FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA E INGENIERÍA METALÚRGICA CARRERA PROFESIONAL: INGENIERÍA METALÚRGICA

METALURGIA DEL NIQUELIntegrantes:

Kevin Flórez Quispe José Luis Díaz Ruiz

Ing.: Milner Segovia Segovia

EMPLEOSEl níquel ocupa una posición intermedia dentro de los metales, puesto que las propiedades de este metal en su forma pura son lo suficientemente atractivas para que el 27% de su producción aparezca en esta forma, pero por otra parte es sumamente útil en combinación con otros metales. Formando aleaciones que contengan del 0.5 al 80%de níquel.

MENASEl níquel se encuentra en la naturaleza únicamente en las dos formas siguientes: como silicato y como sulfuro asociado con los sulfuros de hierro de cobre. El mayor yacimiento de silicato se encuentra en Nueva Caledonia, isla enclavada en el Pacifico meridional. Las menas de Nueva Caledonia constan principalmente de neumeíta o garnierita. Mientras que en un principio las menas contenían del 10 al 12% de níquel, en la actualidad la composición de este material se aproxima mas a la siguiente: Ni 6%, SiO2 48%, Fe 14%, MgO 15%, agua combinada 10%.Hoy las menas mas importante de níquel son los sulfuros del yacimiento de Sudbury, de Canada. Esta mena consta de sulfuros de níquel-cobre y pirita o pirrotita de hierro magnetica, y mezclada con una ganga mas o menos rocosa.

REDUCCION DE MENAS DE SILICATOla recuperación del

níquel a partir de las menas de silicato, que no contienen ni Cu, ni S, ni otros elementos, parece un problema sencillo, ya que la

mena es susceptible de fundirse con

fundente y coque para obtener níquel bruto.

El método que ahora se emplea implica la producción de una

mata, añadiendo algún material sulfurado

junto con fundentes para la ganga

siliciosa. La mata obtenida contiene del 30 al 45% de niquel, y

escoria, cuyo contenido de este

metal es del 0.35% se desecha.

la mata se sopla en pequeños

convertidores para dar un producto que contiene 80% de níquel y 20% de

azufre, asi como una cantidad de hierro que

no sobrepasa del 0.3%.

este material se muele en molinos de bolas

hasta un tamaño de 60 mallas y se tuesta en hornos de hogares

multiples hasta quedar libre de azufre y consta solo de oxido de níquel puro. Luego

este óxido puede reducirse con algún

material carbonoso en hornos de reverbero

para obtener el níquel metálico.

REDUCCION DE MENAS DE SULFURO

Producción de matas de cobre-níquel

Los concentrados crudos, que

contienen 1.5% de Cu, 4.4% de Ni, 43% de Fe, 26% de S, 15%

de SiO2, 4.5% de alumina, 2.3% de

cal y 2.5% de oxido de magnesio

se tuestan en hornos Nichols-Herreshoff de 10 hogares hasta

reducir el contenido de

azufre al 16%.

El producto calcinado

caliente, que se almacena

durante un corto plazo de tiempo, se alimenta, junto con una pequeña de mena bruta,

polvos voladores y fundentes apropiados,

a un horno de reverbero de 33x7.2m, que quema carbón

pulverizadoEstos hornos de reverbero funden

unas 1000 toneladas de

carga/dia para producir una

mata que contiene 17% de

cobre más níquel, 51% de Fe y 27% de S

Que luego se envía a los

convertidores para someterlo a

un tratamiento posterior

La escoria producida en este horno contiene

aproximadamente 0.45% de cobre

mas níquel

42.5% de Fe, 1.8% de S, 32% de sílice, 6% de alumina, 3% de

cal y 3% de magnesio.

ConversiónSe emplean convertidores Peirce-Smith de unas 100 toneladas de capacidad de mata. La mata se sopla con fundente silicioso, hasta que casi todo el hierro se ha separado y el convertidor esta lleno de una mata rica, que contiene 75% de cobre mas níquel, 20% de S y 0.3% de Fe. La mata se rompe en pequeños trozos y se envía al proceso de separación en dos capas.

Proceso de ´´separación en dos capas´´

Este proceso se basa en el hecho de que un sistema fundido de sulfuro de níquel, cobre y sodio, se separa en dos capas liquidas cuando se alcanza el equilibrio.

La capa superior contiene casi la totalidad de los sulfuros de cobre y de sodio, y la inferior, la mayor parte del sulfuro de níquel.

En el primer tratamiento, la mata Bessemer (48% de níquel, 27% de cobre, 2% de hierro y 22% de azufre) se funde en cubilotes con sulfato sódico, coque, las cabezas obtenidas en el segundo tratamiento y varios subproductos de fusión.

El sulfuro fundido se introduce en potes, donde tiene lugar la estratificación durante un periodo de enfriamiento de 36 horas. En este paso se obtienen las ´´primeras cabezas´´, contienen 40% de cobre, y 4% de níquel, y las ´´primeras colas´´, que encierran 9% de cobre y 65% de níquel.

En la segunda fusión se emplean las ´´primeras colas´´ junto con sulfato sódico recuperado de los convertidores básicos. En este tratamiento se obtienen las ´´segundas cabezas´´ con 15% de cobre y 12% de níquel, y las ´´segundas colas´´ con 2% de cobre y 72% de níquel.

Las ´´primeras cabezas´´ se funden y se envían a convertidores con revestimiento básico donde se oxida casi todo el sulfuro sódico a sulfato, en el que no son solubles ni el sulfuro de níquel ni el de cobre

Por consiguiente, el sulfuro de cobre se sedimenta en el fondo del convertidor, y el sulfato sódico, que flota y se separa en la parte superior, puede recuperarse y devolverse al proceso.

Este sulfuro de cobre, que contiene una pequeña cantidad de níquel, se lleva a convertidores de revestimiento acido, ya que, no resulta practico emplear revestimientos básicos para obtener cobre blíster por soplado.

Este cobre blíster se lleva a dos hornos de sedimentación con objeto de licuar y separar una parte del níquel en forma de oxido.

Este asciende a la superficie, se separa en forma de espuma y se envía de nuevo al horno de reverbero, mientras que el cobre restante se moldea para obtener ánodos y se envía a la refinería electrolítica.

LixiviaciónLas ´´segundas colas´´, que contienen la mayor parte del níquel, se someten al llamado ´´proceso húmedo

´´.

El material se muele hasta un tamaño de 60 mallas y se mezcla con agua en depósitos de lixiviación de hormigón revestido de plomo y provisto de fondo filtrante, cada uno de los cuales contiene unas 75

toneladas de sulfuro.

El agua se cuela a través de esta masa hasta que, al cabo de unas 48 horas, la mayor parte

del sulfuro sódico se arrastra por lavado. A continuación se añade acido sulfúrico diluido

y caliente para disolver el hierro de forma selectiva, aunque también se disuelve una

cantidad considerable de níquel; por consiguiente, las soluciones concentradas se

almacenan en depósitos para tratarlas posteriormente.

Este material, que se conoce con el nombre de ´´sulfuro lavado´´, contiene 74% de níquel, 0.12% de hierro y 1.5%de cobre.

Luego el sulfuro lavado se envía a los hornos de calcinación, donde, después de una tostación

preliminar para reducir el contenido de azufre del 27 al 4%, el sulfuro se mezcla con un 50% de sal gruesa y

se somete a una tostación clorurante.

Al cabo de 24horas se tiene lugar a la cloruracion completa de cobre.

Luego este material se carga en depósitos de lixiviación y se lava con la solución diluida y agua

caliente, para separar el cloruro cuproso por lixiviación, aunque algo de níquel pasa también a la

solución.

Esta solución de lixiviación se trata con chatarra de cobre para separar, por cementación, los metales del grupo del platino que puedan haber pasado a la solución; el solido que queda se conoce con el nombre de ´´oxido de níquel verde´´ y contiene 77% de níquel, 0.4% de azufre y 0.1% de cobre aproximadamente.

Este oxido se mezcla con un 20% de carbonato sódico y se tuesta a 1200°C con el fin de separarlo para la próxima operación de lixiviación, en el que se lava con agua caliente para separar las sales sódicas (principalmente Na2S).

El producto final del proceso húmedo, llamado ´´óxido de níquel negro´´ contiene aproximadamente 77.5% de níquel, 0.1% de cobre, 0.25% de hierro y 0.005 0.008% de azufre; este producto se envasa en barriles de 450 kg.

Fabricación del níquel electrolíticoel sulfuro se lixivia

como antes, se disulfura en una

maquina de sinterizacion

Dwight-Lloyd hasta un contenido de

0.4% de azufre y se reduce a metal en

un horno de reverbero.

A continuación los ánodos fundidos de

este material se electrolizan de

modo muy parecido al que sucede con

el cobre. En depósitos se fabrican chapas

iniciales de níquel puro por

electrodeposición del metal sobre el

aluminio.Los ánodos pesan unos 190 kg., y las chapas iniciales,

unos 5. La composición de los

ánodos es aproximadamente

la siguiente:

-95% de níquel-2% de cobre

-0.75% de hierro-0.75% de azufre

En la electrolisis debe emplearse un diafragma para evitar la mezcla de las soluciones. Cada cátodo se coloca en una ´´caja´´ o cámara que consiste en un bastidor de madera, que lleva una lona en los lados paralelos a las caras del cátodo.

Este electrolito puro contiene unos 40 g. de níquel (como sulfato), 20 g. de acido bórico y menos de 0.005 g. por litro de cobre-hierro; el pH se mantiene alrededor de 5.

Durante la electrolisis se toma electrolito impuro del comportamiento del ánodo, se calienta a unos 80°C y se hace pasar por una serie de depósitos de cementación con objeto de separar el cobre.

El material de cementación está constituido por níquel finamente dividido obtenido en la reducción del óxido verde con el carbón vegetal.

La solución purificada se envía a espesadores Dorr, donde el flujo inferior se devuelve por bombeo al primer deposito de cementación, mientras que en el de rebose se separa el hierro, precipitándolo en forma de hidróxido.

En este momento se añade carbonato de níquel para neutralizar el acido libre. Una vez que abandona el deposito de precipitación, la solución se filtra y el filtrado limpio se envía a las cámaras catódicas para completar el circuito.

Los iones de níquel que se forman como consecuencia de la disolución del ánodo, deben pasar del comportamiento anodico a través del calentador y por los procesos de cementación y separación del hierro, para volver al compartimento catódico antes de descargarse en el cátodo.

La electrolisis se realiza con un rendimiento de corriente del 94%, una caída de potencial entre electrodos de 2.4 voltios y un densidad de corriente de 132 amperios por m2.

Los catodos de níquel se cortan en varios tamaños o se funden en forma de lingotes o de granalla. Los lodos anodicos descienden al fondo de la cuba, del que se separan periódicamente, y se lavan y se filtran como en el caso del cobre.

Sin embargo, estos lodos no pueden considerarse como productos corrientes, debido al hecho de que contienen grandes cantidades de platino, asi como oro y plata, y proporciones apreciables de selenio y telurio.

EL PROCESO MOND

Este proceso que se basa en la formación de un carbonilo cuando el níquel se expone a la acción del oxido de carbono; este carbonilo se descompone mas tarde en níquel metal y oxido de carbono.

La materia prima es una mata Bessemer que contiene el 40% de Ni, 40% de Cu y 15-17% es azufre, esta materia prima se envía a la refinería de Swansea (gran Bretaña

donde se muele hasta un tamaño de 60mallas y se tuesta a una temperatura de 650·C para someterla a la lixiviación con acido sulfúrico, en la que gran parte de cobre se separa en forma de sulfato.

La solución de sulfato de cobre se trata en un filtro prensa para separar el oxido de niquel que no se ha disuelto, y el sulfato de cobre se recupera por cristalización el residuo del oxido de niquel, que solo contiene pequeñas cantidades de cobre se trata con gas de agua a una temperatura de 350- 400ºC hasta que la mayor parte del niquel se reduce a metal.

A continuación se enfría y se introduce en instalación es de volatilización, donde se expone a la acción de oxido de carbono gaseoso a unos 60ºC

Ni +4CO ------Ni(CO)4

PREPARACIÓN DE LA MENA

La mena se quebranta con rodillos hasta un tamaño de 10cm, y, a continuación, se trata en secadores rotatorios para reducir el contenido de humedad del 28 a 2.5%. En la instalación de trituración el tamaño de la mena se reduce a unos 15mm y en los molinos hardinge montados en circuito cerrado con separadores de aire, se obtiene un producto, el 90% del cual es de un tamaño de 100mallas a continuación la mena molida puede enviarse directamente a la instalación de reducción.

En condiciones reductoras, la mena molida se tuesta en doce hornos nichols herreshoff de 21m de altura y 6.75 de diámetro que cuentan con 16 hogares una innovación del proceso es el empleo de vapor en vez del aire, para enfriar los brazos de remoción y asegurar las condiciones reductoras.

LIXIVIACIÓN Y LAVADO

La lixiviación se lleva en tres series de separadores, cada una de las cuales consta de tres fases, que funcionan en contracorriente, fases que cuentan con de un bloque de turbo aireadores seguido de un espesador de door, para facilitar la disolución del niquel, así como para oxidar y precipitar el fe disuelto, se introduce aire a presión, el aire agotado se lleva a los torres de absorción donde se lava con agua para separar el amoniaco que lo satura.

El lavado se realiza en es pesadores door en dos series de dos fases cada una de las cuales en contracorriente en l a ultima fase de cada serie de lavado se añade solución amoniacal procedente de la instalación de recuperación del niquel y amoniaco, junto con el agua que procede de las torres de lavado de aire.

PRECIPITACIÓN.

En la instalación de recuperación de amoniaco y niquel la solución se airea en turbo mezcladores y se filtra para separar los últimos trazas de fierro y de mena en suspensión y a continuación se bombea a unos alambiques, donde se destila con vapor para separar el amoniaco y precipitar el niquel como carbonato de niquel básico. El producto de cabeza de los alambiques, que contiene amoniaco y vapor de agua, se enfría y, a continuación se dirige a una batería de torres de absorción, donde el amoniaco se re disuelve para formarla solución de lixiviación fresca.