Как добывают никель

Никелевая руда была известна еще до ее официального открытия. В течение 17 века на территории нынешней восточной Германии велась активная добыча медной руды. Совместно с ней в месторождениях часто попадалась другая порода — несмотря на схожие свойства, все попытки ее переработки в медь оканчивались неудачей. Единственное применение минералу нашли на производстве стекла, в качестве красителя.

Из-за этого горняки прозвали бесполезную на тот момент руду Kupfernickel — от слов kupfer (медь) и nikkel (обманный, озорной, двуличный). Долгое время порода считалась второсортной. В 18 веке, благодаря развитию минералогии, руда привлекла интерес исследователей. В 1751 году изучением ее свойств занялся шведский специалист Кронштедт.

В ходе опытов ему удалось восстановить из окисла неизвестный металл, по характеристикам схожий с железом. Очищенное вещество было с серебристо-белым оттенком, твердым и пластичным. Благодаря устоявшемуся названию оно было описано как никель.

Будем знакомы: ГМК «Норильский никель»

Свойства никеля

В ходе дальнейших исследований удалось установить другие свойства никеля, благодаря которым он и получил широкое распространение в промышленности. Этому способствовало широкое распространение в залежах по всему миру — вклад в изучение вносили минерологи и химики разных стран. Благодаря этому вскоре после официального описания элемента его характеристики были хорошо известны.

Металлические

В качестве ископаемого, добываемого совместно с рудой, никель был интересен в первую очередь как металл. Ему присущи стандартные параметры:

• характерный оттенок и блеск;
• залегание в минералсодержащих породах — сульфидах и силикатах;
• подверженность окислению;
• твердость и прочность.

Никель причисляют к тяжелым цветным металлам — наряду с медью, свинцом и оловом.

Физические

Одна из основных характеристик, которую установили еще в первые годы открытия и исследований, — высокая пластичность и ковкость никеля. Также установили другие характеристики:

• притягивается магнитом (ферромагнетик);
• высокая жаростойкость;
• высокая устойчивость к коррозии;
• теплопроводность, уменьшающаяся при нагревании;
• температура плавления — 1455 °С;
• удельное электрическое сопротивление 0.0684 мкОМ.

Свойства позволяют применять никель в производстве нержавеющей стали и реактивов. Также благодаря жаропрочности он служит основой сплавов для аэрокосмической промышленности.

Классификация

Также в процессе получения могут добавляться кремень или марганец. Обычно выпускается в виде проволоки. Добавленные элементы заносят в маркировку — НКО и НМц соответственно.

ДЬЯВОЛЬСКИЙ МЕТАЛЛ / НИКЕЛЬ

В некоторых отраслях промышленности применение никеля с лучшими характеристиками необоснованно и оборачивается излишними затратами на сырье и изготовление продукции. Поэтому для изготовления обычных сплавов и заготовок применяют более недорогие разновидности.

Добыча металла в разных странах

Никель распространен на территории всего мира, как железо, кремний или магний. Несмотря на обилие залежей на каждом континенте, лидерами по добыче становятся страны с развитым промышленным комплексом. Это обусловлено особенностью обработки исходной никельсодержащей руды для получения металла в чистом виде.

Сам по себе пригодный для производства металл не встречается — для получения необходимо перерабатывать сульфаты, силикаты и оксиды. Рациональнее всего размещать предприятия в непосредственной близости от места добычи. Например, несмотря на обилие залежей на территории Кубы, в число лидеров по добыче страна не входит.

Крупнейшими предприятиями считаются:

• российский «Норильский никель» — пятая часть мировой добычи;
• канадская компания Vale Inco Ltd;
• китайская Jinchuan Group Co. Ltd;
• австралийская корпорация BHP Billion.

Меньшее количество добывают в Бразилии, Греции, Украине. Количество открытых и действующих месторождений по всему миру насчитывает более 400.

В России залежи сосредоточены в Таймырском округе, на Урале и в Мурманской области. Работы по добыче начались в 19 веке, в период развития металлообработки. Первые рудники были открыты на Среднем Урале — также в ходе разработки медных месторождений. Считалось, что там находятся основные залежи никельсодержащей руды — этому способствовало обнаружение еще нескольких крупных жил.

В ходе интенсивной разработки разведанных ресурсов запасы были истощены. В конце столетия добыча никеля в России переживала упадок — до начала освоения новых залежей. В начале следующего века новые метода геологической разведки позволили обнаружить никель в других областях. В период с 1933 по 1942 гг. были запущены несколько крупных предприятий, регулярно поставлявших партии обработанного никеля для нужд промышленности.

Типы месторождений

Один из параметров, влияющих на объем добычи руды и затраты на обработку, — разновидность породы. Несмотря на идентичные свойства чистого металла, процесс его формирования в природе варьируется. К никелевым рудам относят:

1. Медно-никелевые руды, сульфиды. Преобладающий тип, требующий наименьшего количества энергии для переработки. Распространены на территории СНГ и Канады.
2. Силикаты, кобальт-никелевые. Располагаются в Индонезии, на Кубе. Также именно в таком виде добывали никель в начале развития отечественной добычи — на среднем Урале.
3. Медно-колчеданные и сульфидно-арсенидные руды. Считаются вторичными, так как никель во время добычи не является основным веществом.

Большое количество запасов никеля также залегает на океаническом дне. Поэтому к числу потенциальных лидеров относят также страны, имеющие ресурсы и доступ к соответствующему способу добычи. Однако количество запасов никеля на суше остается настолько большим, что лишние затраты на подобные методы считаются нецелесообразными.

Способы добычи никеля

Разработка месторождений ведется несколькими методами. Выбор связан с типом руды, а также производственными затратами.

1. Открытый способ. Представляет собой карьер. При помощи станков из ступенчатых стен добывают руду, после чего ее при помощи экскаваторов и самосвалов вывозят на поверхность.
2. Закрытый. Происходит на глубине от километра и ниже. Отличается большей степенью опасности, большими тратами на технику и оборудование.
3. Добыча с морского дна. Самый затратный способ, с ограниченными возможностями обработки в месте добычи.

Шахты и скважины устанавливают в местах, где содержатся сопутствующие минералы с полезными свойствами. Это позволяет окупить затраты на добычу. Оптимальным способом добычи остается обычный карьер.

Влияние добычи никеля на экологическую ситуацию в мире

Разработка месторождений связана с ущербом для природы. В процессе добычи уничтожается окружающая растительность, ареалы обитания животных. Из-за негативного воздействия пыли и отходов производства предприятия обязывают ограничивать их распространение. За соблюдение требований к предприятиям по добыче никеля отвечают специальные комиссии. Они формируются государством и контролируют:

• технологичность процессов получения металла;
• захоронение отходов;
• безопасность добычи.

Экологический вред удалось значительно уменьшить в последние годы. Этому способствуют совершенствование промышленности, применение новых способов обработки и фильтрации и использование нового оборудования.

Источник: uglevodorody.ru

Никель: свойства никеля, способы получения, где добывают, динамика курса

Никель обозначается символом Ni. С немецкого языка – озорник, в свои годы имел дурную славу из-за мышьяка.

Содержание статьи

• Как все металлы

• Физические свойства
• Оптические свойства металла
• Исследования кристаллизации

Впервые обнаружить металл удалось в 1751 г. А.Ф. Кронстедту в соединении с мышьяком в руде, которая походила на медную, но медь из нее извлечь не удавалось, впоследствии ее назвали купферникель. Он подвергался многим сомнениям, окончательно утвердили в 1804 году. И. Рихтер получил чистый металл, который сейчас входит в пятёрку самых распространенных элементов Земли.

Атомы данной руды имеют металлическую кристаллическую решетку. Ячейка металла кубическая, все атомы располагаются в вершинах, центре граней. Структура устойчива к давлению. Атомная масса элемента 58,69 г/моль. Имеет четыре электронных слоя, которые полностью заполнены.

Радиус атома 0,124 нм. Поэтому считается насыщенным. Чаще образует соединения в степени окисления +2, 0.

Как все металлы

Никель — металл. Поэтому имеет общие металлические свойства:

• Ковкость;
• Металлический блеск;
• Пластичность;
• Теплопроводность (небольшая);
• Электропроводимость;
• Упругость.

Платина: история открытия металла, области применения, технологии добычи

Физические свойства

Как простое вещество металл имеет блестящий светло-серебристый оттенок. Он устойчив к щелочной, водной, кислотной коррозии. Обладая пластичностью, ковкостью и собственными свойствами:

• Температура плавления 1450 °С.
• Температура кипения 2830 °С.
• Теплопроводность 92 Вт/м.
• Плотность 8,9 кг/дм3.

Оптические свойства металла

Для определения атомов элемента используют двунатриевую соль уксусной кислоты, антраниловую кислоту. Оптическую плотность измеряют Х=1000 ммк. Элемент находят в присутствии кальция, хрома, ртути, алюминия, циркония. Но невозможно найти с медью, железом (см. Железные руды – основа современного производства), кобальтом, висмутом, серебром.

В отраженном свете имеет голубоватый цвет.

Исследования кристаллизации

Кристаллические тела – это металлы, сплавы. Их атомы располагаются в вершинах кристаллических решеток. В процессе кристаллизации образуются разные кристаллические решетки. Имеет гранецентрированную кубическую. Он образует две аллотропические модификации:

• a-Ni при температуре ниже 245°С;
• p-Ni.

Цинк — металл с широким применением и важным биологическим значением

Проведено исследование процесса кристаллизации жидкого никеля. Количество атомов в жидкости возрастает при понижении температуры. Сделан вывод, что сначала элемент имеет рыхлую структуру. Затем группы атомов восстанавливаются.

Классификация

Сплавы разделяют по некоторым признакам. По способам производства:

• литейные сплавы;
• деформируемые заготовки.

По свойствам сплавов:

• жаростойкие;
• жаропрочные;
• комплексные (с необходимыми свойствами).

По области применения:

• диски газовых турбин;
• детали камер сгорания;
• авиационные двигатели.

Палладий — металл, названный в честь метеорита

Добывают везде

Элемент Ni не встречается в чистом виде, только в оксидах, сульфидах и силикатах. Добыча никеля ведется на всех континентах, а плавильни расположены в 25 странах. Большие объемы вторичного, первичного металла поступают на мировой рынок никеля. Запасают никель на известных месторождениях. Где же добывают никель? Основные районы добычи никеля:

• Канада,
• Россия,
• Австралия,
• Куба,
• Албания,
• Греция,
• Украина.

Уникальные месторождения оказывают влияние на развитие горной промышленности. Добыча никеля в мире ведется в 410 месторождениях. Уникальные месторождения в России находятся в Норильске-1, Талнахском и Октябрьском. В мире имеются 2 месторождения в Канаде, 3 в Австралии, 1 в Китае, в Греции, в Новой Каледонии, 2 в Индонезии.

Серебро — древнейший драгоценный металл

Где же добывают никель в России? В настоящее время страна обладает богатыми запасами ресурса, занимая первое место в мире по его производству. Добыча никеля в России происходит в Таймырском округе (69%), Мурманской области (17%), Урале (11%).

Производство никеля в России ведётся:

• ОАО ГМК «Норильский никель»(95%);
• ОАО «Южурал-никель»;
• ОАО «Уфалейский никелевый комбинат»;
• ЗАО ПО «Режникель».

Производство никеля в мире:

• «Vale Inco Ltd» в Канаде;
• «Western Mining Corp.» в Австралии;
• «Jinchuan Group Co. Ltd» в Китае;
• « Goro Vale» в Новой Каледонии.

Получение металла

Синтез частиц никеля проводят химическим способом из малорастворимого карбоната с использованием восстановителей. Основные способы получения никеля: плавка, пиро- и гидрометаллургические методы. Как добывают никель в современном мире? Получение никеля делится на несколько этапов:

• Руду подвергают дроблению, сушке. Удаляется лишняя влага.
• Образуются флюс и гипс.
• Затем к продуктам добавляют кокс и переплавляют.
• В результате получается шлак и штейн.
• Штейн продувают в конвертере.
• Выходит белый никелевый штейн.
• Из шлака извлекают угарный газ.
• Никелевый штейн дробят, обжигают.
• Закись восстанавливают древесным углём. Пыль возвращают на обжиг (см. Страны лидеры по добыче угля).
• Проводят рафинирование.

В руках ювелиров хрупкий, а у металлургов?

Первое применение металлу придумали ювелиры. Руда не темнеет на воздухе, легко обрабатывается. Применяли в изготовлении украшений, домашней утвари, монеты. Выплавляемый в то время металл не был благородным. Его хрупкость была непригодна для обработки в то время.

Небольшая доля серы, кислорода в сплаве крайне изменяли свойства, разрушая плёнку.

Железные руды – основа современного производства

Большая часть металла используется в получении сплавов с железом, хромом, медью. Сейчас усердно развивается реактивная техника, создаются газотурбинные установки. Здесь важны жароустойчивые сплавы никелевой руды. Их используют в производстве атомных реакторов, щелочных аккумуляторов, антикоррозионных покрытий. Чистый металл применяют в изготовлении листов, труб.

Почему высоко ценится

Элемент имеет удивительные свойства, ценящиеся в промышленном производстве. Благодаря пластичности легко получить желаемую форму. Металл стойкий в агрессивных растворах, не вступает в реакцию с кислородом. Взаимодействует в сплавах с большинством металлов, свойства которых можно улучшить.

Динамика курса

Выпуск никеля ежегодно составляет 4,4-4,8 млн. тонн. Согласно прогнозу экспертов, стоимость никелевой руды будет примерно 9000$ за 1 т., в течение 12 месяцев. В этом году избыток металла составит порядка 100 тыс. т. Цену на руду фиксирует биржа LME, где покупают фьючерс на сырье. В России подобного нет, поэтому подходящий способ инвестиций — покупка акций компании НорНикель (см. Куда инвестировать деньги?).

Интересные факты о никеле

• Сто лет назад элемент был экзотическим металлом. Произведенной из него посудой пользовались только особы голубых кровей, например, императоры Австрии.
• Царская Россия не имела никелевой промышленности. Его привозили из-за границы. Промышленность создали при советской власти, а первый завод начал работать в 1934 году.
• Растения и микроорганизмы накапливают руду. Никель находят в каменных углях, сланцах. В Англии зола угля содержит 78 кг никеля на тонну.

Источник: promdevelop.com

Никель и кобальт: свойства, способы добычи и переработки

Никель и кобальт – это цветные серебристо-белые металлы, широко востребованные в химии и металлургии. Самое интересное, что своим названиям данные элементы обязаны хитрым и коварным персонажам древних саксонских легенд, устраивавшим рудокопам всяческие козни при добыче полезных ископаемых. И тот и другой были открыты и описаны в первой половине XVIII века двумя шведскими учёными Г. Брандтом и А. Ф. Кронстедтом.

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

• 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.

Источник: xn--80aegj1b5e.xn--p1ai