Tratamiento de minerales de níquel

Sara Marcela Ortíz Rodríguez
Universidad de América
Bogotá – Colombia
Operaciones con Sólidos
TRATAMIENTO DE MINERALES DE NÍQUEL: GARNIERITA

1. OBJETIVOS DE FUNCIÓN.
Transformar minerales de níquel para obtener níquel de alta pureza 95 – 99,9%, mediante diferentes
operaciones unitarias.
Producir ferroníquel a partir de un mineral de níquel.
Obtener níquel metálico para ser usado en la fabricación de aceroníquel y de las aleaciones de cobre, cinc y
níquel.
Concentrar el mineral de níquel para la obtención de níquel o ferroníquel.
Contribuir al desarrollo sostenible de la región donde se encuentra la mena.
Fabricar la materia prima de monedas que se realizan con aleaciones de cuproníquel.
Proveer de materia prima para la elaboración de alambres, chapas y recubrimientos.
Comercializar el níquel nacional e internacionalmente.
Generar el principal catalizador para las reacciones de hidrogenación usadas en petroquímica, este es el
níquel.

2. MATERIAS PRIMAS Y CARACTERÍSTICAS.

Mineral de Níquel: Garnierita
Formula química: (Ni,Mg)6[(OH)8//Si4O10.
Sistema: monoclínico.
Dureza: 2 a 3.
Densidad: 2,2 - 2,7.
Color: verde, verde amarillento a verde azulado.
Raya: incolora a blanca.
Brillo: craso a mate.
Fractura: concoidea1.
Tenacidad: frágil.
% de Níquel: 3,3 a 15,1%

Coque
-El coque es un residuo solido poroso que se obtiene por destilación de las hullas
semigrasas
-Gran resistencia a la abrasión y al desgaste.
-No da llamas ni humos en su combustión
-Gran resistencia a la compresión.
-Gran porosidad, debido a su gran superficie por unidad de peso.
-Llama corta con 22 a 26% de materias volátiles.
–El tamaño de partícula para ser alimentado al horno es menor de 300 mm
-PCS2= 29300 kJ/kg PCI3=33700 kJ/kg

Polvo de carbón

- Tamaño de partícula menor a 0,2 mm
- Amorfo
- Gran área superficial.

Gas Natural:
- Usado como combustible en el horno de secado.

1
Tipo de rotura propia de materiales frágiles, de composición homogénea pero amorfa que al trocearse no siguen planos naturales de
separación.
2
Poder calorífico superior (PCS)
3
Poder calorífico inferior (PCS)

- PCS=44000 kJ/kg PCI=39900 kJ/kg

Aglutinantes:
Dextrinas

Las dextrinas son grupos de carbohidrato de poco peso molecular producidos por la hidrólisis del almidón.

o harina de centeno.
- Espato flúor (CaF2).
- Yeso.
- Cal.

3. DIAGRAMA DE PROCESO.

INSUFLACIÓN CALCINACIÓN
FERRONÍQUEL

EXPLOTACIÓN A
CIELO ABIERTO

CRIBADO

REFINACIÓN

TRANSPORTE
TRITURACIÓN

TRITURACIÓN SECADO NÍQUEL

CRIBADO ALMACENAMIENTO


3.1. DIAGRAMA DE FLUJO DE ERAMET (NUEVA CALEDONIA- FRANCIA)

3.2. DIAGRAMA DE FLUJO CERROMATOSO (COLOMBIA)


4. DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS Y OPERACIONES.

1. Extracción del Mineral – A cielo abierto: La mena se extrae por minería a cielo abierto (open pit, ver fig. 1-a), donde
no se emplean explosivos de ningún tipo para la extracción y remoción del material; mediante el uso de palas excavadoras
el mineral es extraído y cargado a camiones (ver fig. 1-b) para ser trasladado desde la mina hasta la planta de
procesamiento. La explotación empieza con la perforación de la roca. Esta se carga en camiones con grandes palas
eléctricas o hidráulicas (ver fig. 1-c) , o con excavadoras de carga frontal, y se retira del foso.

a b c

Figura No. 1. a) Extracción del mineral a cielo abierto. b) Carga del mineral para ser transportado. c) Pala
hidráulica.
2. Almacenado y transporte.

Su almacenamiento debe realizarse evitando el contacto con los ácidos fuertes (sulfúrico, nítrico) pues
pueden ocurrir reacciones violentas, el mineral extraído se almacena a la intemperie en pilas, se usa cintas
transportadoras (figura No. 2) para llevarlo a las operaciones de reducción de tamaño y para alimentar el
horno, el propósito principal de las pilas es garantizar la homogenización (mezclar los tipos y tenores de
mineral sumamente variados) para la alimentación de la planta de procesamiento.
Figura No.2 Cinta transportadora.

3. Trituración y cribado: Después de ser extraído el mineral de la mena se realiza una trituración primaria con una
trituradora de mandíbulas, donde el mineral es reducido desde 1200 mm de diámetro hasta 300 mm, luego se pasa por una
criba vibratoria de 450 mm de apertura, después se lleva el mineral que pasa la criba mediante cintas de transporte a una
trituradora de doble rodillo en donde el mineral es reducido hasta obtener un tamaño de partícula máximo de 60 mm, esta
trituración se realiza húmeda debido a la humedad de la tierra
b


a c

Figura No.3. a) Trituradora de mandíbulas b) Criba vibratoria c) Trituradora de doble rodillo
4. Secado.
Después de ser triturado y cribado la garnierita sufre un secado preliminar, ya que este se encuentra
hidratado pues se encuentra en la tierra y en temporada de lluvia el mineral absorbe agua, lo que hace
necesaria esta operación, en hornos de tambor rotatorio(fig. No.4) de 10m a 27 m de longitud, 2,5 m de
anchura y aproximadamente 4 m de diámetro, en partidas de 600kg.; en las 24 horas se tratan en el horno
alrededor de 2400 kg del mineral. El material tostado contiene 1% de azufre aproximadamente debido a
que se tosta con material que contiene azufre como sales calizas, piritas entre otras4. El material tostado excento de cobre
es de color verde grisáceo y constituye ya un producto comercial, el mineral se seca hasta obtener un 15 a 18% de
humedad.
5. Trituración Terciaria
Después de secado, se tritura de nuevo y se hace pasar por una criba fina, sometiéndolo a continuación por
partidas de 500 kg., hasta obtener un tamaño de partícula de máximo 15 mm en una trituradora
de rodillos.

6.
6. Concentración del mineral
Para poder obtener níquel puro, se debe proceder a una concentración en mata5, es decir, se
tiene que añadir, aunque no se desee, azufre no presente para volverlo a eliminar más tarde
completamente, siendo ésta una desventaja que sólo es compensada por el hecho de que se
puede eliminar la mayor parte de la ganga en forma de escoria vendible.
El mineral finamente molido se moldea en briquetas en una prensa de aglomerados con yeso,
Figura No. 4. Prensa de aglomeradosy algo de espato flúor, también con aglomerantes y polvo de carbón.
cal

7. Reducción - Fundición
Esta operación se lleva a cabo en hornos de cuba, el yeso añadido se reduce produciendo CaS que se transforma con los
silicatos de los metales pesados y sus óxidos, dando a su vez sulfuros y escorificándose la cal, la escoria funde con
dificultado por su elevado contenido de MgO; es por esto que se añade CaF 2, para que se haga más líquida y más pobre en
Níquel, para esto se emplean hornos de camisa de agua de sección 1,5 x 5 m, t, tienen para un mejor efecto reductor una
altura considerable y pasan hasta 150 ton de material en 24 h, con una adición de coque de cerca del 40%. Luego de esta
operación, la mata contiene cerca de 30 – 40% de Ni y 40 – 50% de Fe, el resto es azufre; y la escoria contiene un 0,4 %
de Ni. El Ni se encuentra como óxido de Níquel.
8. 8. Insuflación.
El trabajo de concentración, usual antiguamente, por tostación y fusión ha sudo sustituido
paulatinamente por la insuflación en convertidores con revestimiento básico y adición ácida de
unas 2 ton de cabida. La mata fina obtenida por insuflación con 76 a 79% de Ni, contiene
aproximadamente 0,1 a 0,2%de Fe; el resto es azufre; la escoria, rica en Ni vuelve a fundición del
mineral.

9. 9. Tostación
La mata fina es tostada por completo para eliminar completamente el
azufre (máximo 0,01% S), en hornos de reverbero a una Temperatura
superior a la de disociación del NiSO4, es decir, superior a 885°C, en esta
etapa se obtiene Níquel bruto y escoria.

10. 10. Refinado: El níquel bruto contiene todavía impurezas que lo hacen inapropiado para su elaboración
posterior. Por refundición con entrada de aire es oxidada ya, favoreciendo el NiO disuelto, una parte de
estas impurezas como S, As, C, Si, Pb, Zn y Fe y eliminada. Como desoxidante se añade Mg o Al. Para
efectuar el refinado se emplean hoy casi siempre hornos eléctricos con revestimiento básico del tipo de
Héroult o Helberger y en cubas de Hybinette se utilizan como cátodos, finas chapas de níquel
electrolítico depositadas en baños especiales sobre chapas de Al.. Al terminar la refinación electrolítica

4
Esto corresponde a las impurezas de la garnierita.
5
Formación de una fase de sulfuro líquido (eje o mata) conteniendo el compuesto de interés.

del níquel, que contiene cerca del 95% de Ni y sólo 1,5% hasta 2,5% de Cu.. Los cátodos son cortados en placas pequeñas
o refundidos y presentados en forma de bloques pequeños o granalla.

5. PRINCIPALES VARIABLES.
Concentración de Níquel en el mineral Garnierita pues este puede ser de 3,3 a 15,5%, esto depende de la
ubicación de la mena.
Contexto geográfico e histórico del área donde se encuentra el mineral, ya que determina la calidad de este.
Humedad del mineral, pues esta debe ser de 15 a 18%.
Disposición y vida de la mina.
Tiempo de fundición.
Consumo de combustible, gas natural o coque en los hornos.
Como variable de operación la principal es la temperatura.
Composición final del níquel refinado, así como su contenido de impurezas.
Costos de instalación de planta, de insumos y materias primas.

6. PRODUCTO OBTENIDO (SITUACIÓN EN COLOMBIA Y CONTAMINACIÓN, IMPACTO
AMBIENTAL).

6.1. Situación en Colombia, Latinoamérica y el mundo.
En Colombia, hay una empresa llamada Cerromatoso, ubicada en Córdoba, donde se dedican a producir
ferroníquel, a continuación se muestran gráficas con la producción que tiene este metal en Colombia.
Gráfico No.1 Producción de ferroníquel en Colombia entre los años 2004 a 2008

Tabla No.1. Producción latinoamericana de ferroníquel entre los años 2005 a 2007

Tabla No.2. Producción de ferroníquel en los principales países en el 2007

Gráfico No.2. Principales países productores de Ferroníquel en el mundo.


6.2. Impacto ambiental y contaminación.
Como la extracción se realiza a cielo abierto, esto repercute en la emisión de polvo a la atmósfera.
Como la capa superficial natural que permanecía intacta, al hacer la extracción esta se altera de manera
irreversible dejando un paisaje inerte, para esto las empresas recubren con tierra vegetal la zona de
excavación para volver a reforestar.
Los cursos de agua próximos a la mena pueden resultar afectados, poniendo en peligro la fauna y la flora
del lugar, además el arrastre de las partículas por el agua perjudica a la agricultura, al erosionar y esterilizar
las superficies de cultivo.
Además de su impacto ambiental, acarrea problemas para la salud humana, pues los gases, polvo en
suspensión, ruidos y vivibraciones de la maquinaria pueden afectar temporal o parcialmente a los
habitantes próximos a las minas y a los trabajadores de esta, en forma de enfermedades respiratorias6 o del
sistema nervioso.
Para el manejo del material particulado, los polvos voladores se captan y reciclan.
Cuando se realiza la fusión de los óxidos, las escorias son estables, estas se usan de balastos o rellenos.
Para reducir el impacto ambiental, se reutilizan las escorias como material para firmes de carretera,
hormigones, materiales cerámicos, fertilizantes para la agricultura o elemento para restaurar suelos
defradados.

7. CONTROL DE CALIDAD DEL PRODUCTO.
Para el control de calidad del níquel se tomaron los valores mostrados a continuación de la norma ASTM
A494/A494M – 09. Standard specification for castings, Nickel and Nickel Alloy.
Los requerimientos químicos son mostrados a continuación (son máximos valores):
Tabla No. 3. Requerimientos químicos
Elemento Composición
(%)
C 1
Mn 1,5
Si 2
P 0,03
S 0,03
Cu 1,25
Mo ---
Fe 3
Ni 95 (min)
Cr ---
Cb (Nb) ---
W ---
V ---

6
Cabe resaltar la neumoconiosis, esta es producida por la inhalación de polvo y la consecuente deposición de residuos sólidos
inorgánicos en los bronquios, ganglios linfáticos o el parénquima pulmonar, con o sin disfunción respiratoria asociada.

Bi ---
Sn ---

Tabla No. 4. Propiedades Mecánicas
Propiedad Valor
Resistencia a la tracción, 345
MPa
Módulo de deformación, 125
MPa
Elongación (50 mm), min, 10
%
Dureza HB ---

8. REVIEW.

El níquel es un elemento muy abundante en la Tierra, pero no en la corteza terrestre, la concentración de níquel en esta es
del 0,008%, siendo un elemento que ocupa el puesto 24 en orden de abundancia.
En este trabajo se muestra la producción de níquel a partir del mineral garnierita, el cual comienza con la explotación de la
mena, la cual se hace a cielo abierto, una vez extraído el material este se lleva hacia la planta de procesamiento mediante
camiones, en la planta es almacenado en pilas a la intemperie. A este material se le realiza un pretratamiento antes de
someterlo a los procesos que nos conducirán a obtener níquel de alta pureza, esto consiste en una trituración primaria y un
cribado para obtener partículas de menor tamaño a los terrones que se extrajeron de la mena, luego se lleva a un secado en
hornos de tambor giratorio donde se les retira gran parte de la humedad contenida en el mineral, hasta dejar lo con el 15 a
18% de agua, luego de que se realiza esta operación se le realiza una trituración terciaria y un cribado. Este material
particulado es llevado a una insuflación con el fin de concentrar y obtener una “mata bruta”, el paso siguiente es la
calcinación, en donde se funde el mineral y se convierte en óxido de níquel en esta etapa salen en forma de escoria la
mayoría de compuestos diferentes al níquel como óxidos o silicatos, de este proceso se obtiene ferroníquel bruto, pues aún
tiene varios contaminantes entre ellos el más abundante es el azufre, para eliminarlo se lleva esta mezcla al proceso de
tostación, donde sale en forma de escoria. La refinación del níquel se hace gracias a la electroquímica, pues sobre un
electrodo queda depositadas capas de níquel, esto se retira y se obtiene finalmente el níquel puro.
La norma que regula la calidad del Níquel es la ASTM A494/A494M – 09. Standard specification for castings, Nickel and
Nickel Alloy, en esta se especifican las cantidades de compuestos químicos permitidos y las propiedades mecánicas que
debe tener el níquel paraser de buena calidad.
En Colombia, el ferroníquel es producido por la empresa Cerromatoso en Monteliébano, Córdoba con una producción
anual de aproximadamente50000 ton/año, a nivel Mundial el país principal de ferroníquel es Rusia con 225000 ton/año
aproximadamente.

English Version

Nickel is a very abundant element on Earth, but not in the earth's crust, the concentration of nickel in this is 0.008%, with
an element that
is ranked 24 in order of abundance.
This paper shows the production of nickel from ore garnierite, which begins with the exploitation of the ore, which is
open, once removed, the material is carried to the processing plant by lorry, the plant is stored in piles outdoors. This
material is pretreated before being submitted to the processes that lead us to obtain high purity nickel, this is a primary
crushing and screening for smaller particles to lumps that were extracted from the ore, then is taken to a drying drum
furnaces where they removed much of the moisture contained in the ore, to leave what with the 15 to 18% water, after
performing this operation he underwent a tertiary crushing screening.
This particulate material is carried to a blow to concentrate and get a "brute kills", the next step is the calcination, where
the ore is melted and becomes nickel oxide at this stage come in the form of slag most different nickel compounds such as
oxides or silicates, this process crude ferronickel is obtained, because you still have several pollutants including sulfur is
abundant, to eliminate this mixture is carried to the roasting process, which comes in the form of slag . The refining of
nickel is due to the electrochemical electrode is then deposited on a layer of nickel, this is finally removed and pure
nickel.
The rule regulating quality Nickel is ASTM A494/A494M - 09. Standard specification for castings, Nickel and Nickel
Alloy, this specifies the permitted quantities of chemical and mechanical properties must be the paradise of good quality
nickel.

In Colombia, ferronickel is produced by the company in Monteliébano Cerromatoso, Cordoba with an annual production
of aproximadamente50000 ton / year, the country at the World's leading ferronickel Russia 225000 ton / year or so.

9. BIBLIOGRAFÍA.

A. BALLESTER – L.F. VERDEJA, J, SANCHO, Metalurgia Extractiva Nol II: Procesos de obtención, Editorial Síntesis,
S.A., Madrid (2000)
F. STOHMANN – BRUNOKECL, Gran enciclopedoa de química industrial, teórica , práctica y analítica, tomo XI.
Editorial Barcelona.
KARL WINNACKER – ERNEST WEINGAERTNER, Tecnología química, tomo VI: Metalurgia . generalidades,
Editorial Gustavo Gill S.A.
Patente Estadounidense No. 2778729, Recovery of nickel and cobalt values from garnierite ores. Enero 22 de 1957,
Patente Estadounidense No. 3933477. Method of producing ferro-nickel eor metalic nickel. Enero 20 de 1976.
Las patentes Estadounidenses fueron descargadas de: http://www.patentstorm.us/
Patente Española No. ES 2051 817 (Traducción de patente Europea). Procedimiento para la fabricación de briquetas con
estabilidad de forma y prensa de aglomerados para la realización del procedimiento. Enero 7 de 1994.
UPME, El níquel en Colombia, Ministerio de Minas y Energía, Año 2009.
Norma ASTM /A494M – 09 Standard Specification for Castings, Nickel and Nickel Alloy.

Referencias WEB
http://www.eramet.fr/us/Site/Template/ACCUEIL.aspx?SELECTID=1&
http://www.raulybarra.com/notijoya/archivosnotijoya6/6mineria_metodos.htm
http://www.mineralomadeniquel.com.ve/mineria-niquel/ventana_procesos.html
http://www.mineralomadeniquel.com.ve/mineria-niquel/procesos-ferro-niquel.html
http://www.cathodex.com/market_es.php
http://www.scribd.com/doc/3928814/Pirometalurgia-I-
http://atc.ugr.es/~ignacio/tesis_final.pdf
http://onsager.unex.es/Apuntes/Termo/Tablas-Tema-3.pdf
http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2006/10/09/156236.php

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