Metalurgía Del Cobalto

HISTORIA DEL COBALTO  Aunque

cobalto es uno de los elementos menos abundantes en comparación comparación con el cobre y níquel, níquel, que es una parte importante de la composición de casi todas las aleaciones desarrolladas desde el siglo 19 y ha sido de considerable interés en los últimos años .

 El

uso de cobalto se remonta a 2000-3000 A.C. El término " Kob oboold " aplic plicad adoo a las las bebid bebidas as espi espirrituo ituossas ( gnomo gnomoss ) qu quee frecuentaban las minas que causan problemas (según " gremlins " en la jerga de la fuerza aérea ) .

 Los

problemas se debían al cobalto interferir con la fundición de la plata provocando humos de As , que amenaza la salud de los mineros.

 El

uso principal de cobalto se mantuvo como un agente colorante hasta el siglo 20.

HISTORIA DEL COBALTO   Los compuestos se utilizan para vidrio de color y esmaltes de color azul.

 En 1735 , el químico sueco Georg Brandt ( 1694-

1768 ) analizó un pigmento de color azul oscuro que se encuentra en el mineral de cobre. Brandt demostró que el pigmento contenía un nuevo elemento, más tarde llamado de cobalto.

 El cobalto es un metal de transición. El cobalto se encuentra entre el hierro y el níquel y comparte muchas de las propiedades químicas y físicas con estos dos elementos.

HISTORIA DEL COBALTO  Los Estados Unidos tiene que importar todo el cobalto que utiliza.

 La aplicación más importante es en la producción

de super aleaciones. Las Super aleaciones consisten principalmente en Fe, Co , o Ni , con pequeñas cantidades de otros metales , tales como Cr , tungsteno , Al , y Ti . Son resistentes a la corrosión (oxidación) y conservan sus propiedades a altas temperaturas . Las super aleaciones se utilizan en las piezas del motor a reacción y turbinas de gas .

PROPIEDADES DE COBALTO El cobalto es uno de los elementos esenciales del

mundo.

Tiene muchos usos industriales estratégicos e

insustituibles , pero también es un componente central de la vitamina B12 que es vital.

Tiene un punto de fusión alto y conserva su

resistencia a una temperatura alta . Debido a esta propiedad , se utiliza en la fabricación de herramientas de corte , super aleaciones , revestimiento de la superficie , aceros de alta velocidad, carburos cementados , herramientas de diamante .

PROPIEDADES DE COBALTO Nombre y Símbolo Estado Número Atómico Densidad Punto de Fusión Punto de Ebullición Estructura Cristalina Orden magnético Resistividad eléctrica Conductividad Térmica

PROPIEDADES Cobalto: Co Sólido 27 8,9 (g/cm3) 1495 (ºC) 2927 (ºC) Hexagonal Ferromagnético (20 (ºC)) 62.4 (n Ώm) (300 (K)) 100 (W /(m*K))

PROPIEDADES DEL COBALTO

El cobalto no es un metal particularmente raro y ocupa el 33 en abundancia.

El Co se encuentra en diversos minerales

metálicos Abrillantado por ejemplo cobaltita ( COASS ) , pero se produce como un subproducto de la extracción de Cu y Ni .

Es ampliamente dispersos en la corteza de la tierra se encuentra en varios países.

MINERALES DE COBALTO NOMBRE Esmaltita Linaeita Cobaltita Glaucodot

FÓRMULA  

(CoNi)As3 Co3S4 CoAsS  

(CoFe)AsS

FUENTES 



Desde 1920, RD del Congo ha sido el principal productor de cobalto en el mundo . El cinturón de cobre en la República Democrática del Congo y Zambia produce la mayor parte del cobalto mundial minada . Otros grandes productores son Rusia , Zambia, Australia , Canadá , Finlandia, Cuba y Alemania.

ESCENARIO GLOBAL  Hoy en día el mercado de cobalto es muy dinámico, pero

bastante pequeño en comparación con otros metales básicos.

 Aproximadamente el 48 %. En el 2007 en las minas el cobalto

era subproducto del níquel en los depósitos de sulfuro y de laterita .

 Un adicional de 37 % fue producido como un subproducto

de las operaciones de cobre , principalmente en la República Democrática del Congo (RDC) y Zambia.

 El 15 % restante de la minería de cobalto vino de los

productores primarios .

ESCENARIO GLOBAL El consumo de cobalto en 1995 fue de sólo

24.000 toneladas , pero aumentó a 60.800 toneladas en 2008 a una tasa anual compuesta de crecimiento ( CAGR) del 7,4 % para el período de 13 años .

Las previsiones realizadas por el grupo

internacional fiable sugieren que la industria minera se estima que alcanzará 72.500 toneladas en la demanda para el año 2011 .

TONELADAS DE COBALTO PAIS EUROPA JAPÓN CHINA E.E.U.U. OTROS TOTAL

2002 (TONELADAS) 11,1 7,25 4,3 9,25 5,2 37,1

2006 (TONELADAS) 13,73 12,3 11 11,45 7,52 56

% DE CAMBIO 24 70 156 24 45 51

PRODUCCIÓN DE COBALTO REFINADO EN 2007 Y RESERVAS PAIS  Australia Brazil Bélgica Canada

MINA PRODUCCIÓN 3,7 1,15 2,9 5,65

TONELADAS x 1000 RESERVAS 1,5 29 120

TONELADAS x 1000 BASE DE LA RESERVA* 1,8 40 350

China República Dominicana del Congo

13,25

72

470

600

3,4

4,7

Cuba Finlandia

3,9 9,1

1 -

1,8 -

Francia India Japón Marruecos Nueva Caledonia

300 1 1,1 1,6 0

20 230

n/a 860

Noruega

4

-

-

Rusia

3,6

250

350

Sud África

250

-

-

E.E.U.U.

0

33

860

Uganda Zambia

700 4,6

270

680

PROCESO SHERRITT GORDON 





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 

Este proceso es utilizado por Sherritt –  Gordon Mines Ltd. De Fort Saskatchewan Alberta, Canada. El proceso comienza donde los concentrados de flotación son acondicionados en un tanque con agua y de ahí pasados a la primera autoclave donde se le añade amoniaco y aire para llevar a cabo la lixiviación. De la autoclave, el gas de escape sale y es enfriado, pasando a una columna de absorción para recuperar el amoniaco y reciclarlo. El licor rico para a un intercambiador de calor, enfriando con agua, el cual reduce la temperatura hasta 32 ºC y posteriormente a un espesador. Los flujos de la parte baja del espesador se filtran. La solución del filtro pasa de nuevo al espesador resco mientras que los sólidos son nuevamente acondicionados con una solución de amoniaco fresco y bombeado a una segunda autoclave de lixiviación a una temperatura de 80 ºC y 8,90 atm.

PROCESO SHERRITT GORDON La pulpa lixiviación de esta etapa también pasa a través de un intercambiador de calor y un espesador, donde la solución de derrame va de nuevo a la primera etapa de lixiviación para ser mezclada de nuevo con los sulfuros y formar la primera etapa.   Los sólidos insolubles Fe2O3 y SiO2, del espesador de la segunda etapa de lixiviación, van al circuito de lavado en el cual son filtrados, lavado, acondicionados 4 veces antes de ser descargados a los terreros.   El licor que derrama el primer circuito de lixiviación se envía a un precalentador y a una serie de 4 hervidores, los gases del primer hervidor pasan a un separador, donde los gases son enviados a un condensador para recuperar acua  –  amoniaco.  Posterior a los 4 hervidores, la solución pasa a un hervidor, donde se le adiciona H2SO4, a una presión de 2 atm, para limpiar y eliminar impurezas y formar CuS. 

PROCESO SHERRITT GORDON  El licor va a una serie de 3 tanques de retención, pasando a un filtro de presión donde los sólidos pasan a otro autoclave donde se adiciona H2SO4 para extraer el Cu que pudo haberse quedado, pasa nuevamente a un filtro a presión donde el sólido se envía nuevamente al primer circuito de lixiviación.   El licor que va libre de cobre va a un precalentador a 48,90 atm y se introduce aire.  Posteriormente va hacia un intercambiador de calor de vapor, luego a un autoclave de oxhidrólisis, por medio de aire y de ahí son oxidados para formar sulfatos a una temperatura de 240 ºC y una presión 42,09 atm, de nuevo pasa la solución al precalentador para precalentar la solución libre de cobre.   La solución que sale del precalentador, contenido 45 (g/l) de Ni, 1(g/l) Co, 350 (g/l) sulfato de amoniaco, para ser enviado a otro autoclave para llevar a cabo una reducción con H2, esto sucede a una T = 200 ºC y una presión de 31,82 atm, una vez completada la reacción, pasa a un tanque flash para reducir la presión el cual sirve de separador. 

PROCESO SHERRITT GORDON 







Los polvos que salen de abajo son llevados a un circuito de lavado en un clasificador de rastrillo y pasa a un filtro agregando más agua. Los sólidos que salen pasan a un secador de gas natural para obtener el níquel en forma de polvo. La solución que sale del tanque flash es llevada a un tanque de reacción donde se le adiciona H2SO4 para formar sulfuros de cobalto, de ahí pasa a una oxidación con NH3 y aire a una temperatura de 120 ºC y 7 atm. Para llevar el Co a su estado trivalente formándose el ión (Co(NH3)5) +3. Posteriormente se acidifica con H2SO4, donde salen dos corrientes:   Ni(NH3)nSO4   Fe(OH)3

PROCESO SHERRITT GORDON  De la acidificación pasa a una etapa de cementación donde se le añade Co en polvo, ahí hay nuevamente dos corrientes, una que contiene Ni y Co en polvo que va de nuevo a acidificación y la otra va a reducción donde se le adiciona H+ a una T = 175 ºC y una P = 20 atm, de donde sale a una serie de lavados como en el caso del Ni y así obtener el Co en forma de polvo.   La solución residual de reducción va de nuevo al tanque de reacción donde se añadió el H2SO4 para ser vuelta a tratar. 

NH3 y AIRE OXIDACIÓN

 

LIXIVIACIÓN PRIMARIA

Fe(OH)3

H2SO4 ACIDIFICACIÓN

Ni(NH3) n SO4 POLVO DE Co

CEMENTACIÓN Ni y Co POLVO

Solución residual para precipitación

REDUCCIÓN

Co EN POLVO

H2

La recuperación de sulfuro de cobre-cobalto 

Los minerales son tratados en un horno de lecho fluidizado para convertir los sulfuros de cobre y de cobalto solubles en óxidos de hierro y en hematitas insoluble.



La calcina posteriormente se lixivia con H2SO4 a partir de la recuperación de cobre electrolito gastado.



  Óxido de concentrados se introducen en esta etapa de lixiviación para mantener el equilibrio ácido en el circuito. Fe y Al se eliminan de la solución de lixiviación mediante la adición de cal, y Cu es por electrólisis en cátodos de cobre.



Una parte del electrolito gastado entra en el circuito de recuperación de Co y se purifica mediante la eliminación de Fe, Cu, Ni y Zn antes de la precipitación del Co como su hidróxido.



Esto se logra mediante la adición de cal para elevar el pH hasta que precipita el cobre restante. Este cobre se envía de nuevo al circuito de cobre. A medida que se añade a continuación más cal, un cobre-cobaltita precipita y se alimenta de nuevo al proceso de lixiviación. Hidrosulfuro de sodio se añade al precipitado de sulfuro de níquel. El sulfuro de hidrógeno y carbonato de sodio se añaden entonces a precipitar sulfuro de zinc. La cal se añade a continuación a la saturación para precipitar hidróxido de cobalto. En las etapas finales, este hidróxido de cobalto se vuelve a disolver y el metal se refina por electrólisis. Los cátodos de cobalto resultantes se trituran y se desgasificó al vacío para obtener un metal de cobalto puro.

TECNOLOGIAS DE PRODUCCIÓN DE Co  Antes de producir un producto de cobalto, las impurezas deben ser  eliminadas - el grado en función en la especificación del producto y las ventas acuerdo de contrato. Hay varios, procesos probados bastante satisfactorios y bien documentados de impureza de eliminación, tales como:    Precipitación

de impurezas con la "cal" - es decir, la piedra caliza (CaCO3) y / o lechada de cal (Ca (OH) 2);



La extracción con disolvente (SX) para la eliminación de cobre y de zinc, e incluso de manganeso; además de la separación de cobalto-níquel;



El intercambio de iones (IX) para la eliminación / pulido de zinc, cobre y  níquel.

   La

siguiente discusión se centra en algunos de los temas de más actualidad.

Remoción de Manganeso con  Aire / SO2 

El Mn ha demostrado ser quizás la impureza más problemática en circuitos de Co , especialmente en el  RDC, donde el Mn está presente en los minerales de Cu Co en cantidades significantes en el mineral heterogenita (  Co, Cu , Mn, Fe ) O ( OH ) , psilomelano ( óxidos de manganeso mezclado ) y manganito ( MnO (OH ) ) . Se elimina sólo en menor medida por el proceso de precipitación de cal tradicional .

  El

uso de Aire/SO2 o mezclas O2/SO2 para oxidar y  precipitar el Mn de SO4, el proceso ha sido recientemente adoptado por primera vez a escala comercial , con éxito limitado , en la actual generación de plantas coppercobalt RDC incluyendo Tenke Fungurume y Ruashi .

Problemas de Extracción por Solventes El SX es a menudo un proceso preferido para la eliminación de impurezas y la separación de cobalto ,  ya que puede ser elegante y muy eficiente si se controla adecuadamente . 







Control de pH en la etapa de extracción, que requiere el uso de agentes de neutralización a base de sodio , tales como NaOH y Na2CO3 . El sulfato de sodio altamente soluble es altamente contaminante se considera un riesgo ambiental inaceptable que requiere el revestimiento de la presa o la recuperación de sulfato de sodio. El uso alternativo de amonio ( NH4OH ) da lugar a problemas similares. Estos problemas son, quizás, más manejable en las plantas más pequeñas. Del mismo modo , los problemas inherentes de la oxidación , la degradación y la formación de impurezas son manejables en plantas pequeñas , pero no tanto en las plantas más grandes . Tenga en cuenta también que los cobaltnickel reactivos SX tales como Cyanex ® 272 son relativamente caros y los accidentes puede ser costoso . Cyanex - 301 como se utiliza en Goro por mayor Ni / Co extracción es esencialmente Cyanex 272 con los átomos de oxígeno activo reemplazados por átomos de azufre . Como se ha señalado en el apartado 4.6 anterior, es necesario tener cuidado ya que se oxida fácilmente y se descompone a 272 en dos etapas - sólo el primero de los cuales es reversible. También se requiere el control de proceso muy estrictas para asegurar que ningún ion férrico o cobre están presentes en la alimentación , ya que estos elementos se extraen de forma irreversible y  envenenar el reactivo . La desventaja obvia de cualquier proceso de SX es el riesgo de incendio y el alto costo de las medidas de prevención . Por otra parte, debido al riesgo de incendio , cualquier planta SX debe estar ubicado bien al margen del resto de la planta - a veces imponer restricciones sobre lay-out  y el pis.

Resina en pulpa (RIP)    El

proceso de RIP es análogo al proceso CIP utilizado en la industria del oro, pero, en vez de carbón activado, una resina especialmente desarrollada similar a una resina IX se utiliza para cargar el metal (s) de destino desde una suspensión.

   Una

aplicación interesante es RIP potencial para extraer Co a partir de una baja resistencia, corriente acuosa parcialmente purificada y la transfiere en una alta resistencia, solución de alta pureza adecuada para el cobalto IX / EW; evitando así los procesos alternativos de precipitación y re-lixiviación sucios, ineficientes y costosos de cobalto intermedios. Al mismo tiempo, manganeso y magnesio serán rechazados en gran medida.

   Cuando

se compara con SX, RIP tiene la ventaja de que la neutralización se puede hacer en la pulpa con la cal en lugar de utilizar sales de sodio, lo que no hay impacto ambiental adverso.

Tecnología de Reconocimiento  Molecular (MRT) 



  MRT es similar a la de intercambio iónico convencional, pero emplea resinas hechos especialmente Superlig ® capaces de apuntar a moléculas específicas individuales. El proceso ha estado en uso desde 1990 y ha sido ensayado con cierto éxito en las soluciones de cobalto para la remoción de Fe, Ni, Cu, Cd, Pb y Zn. Un artículo de Van Deventer et al22 describen trabajos de pruebas en la eliminación de cadmio y uno por Izatt et al23 da una actualización general sobre el estado de MRT aplicado al  cobalto.  MRT podrá en el futuro cumplir un rol de nicho en la eliminación de impurezas problemáticas individuales sobre una base específica para el proyecto. Desafortunadamente, no es una resina con una selectividad para el Mn más de Co (que resolvería el  problema de eliminación de manganeso complicado) y, debido a las resinas costosas y coste de uso de la resina, la economía siguen siendo una barrera para la implementación

La precipitación de cobalto Producto intermedio Para muchos proyectos de cobalto , el producto final elegido es un precipitado intermedio . Hay un número de reactivos posibles para esta precipitación , incluyendo :     

NaHS ( hidrosulfuro de sodio) o H2S - da una buena calidad de cobalto sulfuro Ca ( OH) 2 - da un grado bajo (< 20 %) / hidróxido de sulfato básico que contiene yeso Na2CO3 - da un alto grado ( 35-43 %) de carbonato básico NaOH - da un alto grado ( 40-45 %) de hidróxido Magnesia (MgO ) - le da un alto grado ( hasta 45% ) de hidróxido .

Todos los compuestos intermedios anteriores, excepto el sulfuro de alimentación serían adecuados para una posterior EW; pero tenga en cuenta que el uso de reactivos de sodio , aunque una opción popular, introduce problemas ambientales de sulfato de sodio como se describe anteriormente para SX .  En la industria del níquel , la ruta de sulfuro es una opción común , ya que rechaza el manganeso  y da un producto limpio, fácilmente vendible. Es menos popular en el contexto de cobalto desde el producto es menos vendible y , en el contexto de la RDC , el proceso es relativamente complejo y de alto riesgo debido a la naturaleza tóxica de H2S y los peligros y complejidades de la producción y el almacenamiento . 

La ruta de magnesio, desarrollo del proceso aplicado a minerales mixtos de hidróxido de níquel cobalto ( MHP) de producción en los proyectos de laterita australianos.

Ventajas del proceso magnesia  Mucho más limpio , producto de masa inferior a la cal : Los materiales de fácil manejo .  El pastel de hidróxido se filtra y releached fácilmente .  Efectos algunos de rechazo de manganeso .  El sulfato de magnesio es muy soluble, pero , a diferencia de sodio , de magnesio puede precipitarse de la solución final con cal ; por lo tanto no necesitan ningún impacto en el dique de colas y el medio ambiente . Sin embargo , hay problemas con el uso de magnesia : 

    

Gran cantidad de caras de alto grado de MgO requiere. Por lo general importada desde EE.UU. o Australia - cuestiones logísticas , por lo tanto. El reactivo es vulnerable a la hidratación y el envejecimiento antes de su uso. Associated CaO MgO en la forma de yeso en el producto. Los grados de MgO varían notablemente en su eficacia; incluso con los grados más reactivos , no se disuelve todo el MgO y al menos 2 % informes al producto de cobalto .

Electrowinning  de Cobalto ( EW )  Muchos proyectos de cobalto actuales han optado por  producir cobalto como cátodo , pero no todos aprecian lo difícil que es hacer que el cobalto cátodo calidad en  grandes cantidades. Además de los amplios requisitos de purificación de la solución, el problema práctico fundamental es la naturaleza altamente estresado del  cobalto que las placas en los espacios en blanco de cátodo de acero inoxidable. La tensión aumenta con el  tiempo de deposición y otros factores hasta que el  depósito de repente exfolia o forma " cáscaras " en sí  fuera del blanco , con consecuencias desastrosas para la célula EW .

Electrowinning  de Cobalto ( EW ) 

El proceso tradicional EW cobalto emplea cátodos - hoja completa y las células no divididas como para el cobre y el   zinc .

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Una desventaja particular de este proceso , además del  importante esfuerzo manual necesario para la remoción y el  daño mecánico causado a los espacios en blanc, es la baja de cobalto " mordida " (  ΔCo ) alcanzable sobre la celda que es sólo alrededor del 5 -10 gpl . Más allá de esto , el  ácido formado en la célula causa demasiado desprendimiento de gas hidrógeno en el cátodo y el  rendimiento de la corriente disminuye a niveles inaceptables . Un bajo ΔCo también significa que se requieren altas velocidades de flujo , impactando negativamente en OPEX y  CAPEX aguas arriba de EW .

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En Port Colborne cobalto refinería de Vale - Inco ( PCCR ) en Canadá , para evitar el problema peeling , cobalto se platea como "rondas " - que son 1 discos " de diámetro ( ver Figura 5 ) depositados sobre láminas de acero inoxidable (  mandriles ) en los que un pintura epoxi termoendurecida dieléctrica se ha aplicado siguiendo un patrón adecuado utilizando un proceso de serigrafía . Las placas de cobalto solo en las áreas expuestas de la ronda en blanco y es fácilmente despojados , permitiendo que el proceso sea mecanizada .