فصل النيكل والكوبالت بالاستخلاص بالمذيبات: المخطط الكامل
فصل النيكل والكوبالت بالاستخلاص بالمذيبات هو الخطوة الحاسمة في كل مصفاة حديثة لمعادن البطاريات: دائرة من 4–8 مراحل ترفع محلولًا مختلطًا إلى كبريتات بدرجة البطاريات، بنقل الكوبالت (مع الزنك والمنغنيز) إلى الطور العضوي وبقاء النيكل في الرافينات. وكل تغذية — MHP أو MSP أو محلول HPAL أو رشاحة بطاريات — تصب في العمود الفقري نفسه، واقتصاد المشروع يتوقف على نظافة هندسته.
النقاط الأساسية
- يُنجز فصل Ni/Co في 4–8 مراحل خلاط-مصفّي بكواكب فوسفونية.
- التسلسل ثابت: التهيئة، إزالة الشوائب الكلية، القطع، تلميع الكوبالت، التبلور.
- يزيل D2EHPA المنغنيز والزنك والكالسيوم، وينفّذ Cyanex 272 القطع.
- كيمياء التغذية لا الكاشف تحدد عدد المراحل: Mg وCa وCl والعضويات تضيف دوائر وكلفة.
- مواصفة البطاريات يضعها المشتري: صمّم على جدول شوائبه لا على حدود عامة.
ما هو وما تعنيه مصطلحاته
خطوة تكرير مائي تنقل الكوبالت انتقائيًا من محلول كبريتات مختلط إلى طور عضوي وتُبقي النيكل في الرافينات المائي، عادةً عبر 4–8 تلامسات معاكسة، قريبة من نهاية السلسلة بعد إزالة الشوائب وقبل التبلور. وعامل الفصل يعبّر عن تفوق توزيع معدن على آخر في الظروف نفسها: 50–500 لقطع الكوبالت عن النيكل بـCyanex 272 في وسط كبريتات عند pH 5.0–5.5. وMHP راسب هيدروكسيد مختلط يلتقط النيكل والكوبالت من المحاليل الحامضية بنسبة 30–45% Ni+Co مع المنغنيز والمغنيسيوم والكالسيوم والحديد كشوائب رئيسية؛ وهو الشكل التجاري الغالب لإنتاج HPAL الإندونيسي لرخص شحنه وسهولة إذابته، لكن الإذابة تحمّل الدائرة بكل الشوائب. وكبريتات درجة البطاريات فئة مواصفات تحدد سقف الشوائب: كوبالت دون عشرات ppm في كبريتات النيكل، ونيكل دون 50–100 ppm في كبريتات الكوبالت، وكل من Mg وCa وCu وZn وFe محدود منفردًا؛ ولا معيار عالمي موحد، فكل منتج يعلن جدوله.
المخطط مرحلةً مرحلة
- التهيئة والإذابة. يُعاد تعجين MHP أو MSP ويُذاب في حامض كبريتي، غالبًا بهواء أو بيروكسيد لأكسدة Fe(II) إلى Fe(III). الضوابط: pH النهائي وجهد الأكسدة-الاختزال — الكوبالت غير المذاب معدن عالق في البقايا، والحامض الأشد حرارة يسحب المنغنيز والمغنيسيوم.
- إزالة الحديد والألمنيوم. ترسيب هيدروكسيدي عند pH 3.0–4.5 لمنع استخلاصهما مع الكوبالت؛ وارتفاع pH كثيرًا يسحب نيكلًا أو كوبالتًا إلى البقايا.
- إزالة الشوائب الكلية بـD2EHPA. 2–4 مراحل عند pH 3.5–4.5 تزيل المنغنيز والزنك والنحاس والكالسيوم المتبقي قبل القطع. ويستخلص D2EHPA الكوبالت قبل النيكل، ويُسترد هذا الكوبالت بدائرة استخلاص عكسي ثانوية لا يُفقد.
- قطع النيكل والكوبالت. Cyanex 272 (أو PC-88A) في 4–8 مراحل عند pH 5.0–5.5 ينقل الكوبالت ويُبقي النيكل. الضوابط: pH لكل مرحلة (عامل الفصل شديد الحساسية له)، ونسبة O/A، والحرارة. وعدد المراحل يحدده المنحنى: عامل بمئات يُغلق في خمس مراحل، وكاشف متدهور أو دائرة باردة قد يحتاج ثمانيًا.
- استخلاص عكسي وتلميع الكوبالت. يُستخلص العضوي المحمّل بحامض كبريتي مخفف في 2–3 مراحل، ثم يُلمّع المحلول بحامض Versatic أو نافثيني لطرد الكالسيوم والمغنيسيوم، أحيانًا بمرحلة D2EHPA صغيرة للزنك.
- إنهاء رافينات النيكل. يُلتقط الكوبالت المتبقي، ويُقصّ الكالسيوم والمغنيسيوم حيث تطلب المواصفة، وتُزال العضويات المحمولة بالكربون أو التعويم، لأن العضوي المستحلب يلوث المبلور.
- التبلور. يُركّز المحلولان بالتبخير ويتبلوران كـNiSO₄·6H₂O أو CoSO₄·7H₂O؛ والمحلول النظيف الداخل هو غاية المراحل 1–6، لأن التبلور يركّز كل ما تبقى.
| المرحلة | الغاية | الكاشف | المراحل | الضابط الرئيسي | النتيجة |
|---|---|---|---|---|---|
| التهيئة / الإذابة | Ni+Co في محلول كبريتات نظيف | H₂SO₄ ومؤكسد | 1–2 وحدة | pH النهائي وORP | PLS صافٍ وNi+Co >95% |
| إزالة Fe/Al | ترسيب الحديد والألمنيوم | حجر جيري/جير وهواء | 1–2 | pH 3.0–4.5 | محلول بفئة Fe <10 mg/L |
| الشوائب الكلية | إزالة Mn وZn وCu وCa | D2EHPA | 2–4 استخلاص | pH للمرحلة وO/A | Mn/Zn إلى mg/L منخفضة |
| قطع Ni/Co | استخلاص Co ورفض Ni | Cyanex 272 أو PC-88A | 4–8 | pH والحرارة | رافينات بفئة Co <50 mg/L |
| استخلاص عكسي وتلميع Co | محلول كوبالت نظيف | H₂SO₄ وحامض Versatic/نافثيني | 2–3 + 2 | حامضية الاستخلاص وpH التلميع | محلول داخل الجدول |
| إنهاء Ni | تلميع محلول النيكل | ملتقط Cyanex وكربون | 1–3 | Co المتبقي والحمل | محلول صالح للمبلور |
| التبلور | كبريتات قابلة للبيع | مبلور تبخيري | حسب التصميم | العيار وجودة البلورة | NiSO₄·6H₂O / CoSO₄·7H₂O بدرجة البطاريات |
أنواع التغذية وأثرها على المخطط
| التغذية | نسبة Ni/Co | الشوائب المهيمنة | خطوة إضافية مطلوبة |
|---|---|---|---|
| MHP مُذاب | 10:1 إلى 50:1 | Mn وMg وCa وFe وZn وCu | جبهة D2EHPA كاملة؛ تلميع Mg/Ca على الخطين |
| MSP مُذاب | 5:1 إلى 20:1 | Fe وCu وZn وCl وأحيانًا As | غسل وإدارة الكلوريد وإزالة Cu وFe بقوة |
| محلول HPAL للاتيريت | 5:1 إلى 20:1 | Mn وMg وCa وAl وFe وCr | تغذية مباشرة للاستخلاص الكلي؛ المغنيسيوم معيار التصميم |
| رشاحة بطاريات معاد تدويرها | 1:1 إلى 10:1 | Cu وMn وAl وFe وF وعضويات وZn | ضبط الفلوريد وإزالة النحاس وتنظيف العضويات |
أربع قراءات لمدير المشروع. أولًا: MHP الحالة المرجعية والمغنيسيوم ضريبة صامتة؛ لا Mg ولا Ca يُستخلصان بدرجة مزعجة بـCyanex 272، فلا يتأثر القطع، لكنهما يتراكمان في رافينات النيكل ويتبلوران في المنتج دون تلميع — ومن هنا مرحلة حامض Versatic أو النافثيني. ثانيًا: MSP ينقل المشكلة أعلى التيار بنحاس وحديد وأحيانًا زرنيخ وكلوريد يهاجم الفولاذ ويضعف الانتقائية. ثالثًا: محلول HPAL يوفر الإذابة لكنه يرث كل الشوائب ومهام إدارة القشور. رابعًا: رشاحة البطاريات تحمل نسبة منخفضة وأنواعًا غريبة كالفلوريد والعضويات تتطلب التقاطًا وتنظيفًا قبل SX.
المعاملات التشغيلية وحدود درجة البطاريات
| المعامل | الوحدة | النطاق النموذجي | ملاحظة |
|---|---|---|---|
| pH الاستخلاص، مرحلة D2EHPA | pH | 3.0–4.5 | دون ~3 ينهار استخلاص Mn/Zn وفوق ~4.5 يزيد الاستخلاص المشترك |
| pH الاستخلاص، قطع Cyanex 272 | pH | 5.0–5.5 | عامل الفصل شديد الحساسية لـpH |
| حامضية الاستخلاص العكسي (Co) | g/L H₂SO₄ | 20–60 | تحدد عيار المحلول وتغذية المبلور |
| O/A في الاستخلاص | – | 1:1 إلى 2:1 | يحددها عيار التغذية وسعة العضوي |
| O/A في الاستخلاص العكسي | – | 2:1 إلى 4:1 | تُضبط دون استخلاص عكسي مفرط |
| الحرارة | °C | 30–50 | فصل أفضل وانتقائية أعلى لكن تحلل أسرع |
| تركيز الكاشف | % حجمًا | 10–30 (D2EHPA) و15–25 (Cyanex 272) | في ممدد أليفاتي؛ TBP 3–5% كمعدّل |
| كفاءة المرحلة (ميرفري) | % | 80–95 | هنا يعيش هامش التصميم |
| الكلوريد في تغذية SX | mg/L | حسب الموقع، غالبًا <100 | تآكل وانتقائية |
| استهلاك العضوي | kg/t Ni+Co | 1–5 (إرشادي) | فقد وتحلل وحمل |
| استرداد Ni في SX | % | 97–99.5 | فقد إلى البقايا والحمل |
| استرداد Co في SX | % | 95–99 | الاستخلاص المشترك والبقايا في الرافينات |
ثلاثة معاملات تستحق أكثر من سطر. pH لكل مرحلة أعلى أدوات الدائرة نفوذًا: عامل الفصل يصعد بحدة مع pH، ومعها خطر استخلاص النيكل عند الاقتراب من نافذة التحلل؛ والمصانع التي تضبط كل مرحلة منفردة تبلغ سقف الكوبالت في كبريتات النيكل بمرحلة أقل. والحرارة مقايضة: تحسّن الفصل وتسرّع تحلل الكواكب الفوسفونية. واستهلاك العضوي مخبأ نفقات التشغيل: 1–5 kg لكل طن معدن تبدو صغيرة حتى تُضرب في 50,000 طن سنويًا.
وحدود درجة البطاريات — كوبالت دون ~50 ppm في كبريتات النيكل، ونيكل دون ~50–100 ppm في كبريتات الكوبالت، وMg وCa وCu وZn وFe وMn في نطاق الآحاد إلى العشرات من ppm — أعراف تجارية إرشادية تُؤكَّد مقابل جدول المشتري. والمنغنيز يفرض دائمًا مرحلة D2EHPA؛ والزنك والنحاس يفرضان الالتقاط؛ والمغنيسيوم والكالسيوم هما المكلفان تحديدًا لحسن سلوكهما: لا يُستخلصان بل يتراكمان ويتبلوران أو يقشّران. والكلوريد ليس حد شائبة بل قيد مخطط، والفلوريد والعضويات خاصان برشاحة البطاريات.
الأسئلة الشائعة
كم مرحلة يحتاج فصل Ni/Co فعلًا؟
القطع نفسه يجري في 4–8 مراحل استخلاص حسب عامل الفصل الذي يحدده pH والحرارة وحالة الكاشف. أضف الاستخلاص الكلي (2–4 مراحل) ودوائر الاستخلاص العكسي والتلميع على الخطين: مصفاة كاملة بدرجة البطاريات تحمل عادةً 15–25 خزان خلاط-مصفّي. والعدد يحدده المنحنى لا قاعدة تجريبية.
لماذا يُفضَّل Cyanex 272 على D2EHPA في القطع؟
يستخلص D2EHPA النيكل والكوبالت متقاربين جدًا، فيحتاج القطع مراحل أكثر بكثير ويخاطر بتلوث النيكل. أما البنية الفراغية لـCyanex 272 فتمنح عامل فصل أعلى بكثير للكوبالت فوق النيكل في وسط الكبريتات، ولهذا هو (مع PC-88A) الكاشف القياسي للقطع. ويبقى D2EHPA مستخدمًا أعلى التيار حيث يكون سلوكه ميزة.