Π. Τζεφέρη : Η ορυκτολογία των νικελιούχων λατεριτών και η συμβολή της στην εξαγωγική μεταλλουργία

Τα εκμεταλλεύσιμα κοιτάσματα που αποτελούν τροφοδοσία του πυρο μεταλλουργικού εργοστασίου της Λάρκο είναι από τα πλέον φτωχά διεθνώς χωρίς παράλληλα να είναι μεγάλα κι ανεξάντλητα. Συγκεκριμένα, διαθέτουμε περίπου 110 εκατ. τον. λατεριτών μέσης περιεκτικότητας περί το 0.9-1% σε Ni (Αποστολίκας, 2010). Κι άλλα τόσα τουλάχιστον αλλά φτωχότερα (από 0.5-0.9% Νi) που όμως στην πλειοψηφία τους δεν δύνανται να χρησιμοποιηθούν με την εφαρμοζόμενη, από την Γ.Μ.Μ. ΛΑΡΚΟ Α.Ε., πυρομεταλλουργική μέθοδο (Λεονάρδος,Μ. 2013, Τζεφέρης,Π. 2013).

Διάγραμμα της Inco (η περίπτωση της Larco κάτω αριστερά) με το οποίο συσχετίζεται η μεταλλουργική μέθοδος με την περιεκτικότητα σε νικέλιο των αποθεμάτων λατερίτη παγκοσμίως

 

Πιλοτικό υδρομεταλλουργικό πρόγραμμα εκχύλισης λατεριτών σε σωρούς (Γ.Μ.Μ.Α.Ε. ΛΑΡΚΟ , ΙΓΜΕ, ΕΜΠ) στο Μεταλλείο του Αγίου Ιωάννου Βοιωτίας, σωρός εκχύλισης 1000t νικελιούχου μεταλλεύματος για τη μελέτη της μεθόδου Εκχύλισης σε Σωρούς (heap leaching) .

Όπως προκύπτει και από ο συνημμένο διάγραμμα της Inco (η περίπτωση της Larco κάτω αριστερά), για τη βιώσιμη και το δυνατόν μακροχρόνια λειτουργία ενός εργοστασίου με την υφιστάμενη πυρομεταλλουργική μέθοδο απαιτείται περιεκτικότητα σε νικέλιο πάνω από 1.7-2%. Και φυσικά προαπαιτείται μια φτηνή πηγή ενέργειας εφόσον η μέθοδος είναι εξαιρετικά ενεργοβόρος (δουλεύει σε θερμοκρασίες 900°C-1.500°C) επιμερίζοντας το μισό και πλέον του συνολικού κόστους παραγωγής για ενέργεια.

Για το λόγο αυτό, πρώτη η ΛΑΡΚΟ το 1974 ξεκίνησε έρευνα για την ανάπτυξη υδρομεταλλουργικής μεθόδου βασιζόμενης στην υδρομεταλλουργία-εκχύλιση (Τζουβελέκης Κ. 1975, Τζουβελέκης Κ.1978). Οι Υδρομεταλλουργικές και Βιο-υδρομεταλλουργικές διεργασίες διεξάγονται σε χαμηλές θερμοκρασίες, συνήθως από 25 μέχρι 150 °C περίπου και περιλαμβάνουν τη χρήση ύδατος ή υδατικών διαλυμάτων για την εξαγωγή των μετάλλων από τα μεταλλεύματα ή άλλα υλικά. Επίσης, οι διεργασίες αυτές μπορούν να διεξαχθούν υπό πίεση (pressure leaching) σε αντίθεση με την Πυρομεταλλουργική διεργασία η οποία διεξάγεται συνήθως σε ατμοσφαιρική πίεση. Οι Υδρομεταλλουργικές διεργασίες περιλαμβάνουν την εκχύλιση, τον διαχωρισμό στερεής υγρής φάσης, τις διεργασίες καθορισμού του μεταλλοφόρου διαλύματος ή αποχωρισμού της ένωσης του μετάλλου και την ηλεκτρόλυση υδατικού διαλύματος με σκοπό τη λήψη των τελικών μεταλλικών αξιών.

Στο Εργαστήριο Μεταλλουργίας ΕΜΠ στο οποίο πέρασε εν συνεχεία η σκυτάλη, για την ανεύρεση νέων, εναλλακτικών, μεθόδων επεξεργασίας των ελληνικών λατεριτών, έχει γίνει διαχρονική προσπάθεια από το 1982 μέχρι και σήμερα. Οι υδρομεταλλουργικές μέθοδοι προϋποθέτουν ηπιότερες συνθήκες και συνεπώς ελεγχόμενο ενεργειακό κόστος. Εχουν μελετηθεί εμβριθώς όλες οι τεχνικές εκχύλισης του λατερίτη (Kontopoulos Α, 1986, Αγατζίνη Σ, 1986, Παναγιωτόπουλος Ν. 1989, Χαλικιά Η , 1987, Κομνίτσας Κ., 1988, Τζεφέρης Π., 1991, Αγατζίνη-Λεονάρδου Σ, Δημάκη Δ. 1991, Δημάκη Δ., 1994, Komnitsas Κ. et al, 2018 κ.α.), όπως και οι διάφοροι τρόποι καθαρισμού του διαλύματος και ανάκτησης του νικελίου (πρωτίστως) και του κοβαλτίου (δευτερευόντως) από τα μεταλλοφόρα διαλύματα (Agatzini S, 1981, Κοντόπουλος,1981, Μαραμπούτης Π , 1988, Ξενίδης Α., 1989, Ουσταδάκης, 2014, Αγατζίνη Σ. Ουσταδάκης Π., Ζαφειράτος Ι., 1999, κ.α.).

Για τη διαχείριση της πλειοψηφίας των φτωχών οξειδωμένων νικελιούχων (λατεριτικών) κοιτασμάτων, προτάθηκε (Αγατζίνη,1991) η εκχύλιση των λατεριτών σε σωρούς με αραιό θειικό οξύ, σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. (μέθοδος HELLAS (HEap Leaching LAteriteS)) με την οποία εκχυλίζεται μέχρι και το 70-80% του Ni (και 60% του Co) που εμπεριέχεται στο μετάλλευμα. Περιλαμβάνει τις ακόλουθες φάσεις: α) εκχύλιση του λατερίτη σε σωρούς, σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, με αραιό θειικό οξύ και παραγωγή διαλύματος νικελίου και κοβαλτίου, β) καθαρισμό του νικελιούχου διαλύματος από ανεπιθύμητα μεταλλικά συστατικά, όπως σίδηρος, αλουμίνιο και χρώμιο. Η απομάκρυνση των παραπάνω μετάλλων επιτυγχάνεται με χημική καταβύθισή τους ως κρυσταλλικών ιζημάτων, γ) διαχωρισμό και ανάκτηση νικελίου και κοβαλτίου με οργανικούς διαλύτες και δ) παραγωγή μεταλλικού νικελίου και μεταλλικού κοβαλτίου με ηλεκτρόλυση αντιστοίχων καθαρών θειικών διαλυμάτων.

Μολαταύτα, σε όλες τις ανωτέρω περιπτώσεις, τόσο πυρομεταλλουργικές όσο και υδρομεταλλουργικές, οι ανακτήσεις νικελίου (αλλά και του κοβαλτίου αναλόγως) σπάνια ξεπερνούν το 80-85%. Η εκλεκτική υδρομεταλλουργική και βιο-υδρομεταλλουργική κατεργασία ελληνικών λατερικών σε ατμοσφαιρική πίεση, όπως προκύπτει από την προαναφερθείσα βιβλιογραφία, δεν ξεπέρασε το 70-80%. Σε βέλτιστες εργαστηριακές συνθήκες υψηλής πίεσης (αυτόκλειστο τιτανίου) και θερμοκρασίας εκχύλισης ελληνικών λατεριτών (Κομνίτσας Κ., 1988) η ανάκτηση έφτασε οριακά το 90%, ενώ ο λειμωνιτικός λατερίτης παρουσίασε μεγαλύτερη εκχυλισιμότητα από τον αιματιτικό. Tόσο από τις ανωτέρω μελέτες όσο και από τη διεθνή πρόσφατη βιβλιογραφία (Watling, H.R. 2011, Girgi. I. et al 2011, Xu. D et al 2013, McDonald et al 2008, MacCarthy et al 2013, K. Komnitsas et al 2018 κ.α.) προκύπτει ότι η ορυκτολογική σύσταση του μεταλλεύματος είναι κρίσιμη παράμετρος για την επιτυχή εφαρμογή της μεταλλουργίας.

Η ορυκτολογική μελέτη (Μπόσκος Ε., 1996, Μπόσκος Ε. και λοιποί, 2000 ) έδειξε ότι στον πλέον συνήθη αιματιτικό τύπο λατερίτη, η υδρομεταλλουργία διαλυτοποιεί κυρίως το χλωρίτη και ιλλίτη, που αποτελούν το 25-30% της ορυκτολογικής σύστασης του μεταλλεύματος, στα οποία εμπεριέχεται το 80-85% του Ni, δικαιολογώντας την ανωτέρω συμπεριφορά ως προς την εκχυλισιμότητα. Το υπόλοιπο Ni που βρίσκεται στον αιματίτη (ή και στον γκαιτίτη) δεν διαλυτοποιείται τουλάχιστον σε συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας και πίεσης. Για να ανακτηθεί όλο το Ni πρέπει να διαλυτοποιηθεί το 70 και πλέον % του μεταλλεύματος, γεγονός που καθιστά τη μέθοδο εξαιρετικά δαπανηρή.

Στην περίπτωση της εκχύλισης με αραιό θειικό οξύ σε σωρούς, η οποία δύναται να εφαρμοστεί στα εκτεταμένα φτωχά λατεριτικά κοιτάσματα της χώρας με περιεκτικότητα νικελίου από 0,6-1%, η εκχύλιση είναι επίσης αποδοτική για λατερίτες στους οποίους το νικέλιο βρίσκεται περισσότερο στο χλωρίτη και λιγότερο στον αιματίτη ή στον γκαιτίτη.Στη δεύτερη περίπτωση η κινητική της εκχύλισης σε σωρούς είναι πολύ βραδύτερη αυτής στους χλωριτικούς λατερίτες.

Δείτε περισσότερα στο συνημμένο άρθρο Π. Τζεφέρη.