Ημερολόγιο Εκδηλώσεων

Τίτλος: Βελτιστοποίηση εκχύλισης Ελληνικών λατεριτών χαμηλής ποιότητας σε στήλες για ανάκτηση Ni και Co

Title: Optimization of Column Leaching of Low-Grade Greek Laterites for the Recovery of Ni and Co

Τριμελής Εξεταστική επιτροπή:
Κομνίτσας Κωνσταντλινος, Καθηγητής Σχολής ΜΗΧ.Ο.Π. (επιβλέπων)
Γαλετάκης Μιχαήλ, Καθηγητής Σχολής ΜΗΧ.Ο.Π.
Πετράκης Ευάγγελος, Επίκουρος Καθηγητής ΜΗΧ.Ο.Π.

Περίληψη:
Γενικά η εκχύλιση χαρακτηρίζεται ως μία υδρομεταλλουργική μέθοδος η οποία υπό προϋποθέσεις πραγματοποιεί εκλεκτική διαλυτοποίηση χρήσιμων μετάλλων από ένα μετάλλευμα με χρήση χημικών διαλυμάτων. Η υδρομεταλλουργία συγκριτικά με την πυρομεταλλουργία είναι περισσότερο οικονομική και πιο φιλική μέθοδος προς το περιβάλλον για την επεξεργασία μεταλλευμάτων. Η χρήση πυρομεταλλουργικών μεθόδων απαιτεί υψηλό ενεργειακό κόστος πράγμα που τις καθιστά ασύμφορες για την ανάκτηση μετάλλων από φτωχά Ελληνικά μεταλλεύματα.

Μέχρι σήμερα, η επεξεργασία των φτωχών λατεριτών γίνεται με πυρομεταλλουργικές μεθόδους, όμως έχουν πραγματοποιηθεί αρκετές έρευνες για την αξιοποίησή τους με υδρομεταλλουργικές μεθόδους, όπως είναι η εκχύλιση σε σωρούς.

Το νικέλιο και το κοβάλτιο έχουν εξαιρετικές φυσικές και χημικές ιδιότητες πράγμα που τα καθιστά απαραίτητα σε πολλές εφαρμογές. Η κυριότερη χρήση τους είναι στους πιο κοινούς τύπους μπαταριών ή συσσωρευτών ιόντων λιθίου (Li-ion battery ή LIB) που τροφοδοτούν τα ηλεκτρικά οχήματα. Η παγκόσμια ετήσια παραγωγή και κατανάλωση νικελίου υπερβαίνει τα δύο εκατομμύρια τόνους. Από την άλλη, η ετήσια παραγωγή κοβαλτίου της Ευρωπαϊκής Ένωσης (ΕΕ) είναι σχεδόν 2300 t, ενώ η ζήτηση του είναι περίπου εννέα φορές υψηλότερη και καλύπτεται από εισαγωγές από τρίτες χώρες. Λόγω αυτών γίνονται πάρα πολλές έρευνες με στόχο την πιο οικονομική ανάκτηση νικελίου και κοβαλτίου με υδρομεταλλουργικές μεθόδους. Οι έρευνες αυτές διεξάγονται εδώ και αρκετά χρόνια για τα νικελιούχα λατεριτικά μεταλλεύματα της Ελλάδας.

Οι κύριες υδρομεταλλουργικές τεχνικές που εφαρμόζονται είναι η εκχύλιση με χρήση οξέων σε σωρούς, η εκχύλιση σε αντιδραστήρες υψηλής πίεσης (HPAL) και η βιοεκχύλιση.

Στην παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή ερευνάται η εκχύλιση σε στήλες φτωχών Ελληνικών νικελιούχων λατεριτών από τις περιοχές της Κωπαΐδας και Καστοριάς. Το μετάλλευμα της Κωπαΐδας είναι λειμωνιτικού τύπου, ενώ της Καστοριάς σαπρολιτικού. Για τη διερεύνηση έγιναν τρεις σειρές πειραμάτων (Α1, Α2 και Α3) με εκχύλιση σε δύο στήλες όπου η κάθε μία περιείχε 1 κιλό διαφορετικού τύπου μεταλλεύματος (πχ πείραμα Α1: η 1η στήλη περιείχε μετάλλευμα Κωπαΐδας και η 2η μετάλλευμα Καστοριάς). Το μεταλλοφόρο διάλυμα που προέκυψε από την εκχύλιση στην 1η στήλη χρησιμοποιήθηκε για την εκχύλιση στη 2η στήλη. Επιπλέον, το κάθε πείραμα έλαβε χώρα σε διαφορετικές συνθήκες.

Στο πρώτο πείραμα Α1 χρησιμοποιήθηκε ως διάλυμα εκχύλισης θειϊκό οξύ (H2SO4), συγκέντρωσης 1,5 Μ και αρχικού όγκου 4 L, ενώ στο δεύτερο πείραμα Α2 χρησιμοποιήθηκε θειϊκό οξύ (H2SO4) με συγκέντρωση 3 Μ και αρχικό όγκο 4 L. Στο τρίτο πείραμα Α3 χρησιμοποιήθηκε ως διάλυμα εκχύλισης θειϊκό οξύ (H2SO4) με προσθήκη 20 g/L Na2SO3, συγκέντρωσης 1.5 M και αρχικού όγκου 4 L. Και στα τρία πειράματα η εκχύλιση του μεταλλεύματος Κωπαΐδας διήρκησε 15 ημέρες  και του μεταλλεύματος Καστοριάς  18 μέρες. Σε κάθε στήλη γινόταν ανακυκλοφορία του διαλύματος εκχύλισης ανά ημέρα. Για τον προσδιορισμό των συγκεντρώσεων και τον υπολογισμό των ανακτήσεων των μετάλλων στο κυοφορούν διάλυμα, πραγματοποιήθηκαν χημικές αναλύσεις με τη μέθοδο της Φασματοσκοπίας Ατομικής Απορρόφησης (AAS).

Η εκχύλιση των μεταλλευμάτων Κωπαΐδας και Καστοριάς με χρήση αραιού διαλύματος εκχύλισης 1,5 Μ H2SO4 επιτυγχάνει τις μικρότερες ανακτήσεις για τα μέταλλα Ni, Co, Fe, Mn, Al, Mg και Ca. Όσον αφορά το μετάλλευμα Κωπαΐδας, προκύπτει ότι με χρήση H2SO4 συγκέντρωσης 3 Μ, επιτυγχάνεται υψηλότερο ποσοστό ανάκτησης του Ni (64 %) μετά από 15 ημέρες εκχύλισης. Επίσης, η ανάκτηση του Fe φτάνει το 17,4 % και του Co περίπου στο 89,5 %. Για το μετάλλευμα Καστοριάς, προκύπτει ότι με χρήση H2SO4 συγκέντρωσης 3 Μ, η ανάκτηση του Ni φθάνει μέχρι και 46 % σε 18 μέρες εκχύλισης και του Co περίπου στο 41,8 %. Επίσης, σημαντικό γεγονός είναι η χαμηλή ανάκτηση Fe (6,4 %). Επιπλέον, για το μετάλλευμα Κωπαΐδας, προκύπτει ότι με χρήση H2SO4 συγκέντρωσης 3 Μ και προσθήκη 20 g/L Na2SO3, λαμβάνεται το μεγαλύτερο ποσοστό ανάκτησης του Co (92,8 %) μετά από 15 μέρες εκχύλισης. Επίσης, η ανάκτηση του Fe φτάνει το 15,8 % και του Ni περίπου στο 61.2 %. Για το μετάλλευμα Καστοριάς, προκύπτει ότι με χρήση H2SO4 συγκέντρωσης 3Μ και προσθήκη 20 g/L Na2SO3, η ανάκτηση του Ni αυξάνεται σημαντικά και φθάνει 73.8 % σε μετά από 15 μέρες εκχύλισης ενώ του Co αυξάνει σε 71.6 %. Το ποσοστό ανάκτησης του Fe παραμένει σχετικά χαμηλή και δεν ξεπερνά το 8,4 %.

Τέλος, έγιναν δοκιμές αλκαλικής ενεργοποίησης των υπολειμμάτων εκχύλισης λατερίτη Κωπαΐδας. Στην έρευνα αυτή διερευνήθηκαν οι παράγοντες που επηρεάζουν την αντοχή τους σε θλίψη και άλλες ιδιότητες.