Никель и кобальт: свойства, способы добычи и переработки

Способы добычи никелевых руд

Основными залежами никелевых руд являются сульфидные медно-никелевые, кобальт-никелевые, силикатные никелевые и ферроникелевые месторождения. Второстепенное значение имеют:

• сульфидно-арсенидные жильные месторождения комплексного характера содержания минералов;
• конкреции дна озёр, океанов, а также почв, содержащие в своём составе железомарганцевую руду;
• медно-колчеданные залежи.

По своему характеру происхождения месторождения подразделяются на магматические и литосферные залежи. Вторые исторически подвергались длительному физическому воздействию в процессе выветривания пород. Эти факторы накладывают определённый отпечаток на способы добычи никелевых руд.

Открытый

В случае неглубокого залегания минерала, как правило, прибегают к открытому способу добычи. На склонах горных массивов формируют уступы, используя при необходимости бурильные установки шарошечного типа. Погрузка породы на автотранспорт осуществляется экскаваторами. Как обычно, массу вскрышных материалов размещают на внутренних или внешних отвалах.

При сравнительно низкой стоимости, данный метод извлечения полезных ископаемых связан со значительным неблагоприятным воздействием на окружающую местность и требует привлечения существенных людских и технических ресурсов, особенно на первых этапах разработки.

Закрытый

При значительной глубине размещения никелевых руд приходится прибегать к строительству сложных подземных сооружений: шахт, штолен, штреков, камер. Что, естественно, приводит к существенным затратам и необходимости применения специального проходческого и добывающего оборудования. При этом также очень важны вопросы безопасности, сложность которых усугубляется горными ударами и выделением удушливых и взрывоопасных газов.

Что касается кобальта, то он обычно получается, как сопутствующий минерал при разработке комплексных месторождений совместно с никелем или другими минералами теми же способами добычи.

Технология переработки никелевых руд

Технология переработки никелевых руд отличается сложностью и многоступенчатостью. Подчас часть сырья приходится возвращать к предыдущим этапам процесса. В значительной степени она определяется процентным содержанием нужного минерала в исходном сырье.

Так:

• богатые никелем руды (свыше 1% в составе) сразу отправляются на плавку;
• более бедные – рядовые, подвергаются обогащению;
• силикатные железистые руды проходят гидрометаллургический передел;
• силикатные магнезиальные руды идут на пирометаллургический передел;
• имеются также сложные комбинированные схемы, с помощью которых перерабатывают окисленные и смешанные руды.

В никель

Для того чтобы получить из руды никель, первоначальное сырьё проходит целый ряд этапов переработки:

• Прежде всего, руду очищают от влаги и гнилостей. Для этого её подвергают дроблению, затем сушат и спекают в печах.
• Полученные в результате первого этапа флюсы и гипс разбавляют коксом и всю полученную массу переплавляют в штейн (промежуточный металлургический продукт).
• В результате плавки образуется штейн и шлак. Шлак направляют в отвал. А штейн продувают в конвекторе.
• После чего получается белый никелевый штейн и опять же шлак, часть которого снова отправляется на переплавку, а другая часть используется для выработки угарного газа.
• Белую массу, содержащую значительное количество никеля опять же дробят и измельчают, чтобы затем направить на обжиг.
• Закись никеля восстанавливают, используя древесный уголь.
• Окончательным этапом получения нужного химического элемента Niявляется электролитическое рафинирование.

В кобальт

Для получения кобальта из никелевых руд, их предварительно растворяют с помощью серной кислоты, аммиака или воды. Иногда используют пирометаллургические процессы.

Затем с помощью хлорных соединений получают гидроокиси кобальта или с помощью электроэкстракции выделяют кобальт на катодах в процессе электролиза. Чтобы получить высокочистый металл, раствор предварительно тщательным образом очищают от примесей: меди, железа, свинца и никеля.

Продукт переработки

Сталь и сплавы

Благодаря своим уникальным свойствам: пластичности, жаростойкости, устойчивости к химическим воздействиям и не взаимодействию с кислородом, металл очень ценится металлургами. Большая часть производимого никеля расходуется на производство нержавеющей стали.

Достаточно значительное количество используется на получение сплавов с медью, железом и хромом. Именно они, благодаря своей жаростойкости широко востребованы при производстве газотурбинных и реактивных установок в самолётостроении, ракетостроении, космонавтике, атомной энергетике.

Не стоит забывать и о таком важном процессе, как никелирование поверхностей, применяемом для защиты поверхностей и придания им характерного внешнего вида.

С помощью кобальта производится легирование сталей, что в значительной степени повышает их твёрдость и прочность. Именно эти марки сталей идут на изготовление металлорежущего инструмента.

Аппараты для химической и пищевой промышленности

Никелевая сталь, обладающая термостойкостью и длительное время не подвергающаяся коррозии, находит широкое применение в химической индустрии. Значительное количество применяемых в отрасли резервуаров, цистерн, котлов, тиглей, труб, деталей машин и механизмов содержат в своём составе этот удивительный металл. Из него выпускают тару для химических реагентов. Кроме того, сам минерал достаточно часто применяется в качестве катализатора химических процессов.

Также, содержащие никель материалы применяются при изготовлении ёмкостей для хранения и переработки значительного количества пищевых продуктов.

Оборудование для атомных электростанций

Современные ядерные энергетические установки содержат в корпусах своих реакторов и в трубопроводах сплавы на основе железа и никеля. Также в качестве материалов для оборудования атомных электростанций нашли применение суперсплавы на никелевой основе. Они широко известны под названиями:

• инконель – никель-хромовый жаропрочный сплав,
• хастеллой – сплав, обладающий высокой коррозийной стойкостью.

Приборы радиолокации

Изделия из никеля и его сплавов находят широкое применение в изготовлении приборов и электронных компонентов:

• Никелевые трубы широко востребованы в навигационных устройствах, системах дистанционного контроля, телевидении.
• Сплавы из никеля применяются в конструкциях антенных узлов, устройствах спутниковой связи и при изготовлении элементов электросвязи.

Месторождения в России и мире

Более 400 месторождения ведут добычу никелевых руд во всём мире. Крупнейшие отечественные месторождения расположены на территории:

• Таймырского округа – Октябрьское и Талнахское.
• Мурманской области – Ждановское.
• Челябинской области – Сахаринское.
• Урала – Серовское.
• Оренбургской области – Буруктальское.

Более мелкие присутствуют в Карелии, Воронежской области, на территории республики Тыва, в Амурской области и Камчатском крае.

За рубежом значительные залежи имеются:

• в Канаде, на Кубе, в ЮАР,
• на Украине, в Албании и Греции,
• в Индонезии, на Филиппинах, в Австралии и Новой Каледонии.

Список мест расположения крупнейших месторождений кобальта по странам мира:

• Бу-Аззер, Марокко.
• Цинхай, Китай.
• Раму, Папуа-Новая Гвинея.
• Voisey’s Bay Mine, Sudbury Area Mine, Nunavik Mine, Канада.
• AdlayCagdianaoTandawaProject, Филиппины.
• Камбалда, Маунт-Кит, Маррин, Австралия.
• Район Моа, Куба.
• Республика Алтай, Россия.
• Провинция Катанга, Конго.
• Инсизва, ЮАР.

Мировые запасы

Данные взятые из разных источников весьма противоречивы и очень сильно отличаются по годам, содержанию минерала, а также по уровню подтверждённой достоверности экспертными службами.

Выявленные ресурсы никелевых руд оцениваются в 190-210 млн. тонн. Из них большая часть с концентрацией никеля свыше 1% (130 млн. тонн), меньшая часть с концентрацией 0,2-1% (80 млн. тонн). Огромные залежи этого уникального минерала расположены на дне мирового океана (почти 700 млн. тонн), правда, обладающие средней концентрацией данного полезного ископаемого.

Трудно сказать какая из стран обладает наибольшими запасами никелевых руд. Одно можно с достаточной степенью уверенности утверждать, что в списке лидеров (стран, обладающих более 5 млн. тонн залежей этого ресурса) находятся: Австралия, Бразилия, Индонезия, Канада, Куба, Россия, Новая Каледония. Также значительными запасами (более 1 млн. тонн) обладают: Албания, Греция, территория бывшей Югославии, Украина, Казахстан, Гватемала, Колумбия, Буркина-Фасо, Бурунди, Кот-д^,Ивуар, Мадагаскар, ЮАР, Китай, Филиппины, Папуа-Новая Гвинея.

Мировые запасы кобальта оцениваются примерно в 500 млн. тонн, из них разведанные запасы на 2005 год составляют почти 13 млн. тонн.

Страны, добывающие никель и кобальт

Десятка стран, занимающих ведущие позиции по добыче никеля в 2019 году, выглядела следующим образом:

• 1 место – Индонезия. 800 тыс. тонн.
• 2 место – Филиппины. 420 тыс. тонн.
• 3 место – Россия. 270 тыс. тонн.
• 4 место – Новая Каледония. 220 тыс. тонн.
• 5 место – Австралия. 180 тыс. тонн.
• 6 место – Канада. 180 тыс. тонн.
• 7 место – Китай. 110 тыс. тонн.
• 8 место – Бразилия. 67 тыс. тонн.
• 9 место – Куба. 51 тыс. тонн.
• 10 место – США. 14 тыс. тонн.
• Остальные страны совместно добыли 370 тыс. тонн.
• Общемировая добыча никеля в 2019 году, таким образом, составила: 2 млн. 682 тыс. тонн.

Аналогичные данные по ежегодной добыче кобальта(сведения середины 2020 года) распределены в следующем порядке:

• 1 место – Конго. 90000 тонн.
• 2 место – Россия. 5900 тонн.
• 3 место – Куба. 4900 тонн.
• 4 место – Австралия. 4700 тонн.
• 5 место – Филиппины. 4600 тонн.
• 6 место – Канада. 3800 тонн.
• 7 место – Мадагаскар. 3500 тонн.
• 8 место – Папуа-Новая Гвинея. 3200 тонн.
• 9 место – Китай. 3100 тонн.
• 10 место – Марокко. 2300 тонн.
• К сведению: ещё пять лет назад ежегодная добыча кобальта в мире достигала 124 тыс. тонн.