamente variados) para la alimentación de la planta de procesamiento. Figura No.2 Cinta transportadora.3. Trituración y cribado: Después de ser extraído el mineral de la mena se realiza una trituración primaria con una trituradora de mandíbulas, donde el mineral es reducido desde 1200 mm de diámetro hasta 300 mm, luego se pasa por una criba vibratoria de 450 mm de apertura, después se lleva el mineral que pasa la criba mediante cintas de transporte a una trituradora de doble rodillo en donde el mineral es reducido hasta obtener un tamaño de partícula máximo de 60 mm, esta trituración se realiza húmeda debido a la humedad de la tierra b
  5. 5. Sara Marcela Ortíz Rodríguez Universidad de América Bogotá – Colombia Operaciones con Sólidos a c Figura No.3. a) Trituradora de mandíbulas b) Criba vibratoria c) Trituradora de doble rodillo 4. Secado. Después de ser triturado y cribado la garnierita sufre un secado preliminar, ya que este se encuentra hidratado pues se encuentra en la tierra y en temporada de lluvia el mineral absorbe agua, lo que hace necesaria esta operación, en hornos de tambor rotatorio(fig. No.4) de 10m a 27 m de longitud, 2,5 m de anchura y aproximadamente 4 m de diámetro, en partidas de 600kg.; en las 24 horas se tratan en el horno alrededor de 2400 kg del mineral. El material tostado contiene 1% de azufre aproximadamente debido a que se tosta con material que contiene azufre como sales calizas, piritas entre otras4. El material tostado excento de cobre es de color verde grisáceo y constituye ya un producto comercial, el mineral se seca hasta obtener un 15 a 18% de humedad. 5. Trituración Terciaria Después de secado, se tritura de nuevo y se hace pasar por una criba fina, sometiéndolo a continuación por partidas de 500 kg., hasta obtener un tamaño de partícula de máximo 15 mm en una trituradora de rodillos. 6. 6. Concentración del mineral Para poder obtener níquel puro, se debe proceder a una concentración en mata5, es decir, se tiene que añadir, aunque no se desee, azufre no presente para volverlo a eliminar más tarde completamente, siendo ésta una desventaja que sólo es compensada por el hecho de que se puede eliminar la mayor parte de la ganga en forma de escoria vendible. El mineral finamente molido se moldea en briquetas en una prensa de aglomerados con yeso,Figura No. 4. Prensa de aglomeradosy algo de espato flúor, también con aglomerantes y polvo de carbón. cal 7. Reducción - Fundición Esta operación se lleva a cabo en hornos de cuba, el yeso añadido se reduce produciendo CaS que se transforma con los silicatos de los metales pesados y sus óxidos, dando a su vez sulfuros y escorificándose la cal, la escoria funde con dificultado por su elevado contenido de MgO; es por esto que se añade CaF 2, para que se haga más líquida y más pobre en Níquel, para esto se emplean hornos de camisa de agua de sección 1,5 x 5 m, t, tienen para un mejor efecto reductor una altura considerable y pasan hasta 150 ton de material en 24 h, con una adición de coque de cerca del 40%. Luego de esta operación, la mata contiene cerca de 30 – 40% de Ni y 40 – 50% de Fe, el resto es azufre; y la escoria contiene un 0,4 % de Ni. El Ni se encuentra como óxido de Níquel. 8. 8. Insuflación. El trabajo de concentración, usual antiguamente, por tostación y fusión ha sudo sustituido paulatinamente por la insuflación en convertidores con revestimiento básico y adición ácida de unas 2 ton de cabida. La mata fina obtenida por insuflación con 76 a 79% de Ni, contiene aproximadamente 0,1 a 0,2%de Fe; el resto es azufre; la escoria, rica en Ni vuelve a fundición del mineral. 9. 9. Tostación La mata fina es tostada por completo para eliminar completamente el azufre (máximo 0,01% S), en hornos de reverbero a una Temperatura superior a la de disociación del NiSO4, es decir, superior a 885°C, en esta etapa se obtiene Níquel bruto y escoria. 10. 10. Refinado: El níquel bruto contiene todavía impurezas que lo hacen inapropiado para su elaboración posterior. Por refundición con entrada de aire es oxidada ya, favoreciendo el NiO disuelto, una parte de estas impurezas como S, As, C, Si, Pb, Zn y Fe y eliminada. Como desoxidante se añade Mg o Al. Para efectuar el refinado se emplean hoy casi siempre hornos eléctricos con revestimiento básico del tipo de Héroult o Helberger y en cubas de Hybinette se utilizan como cátodos, finas chapas de níquel electrolítico depositadas en baños especiales sobre chapas de Al.. Al terminar la refinación electrolítica 4 Esto corresponde a las impurezas de la garnierita. 5 Formación de una fase de sulfuro líquido (eje o mata) conteniendo el compuesto de interés.
  6. 6. Sara Marcela Ortíz RodríguezUniversidad de AméricaBogotá – ColombiaOperaciones con Sólidosdel níquel, que contiene cerca del 95% de Ni y sólo 1,5% hasta 2,5% de Cu.. Los cátodos son cortados en placas pequeñaso refundidos y presentados en forma de bloques pequeños o granalla. 5. PRINCIPALES VARIABLES. Concentración de Níquel en el mineral Garnierita pues este puede ser de 3,3 a 15,5%, esto depende de la ubicación de la mena. Contexto geográfico e histórico del área donde se encuentra el mineral, ya que determina la calidad de este. Humedad del mineral, pues esta debe ser de 15 a 18%. Disposición y vida de la mina. Tiempo de fundición. Consumo de combustible, gas natural o coque en los hornos. Como variable de operación la principal es la temperatura. Composición final del níquel refinado, así como su contenido de impurezas. Costos de instalación de planta, de insumos y materias primas. 6. PRODUCTO OBTENIDO (SITUACIÓN EN COLOMBIA Y CONTAMINACIÓN, IMPACTO AMBIENTAL). 6.1. Situación en Colombia, Latinoamérica y el mundo. En Colombia, hay una empresa llamada Cerromatoso, ubicada en Córdoba, donde se dedican a producir ferroníquel, a continuación se muestran gráficas con la producción que tiene este metal en Colombia. Gráfico No.1 Producción de ferroníquel en Colombia entre los años 2004 a 2008 Tabla No.1. Producción latinoamericana de ferroníquel entre los años 2005 a 2007 Tabla No.2. Producción de ferroníquel en los principales países en el 2007 Gráfico No.2. Principales países productores de Ferroníquel en el mundo.
  7. 7. Sara Marcela Ortíz RodríguezUniversidad de AméricaBogotá – ColombiaOperaciones con Sólidos 6.2. Impacto ambiental y contaminación. Como la extracción se realiza a cielo abierto, esto repercute en la emisión de polvo a la atmósfera. Como la capa superficial natural que permanecía intacta, al hacer la extracción esta se altera de manera irreversible dejando un paisaje inerte, para esto las empresas recubren con tierra vegetal la zona de excavación para volver a reforestar. Los cursos de agua próximos a la mena pueden resultar afectados, poniendo en peligro la fauna y la flora del lugar, además el arrastre de las partículas por el agua perjudica a la agricultura, al erosionar y esterilizar las superficies de cultivo. Además de su impacto ambiental, acarrea problemas para la salud humana, pues los gases, polvo en suspensión, ruidos y vivibraciones de la maquinaria pueden afectar temporal o parcialmente a los habitantes próximos a las minas y a los trabajadores de esta, en forma de enfermedades respiratorias6 o del sistema nervioso. Para el manejo del material particulado, los polvos voladores se captan y reciclan. Cuando se realiza la fusión de los óxidos, las escorias son estables, estas se usan de balastos o rellenos. Para reducir el impacto ambiental, se reutilizan las escorias como material para firmes de carretera, hormigones, materiales cerámicos, fertilizantes para la agricultura o elemento para restaurar suelos defradados. 7. CONTROL DE CALIDAD DEL PRODUCTO. Para el control de calidad del níquel se tomaron los valores mostrados a continuación de la norma ASTM A494/A494M – 09. Standard specification for castings, Nickel and Nickel Alloy. Los requerimientos químicos son mostrados a continuación (son máximos valores): Tabla No. 3. Requerimientos químicos Elemento Composición (%) C 1 Mn 1,5 Si 2 P 0,03 S 0,03 Cu 1,25 Mo --- Fe 3 Ni 95 (min) Cr --- Cb (Nb) --- W --- V ---6 Cabe resaltar la neumoconiosis, esta es producida por la inhalación de polvo y la consecuente deposición de residuos sólidosinorgánicos en los bronquios, ganglios linfáticos o el parénquima pulmonar, con o sin disfunción respiratoria asociada.
  8. 8. Sara Marcela Ortíz RodríguezUniversidad de AméricaBogotá – ColombiaOperaciones con Sólidos Bi --- Sn --- Tabla No. 4. Propiedades Mecánicas Propiedad Valor Resistencia a la tracción, 345 MPa Módulo de deformación, 125 MPa Elongación (50 mm), min, 10 % Dureza HB --- 8. REVIEW.El níquel es un elemento muy abundante en la Tierra, pero no en la corteza terrestre, la concentración de níquel en esta esdel 0,008%, siendo un elemento que ocupa el puesto 24 en orden de abundancia.En este trabajo se muestra la producción de níquel a partir del mineral garnierita, el cual comienza con la explotación de lamena, la cual se hace a cielo abierto, una vez extraído el material este se lleva hacia la planta de procesamiento mediantecamiones, en la planta es almacenado en pilas a la intemperie. A este material se le realiza un pretratamiento antes desometerlo a los procesos que nos conducirán a obtener níquel de alta pureza, esto consiste en una trituración primaria y uncribado para obtener partículas de menor tamaño a los terrones que se extrajeron de la mena, luego se lleva a un secado enhornos de tambor giratorio donde se les retira gran parte de la humedad contenida en el mineral, hasta dejar lo con el 15 a18% de agua, luego de que se realiza esta operación se le realiza una trituración terciaria y un cribado. Este materialparticulado es llevado a una insuflación con el fin de concentrar y obtener una “mata bruta”, el paso siguiente es lacalcinación, en donde se funde el mineral y se convierte en óxido de níquel en esta etapa salen en forma de escoria lamayoría de compuestos diferentes al níquel como óxidos o silicatos, de este proceso se obtiene ferroníquel bruto, pues aúntiene varios contaminantes entre ellos el más abundante es el azufre, para eliminarlo se lleva esta mezcla al proceso detostación, donde sale en forma de escoria. La refinación del níquel se hace gracias a la electroquímica, pues sobre unelectrodo queda depositadas capas de níquel, esto se retira y se obtiene finalmente el níquel puro.La norma que regula la calidad del Níquel es la ASTM A494/A494M – 09. Standard specification for castings, Nickel andNickel Alloy, en esta se especifican las cantidades de compuestos químicos permitidos y las propiedades mecánicas quedebe tener el níquel paraser de buena calidad.En Colombia, el ferroníquel es producido por la empresa Cerromatoso en Monteliébano, Córdoba con una producciónanual de aproximadamente50000 ton/año, a nivel Mundial el país principal de ferroníquel es Rusia con 225000 ton/añoaproximadamente.English VersionNickel is a very abundant element on Earth, but not in the earths crust, the concentration of nickel in this is 0.008%, withan element thatis ranked 24 in order of abundance.This paper shows the production of nickel from ore garnierite, which begins with the exploitation of the ore, which isopen, once removed, the material is carried to the processing plant by lorry, the plant is stored in piles outdoors. Thismaterial is pretreated before being submitted to the processes that lead us to obtain high purity nickel, this is a primarycrushing and screening for smaller particles to lumps that were extracted from the ore, then is taken to a drying drumfurnaces where they removed much of the moisture contained in the ore, to leave what with the 15 to 18% water, afterperforming this operation he underwent a tertiary crushing screening.This particulate material is carried to a blow to concentrate and get a "brute kills", the next step is the calcination, wherethe ore is melted and becomes nickel oxide at this stage come in the form of slag most different nickel compounds such asoxides or silicates, this process crude ferronickel is obtained, because you still have several pollutants including sulfur isabundant, to eliminate this mixture is carried to the roasting process, which comes in the form of slag . The refining ofnickel is due to the electrochemical electrode is then deposited on a layer of nickel, this is finally removed and purenickel.The rule regulating quality Nickel is ASTM A494/A494M - 09. Standard specification for castings, Nickel and NickelAlloy, this specifies the permitted quantities of chemical and mechanical properties must be the paradise of good qualitynickel.
  9. 9. Sara Marcela Ortíz RodríguezUniversidad de AméricaBogotá – ColombiaOperaciones con SólidosIn Colombia, ferronickel is produced by the company in Monteliébano Cerromatoso, Cordoba with an annual productionof aproximadamente50000 ton / year, the country at the Worlds leading ferronickel Russia 225000 ton / year or so. 9. BIBLIOGRAFÍA.A. BALLESTER – L.F. VERDEJA, J, SANCHO, Metalurgia Extractiva Nol II: Procesos de obtención, Editorial Síntesis,S.A., Madrid (2000)F. STOHMANN – BRUNOKECL, Gran enciclopedoa de química industrial, teórica , práctica y analítica, tomo XI.Editorial Barcelona.KARL WINNACKER – ERNEST WEINGAERTNER, Tecnología química, tomo VI: Metalurgia . generalidades,Editorial Gustavo Gill S.A.Patente Estadounidense No. 2778729, Recovery of nickel and cobalt values from garnierite ores. Enero 22 de 1957,Patente Estadounidense No. 3933477. Method of producing ferro-nickel eor metalic nickel. Enero 20 de 1976.Las patentes Estadounidenses fueron descargadas de: http://www.patentstorm.us/Patente Española No. ES 2051 817 (Traducción de patente Europea). Procedimiento para la fabricación de briquetas conestabilidad de forma y prensa de aglomerados para la realización del procedimiento. Enero 7 de 1994. UPME, El níquel en Colombia, Ministerio de Minas y Energía, Año 2009.Norma ASTM /A494M – 09 Standard Specification for Castings, Nickel and Nickel Alloy.Referencias WEBhttp://www.eramet.fr/us/Site/Template/ACCUEIL.aspx?SELECTID=1&http://www.raulybarra.com/notijoya/archivosnotijoya6/6mineria_metodos.htmhttp://www.mineralomadeniquel.com.ve/mineria-niquel/ventana_procesos.htmlhttp://www.mineralomadeniquel.com.ve/mineria-niquel/procesos-ferro-niquel.htmlhttp://www.cathodex.com/market_es.phphttp://www.scribd.com/doc/3928814/Pirometalurgia-I-http://atc.ugr.es/~ignacio/tesis_final.pdfhttp://onsager.unex.es/Apuntes/Termo/Tablas-Tema-3.pdfhttp://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2006/10/09/156236.php

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