Analiza możliwości odzysku metali z konkrecji oceanicznych

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Analiza możliwości odzysku metali z konkrecji oceanicznych"

Konrad Dobrowolski
8 lat temu
Przeglądów:

1 Analiza możliwości odzysku metali z konkrecji oceanicznych Panel III: Górnictwo morskie - eksploatacja oceanicznych kopalin polimetalicznych Katarzyna Leszczyńska-Sejda

pracujący także dla potrzeb innych branż

2 Instytut Metali Nieżelaznych w Gliwicach Centralny ośrodek badawczy przemysłu metali nieżelaznych - pracujący także dla potrzeb innych branż przemysłowych, związanych z produkcją i z zastosowaniem metali nieżelaznych

3 Struktura IMN Oddział w Legnicy 1. Zakład Przeróbki Surowców Mineralnych 2. Zakład Hutnictwa 3. Zakład Hydrometalurgii 4. Zakład Chemii Analitycznej 5. Zakład Ochrony Środowiska 6. Zakład Metalurgii Proszków 7. Zakład Materiałów Funkcjonalnych 8. Zakład Technologii Przetwórstwa Metali i Stopów

4 Profil działalności IMN

5 Wprowadzenie konkrecje Mn-Fe znane są od 1872 roku, kiedy zostały odkryte i po raz pierwszy opisane podczas ekspedycji oceanicznej statku badawczego HMS Challenger Sir Ch. W.Thomson

Konkrecje Surowce mineralne w postaci konglomeratów składających się z różnych pierwiastków (Mn, Fe, Co, Ni, Cu) występujące na dnie oceanów, co ważne ich skład

: zęby rekina, fragmenty muszli zarodki pochodzenia mineralnego, np.

6 Konkrecje Surowce mineralne w postaci konglomeratów składających się z różnych pierwiastków (Mn, Fe, Co, Ni, Cu) występujące na dnie oceanów, co ważne ich skład jest różnych i zależny od miejsca powstania Powstają zwykle wokół zarodków, którymi najczęściej są: zarodki pochodzenia biogenicznego, np.: zęby rekina, fragmenty muszli zarodki pochodzenia mineralnego, np.: fragmenty innych konkrecji, okruchy skał wulkanicznych Ze względu na skład konkrecje stanowią bardzo perspektywiczne źródło metali Konkrecje zalegają na głębokości m Rozmiar konkrecji jest różny waha się od 1 do 15cm, chociaż zdarzają się także takie o masie 500kg i długości 0,5m

7 Konkrecje Złoża perspektywiczne to: Clarion Clipperton Peruwiańskie Kalifornijskie Menarda Centralnopacyficzne Centralnoindyjskie Na podstawie konwencji o prawie oceanicznym podpisanej w 1982 roku przez Międzynarodową Organizację Dna Morskiego, na Oceanie Spokojnym wydzielono działki na dnie których znajdują się konkrecje manganowe Polska jako kraj członkowski jest również współposiadaczem takiej działki, w wyniku czego nasz kraj został zobowiązany do opracowania technologii wydobycia konkrecji manganowych z dna oceanu Polska działa w ramach konsorcjum, Interoceanmetal Joint Organization z siedzibą w Szczecinie, zrzeszającego takie kraje jak: Czechy, Rosja, Słowacja, Bułgaria, Kuba

8 Skład polimetalicznych konkrecji oceanicznych Średnia zawartość metali, % Mn Fe Si Al Co Ni Cu 18,6 12,5 7,7 7,7 0,27 0,66 0,45 Składniki płonne Rodzaj składnika Zawartość, % SiO 2 90 Al 2 O 3 10 Ocean Zasoby, mld t Spokojny 165 Indyjski 43 Atlantycki 9 Zawartość składników płonnych: ~30% Zawartość wilgoci: ~30%

9 Skład polimetalicznych konkrecji oceanicznych Ocean Metal Spokojny Indyjski Atlantycki mangan 19,63 17,23 13,17 żelazo 12,20 13,52 13,39 nikiel 0,65 0,53 0,41 miedź 0,47 0,34 0,19 kobalt 0,28 0,21 0,22 cynk 0,14 0,09 0,07 ołów 0,07 0,09 0,07 molibden 0,04 0,03 0,03 tytan 0,65 0,39 0,40 cyrkon 0,07 0,04 0,09 składnikami konkrecji są również metale szlachetne i metale ziem rzadkich 0,01-0,02%

10 Potencjał metali

11 Ryzyko dostaw Metale krytyczne metale ziem rzadkich metale szlachetne kobalt Znaczenie ekonomiczne

12 Złoże Clarion Clipperton Konkrecje to mieszaniny faz amorficznych typu Fe(OH) 3, Mn(OH) 2 i krystalicznych, charakteryzują się barwą czarną, materiał ten jest słabo zwięzły i łamie się oraz kruszy w palcach bez wyraźnego wysiłku Metal Zawartość, % mangan 28,0-29,0 żelazo 4,9-6,5 nikiel 1,3-1,4 miedź 1,2-1,3 kobalt 0,15-0,25 cynk 0,13-0,15 molibden 0,05-0,06 cer 0,05 cyrkon 0,04 lantanowce 0,02 wolfram 0,01 lit 0,01 Konkrecje Mn-Fe polerują się bardzo dobrze, co oznacza, że ich twardość jest stosunkowo niska i nie przekracza 2,5-3,0 w skali Mohsa

Złoże Clarion Clipperton Analiza składu: substancje amorficzne, związane głównie ze słabo skrystalizowanymi wodorotlenkami manganu(ii) i żelaza(iii) cztery fazy krystaliczne: Al 2 [(OH) 2 Si 4 O 10 ]

13 Złoże Clarion Clipperton Analiza składu: substancje amorficzne, związane głównie ze słabo skrystalizowanymi wodorotlenkami manganu(ii) i żelaza(iii) cztery fazy krystaliczne: Al 2 [(OH) 2 Si 4 O 10 ] nh 2 O), polimorficzna odmiana FeOOH (goethyt), nieuporządkowana struktura typu δ-mno 2 nh 2 O m(r 2 O, RO, R 2 O 3 (vernadytbirnessyt, gdzie R = Na, Ca, Co, Fe, Mn) i kwarc Ziarna kwarcowe osiągają maksymalnie 10μm średnicy, a ich ilość stanowi mniej niż 0,1% objętości badanych próbek Głównym składnikiem badanych konkrecji jest wodorotlenek manganu(ii)

14 Złoże Clarion Clipperton Skład Analizy w % wag Si 1,67 1,68 3,56 17,81 1,55 4,62 1,13 3,58 3,13 20,40 22,17 10,36 Mn 42,45 42,41 42,14 6,15 40,70 36,37 42,65 46,58 40,01 5,99 5,08 32,52 Fe 1,02 1,35 2,09 10,62 1,41 5,71 3,00 3,14 7,77 21,68 20,84 7,42 Ni 1,79 2,08 2,74 0,36 1,98 1,54 1,67 2,53 1,09 0,37 0,42 0,90 Cu 2,31 2,49 2,13 0,45 2,08 1,78 2,02 1,58 1,43 0,62 0,64 1,14 Co 0,11 0,28 0,68 0,56 Mo 0,17 0,06 0,28 Zn 0,61 0,31 Ti 0,21 0,31 0,31 0,22 0,46 0,16 0,41 0,42

15 Analiza półilościowa Składniki Zawartość, % O 37,3 Na 2,46 Mg 1,97 Al 2,30 Si 6,53 Ti 0,24 V 0,05 Cr 0,02 Mn 33,4 Fe 5,76 Co 0,18 Ni 1,40 Cu 1,37 Zn 0,17 Sr 0,07 Y 0,01 Zr 0,04 Mo 0,32 Tl 0,02 Złoże Clarion Clipperton Klasa ziarnowa, mm Zwartość, % >40 0, , , , , , , ,55 <1 2,00 Analiza ilościowa Zn - 0,15%, Co- 0,15%, Mn -28,1%, Cu-1,16%, Mo-0,056%, Ni 1,26% Fe 4,85% zawartość wilgoci 24% Analiza ziarnowa

16 Technologie odzysku metali z konkrecji procesy pirometalurgiczne (wytop-redukcja, rafinacja) procesy hybrydowe (kombinowane): wstępna obróbka termiczna polegająca na redukcji i otrzymaniu bogatego żużla manganowego oraz stopu Fe-Ni-Cu-Co poddawanego dalszej obróbce w procesie hydrometalurgicznym procesy hydrometalurgiczne (ługowanie kwaśne lub alkaliczne, ekstrakcja rozpuszczalnikowa/ elektroliza)

WADY ZALETY materiał o wysokiej zawartości wilgoci duże inwestycje aparaturowe niska selektywność odzysku metali niska wydajność (<90%) odzysku

17 WADY ZALETY materiał o wysokiej zawartości wilgoci duże inwestycje aparaturowe niska selektywność odzysku metali niska wydajność (<90%) odzysku metali mała liczba operacji brak roztworów odpadowych minimalizacja materiału do przerobu wysokie zużycie energii produkt końcowy kamień Cu-Co-Ni

18 żużel żelazowy z Ni, Co, Cu Schemat hutniczego przerobu konkrecji manganowych hutniczy C, CaO, SiO 2 SiO 2 Płukanie, suszenie, topienie, selektywna redukcja Utlenianie konkrecje stop żużel manganowy żużel żelazowomanganowy - odpadowy stop O 2 Nasiarczanie kamień Cu-Co-Ni

WADY ZALETY duża ilość roztworów odpadowych duża liczba operacji jednostkowych problem z Mn i Fe wprowadzenie ponad 90% materiału do roztworu

19 WADY ZALETY duża ilość roztworów odpadowych duża liczba operacji jednostkowych problem z Mn i Fe wprowadzenie ponad 90% materiału do roztworu niskie zużycie energii małe inwestycje aparaturowe wysoka wydajność i selektywność odzysku metali wysoka czystość produktów (metale, sole i/lub tlenki)

20 konkrecje Kruszenie, mielenie wodny roztwór amoniaku, CO, Cu. (NH 4 ) 2 CO 3 Ługowanie odpad Mn-Fe po ługowaniu Ekstrakcja Cu, Ni od Co roztwór do odzysku Co Reekstrakcja Cu Elektrowydzielanie Cu Cu Schemat przerobu konkrecji manganowych Kennecott- Cuprion Reekstrakcja Ni Elektrowydzielanie Ni Ni

21 konkrecje Kruszenie, mielenie kwas siarkowy(vi), gazowy tlen Ługowanie dwuetapowe przeciwprądowe odpad Mn-Fe po ługowaniu Oczyszczanie roztworu żelazo Ekstrakcja Cu i Ni od Co roztwór do odzysku Co Schemat przerobu konkrecji manganowych Hindustam Zinc LImited Reekstrakcja Cu Reekstrakcja Ni Elektrowydzielanie Cu Elektrowydzielanie Ni Cu Ni

22 konkrecje Kruszenie, mielenie HCl Schemat przerobu konkrecji manganowych Metallurgie Hoboken-Overpelt H 2 S Ługowanie Ekstrakcja / reekstrakcja Fe Strącanie Cu odpad po ługowaniu FeCl 2 siarczki Cu H 2 S Strącanie Ni i Co siarczki Ni i Co Strącanie Mn MnO 2

23 optymalne koszty energetyczne optymalne inwestycje aparaturowe wysoka selektywność i wydajność odzysku metali minimalizacja ilość ścieków minimalizacja materiału do przerobu wysoka jakość produktów

24 konkrecje żużel Mn-Fe odpad po ługowaniu Suszenie i selektywna redukcja żużel manganowy Topnienie, redukcja stop (6-8%) Schemat przerobu konkrecji manganowych w procesie INCO utleniacz/ H 2 SO 4 Utlenianie, nasiarczanie, konwertorowanie kamień Ługowanie utleniające - ciśnieniowe Oczyszczanie roztworu żelazo Hydrometalurgiczny rozdział Ni, Cu, Co metale / tlenki / sole

25 konkrecje odpad po ługowaniu Suszenie i selektywna redukcja żużel manganowy Topnienie, redukcja stop (6-8%) Schemat przerobu konkrecji manganowych Kohga, Takahashi, 1995 Cl 2 Utlenianie, nasiarczanie, konwertorowanie kamień Ługowanie chlorem żużel Oczyszczanie roztworu żelazo Hydrometalurgiczny rozdział Ni, Cu, Co ekstrakcja/elektroliza Ni Co Cu

26 Porównanie parametrów technologicznych Proces Parametry / Wydajność, % Metoda TRL Hutniczy Kennecott HZL Matllurgie Hoboken- Overpelt INCO Kohga, Takahashi topienie, utlenianie, nasiarczanie odzysk: Cu-75, Ni-70, Co-70 ługowanie amoniakalne odzysk: Cu-90, Ni-90, Co-90 ługowanie H 2 SO 4 z O 2 dwustopniowe atmosferyczne i ciśnieniowe - przeciwprądowe odzysk: Cu-95, Ni-95, Co-80 ługowanie HCl odzysk: Cu-98, Ni-98, Co-98, Mn-98 topnienie, redukcja odzysk manganu, ługowanie H 2 SO 4 odzysk: Cu-90, Ni-95, Co-95 topnienie, redukcja odzysk manganu, ługowanie Cl 2 odzysk: Cu-99, Ni-99, Co-99 hutnictwo hydrometalurgia SX/EW hydrometalurgia SX/EW hydrometalurgia SX/strącanie hybryda hybryda badania laboratoryjne instalacja pilotowa instalacja pilotowa instalacja pilotowa instalacja pilotowa badania laboratoryjne

27 H 2 SO 4 konkrecje Kruszenie, mielenie, topienie, redukcja stop Ługowanie żużel Mn-Fe odpad po ługowaniu Mn-Fe Ekstrakcja/ elektrowydzielanie Wymiana jonowa/ elektorwydzielanie Frakcjonowana krystalizacja Techniki membranowe Propozycja przerobu konkrecji manganowych IMN

28 Problemy aspekt ekologiczny aspekt techniczny (urządzenia zbierające) aspekt ekonomiczny transport na powierzchnię oceanu aspekt prawny przeróbka konkrecji - odzysk metali

29 Zasoby aparaturowe IMN

30 Zasoby aparaturowe IMN

31 Aby osiągnąć wielkie rzeczy musimy nie tylko działać ale i marzyć; musimy nie tylko planować ale też wierzyć A. France dr inż. Katarzyna Leszczyńska-Sejda kasial@imn.gliwice.pl

Podobne dokumenty

Procesy biotransformacji

Procesy biotransformacji Biohydrometalurgia jest to dział techniki zajmujący się otrzymywaniem metali przy użyciu mikroorganizmów i wody. Ma ona charakter interdyscyplinarny obejmujący wiedzę z zakresu biochemii, geomikrobiologii,