A partir de un diagrama de flujo de refinería optimizado.
FPX Nickel Corp. anunció el logro de un hito significativo en la producción de sulfato de níquel apto para baterías de su proyecto Baptiste Nickel, ubicado en el centro de la Columbia Británica, en Canadá.
El programa de pruebas hidrometalúrgicas de FPX ha dado como resultado mejoras sustanciales en el diagrama de flujo de la refinería para el procesamiento del concentrado de níquel awaruita de Baptiste, centradas en la optimización del circuito de lixiviación y la consiguiente simplificación de los requisitos de purificación aguas abajo.
Además de demostrar que las propiedades únicas de awaruite conducen a una ruta eficiente para producir sulfato de níquel apto para baterías, el programa produjo con éxito subproductos de cobalto y cobre, que representan nuevas fuentes de valor potencial para Baptiste.
Aspectos destacados
- El trabajo de prueba realizado en colaboración con Sherritt Technologies Ltd. produjo cristales de sulfato de níquel con una calidad que cumple con las especificaciones de grado de batería estándar de la industria.
- El programa ha llevado a una optimización sustancial del diagrama de flujo de la refinería, reduciendo el número de etapas de purificación, el consumo de reactivos y el tamaño de los equipos, lo que confirma que el concentrado de níquel awaruita de FPX tiene claras ventajas sobre las materias primas intermedias de la competencia para la producción de sulfato de níquel.
- Los resultados demuestran la capacidad de producir subproductos de cobalto y cobre, lo que contribuye al potencial de mejorar la economía de Baptiste
«Los resultados de nuestro programa de pruebas hidrometalúrgicas demuestran claramente las ventajas técnicas de la mineralización de níquel awaruita para producir sulfato de níquel de grado de batería, presentando una oportunidad para desarrollar una nueva cadena de suministro de níquel integrada verticalmente en Canadá», comentó Andrew Osterloh, vicepresidente sénior de FPX Nickel, Presidente, Proyectos y Operaciones.
Añadió que «además de las ventajas de procesamiento, el tamaño del recurso de Baptiste puede producir hasta 43 500 toneladas de níquel contenido en sulfato de níquel por año, suficiente para satisfacer el 17% de la demanda proyectada de níquel para baterías de vehículos eléctricos en América del Norte en 2030».
«Estos resultados de las pruebas se están incorporando actualmente a nuestro estudio de factibilidad preliminar (PFS), que sigue en camino de completarse en septiembre de 2023 , donde podremos demostrar aún más el potencial de Baptiste para entregar unidades de níquel de bajo costo y bajo contenido de carbono para la cadena de suministro de vehículos eléctricos durante una vida útil de la mina de 30 años», anotó.
Sulfato de níquel
Aguas arriba de los fabricantes de baterías para vehículos eléctricos se encuentran plantas químicas que producen P-CAM (material activo de cátodo precursor) y CAM (material activo de cátodo) para su inclusión en los cátodos de celdas de batería. Estas plantas químicas requieren insumos de níquel para producir P-CAM y CAM, con preferencia específicamente por el sulfato de níquel.
Actualmente, el sulfato de níquel se produce principalmente a partir de la disolución de briquetas de níquel de grado LME o del refinado de productos intermedios de níquel como MHP (precipitado de hidróxido mixto), MSP (precipitado de sulfuro mixto) y mata.
Los resultados del programa de trabajo de prueba descrito aquí confirman que el concentrado de níquel awaruita de FPX tiene claras ventajas técnicas sobre las materias primas intermedias de la competencia para producir sulfato de níquel, ofreciendo una ruta de procesamiento más directa para la integración en la cadena de suministro de baterías EV.
Resumen
El trabajo de prueba de lixiviación inicial y un estudio de alcance de 2022 destacaron la oportunidad de refinar el concentrado de níquel awaruita de alto grado de Baptiste (60-65% Ni) a productos de precipitado de cobalto y sulfato de níquel.
El trabajo de prueba de lixiviación inicial indicó que el concentrado de Baptiste se podía lixiviar fácilmente y producía un lixiviado de alta ley con bajo contenido de impurezas. El estudio de alcance describió un diagrama de flujo hidrometalúrgico convencional para la producción directa de sulfato de níquel y precipitado de cobalto sin la fundición intermedia que normalmente se requiere para los concentrados de sulfuro o las condiciones de oxidación a presión agresivas y extensas requeridas para los minerales de laterita y los concentrados de sulfuro de níquel.
Para respaldar la estrategia de PFS descrita en enero último, la Compañía ahora completó un programa de trabajo de prueba hidrometalúrgico que validó y optimizó el diagrama de flujo y los criterios del proceso; este programa se incorporará a la opción de refinería para su presentación dentro de Baptiste PFS. El trabajo de prueba hidrometalúrgico utilizó materia prima concentrada generada a partir del trabajo de prueba piloto a gran escala.
El programa de trabajo de prueba dio como resultado mejoras sustanciales en el diagrama de flujo de la refinería, que incluyen lo siguiente:
- Confirmación de las características de lixiviación favorables de la awaruita, con una extracción de níquel superior al 99% en condiciones moderadas y tiempos de tratamiento breves.
- Identificación de un diagrama de flujo de lixiviación optimizado que mejora tangiblemente la calidad del lixiviado, reduciendo los requisitos de purificación aguas abajo considerados anteriormente.
- Producción de un producto de cobre, que representa una nueva fuente de valor potencial para Baptiste
- Validación de las operaciones de la unidad de purificación de lixiviados y resultado en la producción física de productos de precipitado de cobalto y sulfato de níquel
- Demostración de que los cristales de sulfato de níquel producidos a partir del concentrado de awaruita de Baptiste tienen una calidad que cumple con las especificaciones de grado de batería estándar de la industria
Con base en los resultados de las pruebas, el diagrama de flujo de bloques optimizado de la refinería de Baptiste se presenta en la figura a continuación.
Programa de trabajo de prueba
Sobre la base de trabajos de prueba de lixiviación anteriores, la Compañía emprendió un programa de trabajo de prueba hidrometalúrgico para optimizar el diagrama de flujo de la refinería y desarrollar criterios adecuados para su uso en la opción de refinería que se presentará en el PFS de Baptiste.
La Compañía contrató a Sherritt Technologies Ltd. para realizar este trabajo de prueba en base a su experiencia previa en trabajos de prueba con material de Baptiste y su amplia experiencia en hidrometalurgia de níquel.
El equipo metalúrgico de FPX trabajó en estrecha colaboración con Sherritt para optimizar una amplia gama de parámetros para cada unidad de operación en el diagrama de flujo.
La materia prima para el programa de pruebas hidrometalúrgicas fue el concentrado de níquel awaruita producido a partir de las pruebas piloto a gran escala.
Las especificaciones para esta materia prima se presentan en la Tabla 1, que también incluye una comparación con la materia prima de trabajos de prueba anteriores y el estudio de alcance de 2022.
Tabla 1 – Características de la materia prima del trabajo de prueba
| Elemento | Actual Materia prima de trabajo de prueba | Anterior Materia prima de trabajo de prueba | AlcanceEstudiar Base |
| Níquel (Ni) | 66 % | sesenta y cinco % | 63 % |
| Hierro (Fe) | 25 % | 25 % | 30 % |
| Azufre (S) | 0,4 % | 0,7 % | 0,6 % |
| Cobalto (Co) | 1,1 % | 1,0 % | 1,0 % |
| Cobre (Cu) | 0,4 % | 1,0 % | 0,6 % |
| Magnesio (Mg) | 0,6 % | 0,4 % | 0,6 % |
Como se ve en la tabla, la materia prima para el programa de trabajo de prueba hidrometalúrgico está alineada con la materia prima de trabajo de prueba anterior, así como con la base del estudio de alcance de 2022. El trabajo de prueba comenzó en noviembre de 2022 y se completó a principios de mayo con la producción de cristales de sulfato de níquel y subproductos de cobalto y cobre de alta calidad.
Lixiviación
El trabajo de prueba de lixiviación se centró en dos objetivos clave, que incluyen la optimización de las condiciones de lixiviación a presión establecidas en trabajos de prueba anteriores y la reducción del consumo de reactivos mediante la adición de una etapa de lixiviación atmosférica en una configuración de lixiviación a contracorriente.
Una lixiviación a contracorriente es una configuración de circuito de lixiviación común, que las pruebas demuestran que proporciona una ventaja para Baptiste debido a la reactividad de la awaruita.
En lugar de neutralizar el ácido de descarga del autoclave con un producto químico comprado, las pruebas demuestran claramente que se puede usar awaruite para neutralizar la solución. Esto utiliza de manera más eficiente el ácido agregado en la etapa de lixiviación a presión y reduce el consumo de productos químicos de neutralización aguas abajo. La awaruita restante, ahora parcialmente lixiviada, regresa a la lixiviación a presión para garantizar la extracción y recuperación completas del níquel contenido.
Este enfoque también reduce el tamaño del autoclave ya que un porcentaje de la awaruita ya se ha disuelto en la etapa de lixiviación atmosférica.
Los resultados clave del trabajo de prueba de lixiviación a presión y atmosférica se resumen en la Tabla 2. El resultado innovador es la capacidad de la lixiviación atmosférica no solo para eliminar todo el ácido libre de la descarga de lixiviación a presión, sino también la eliminación completa de todas las impurezas de hierro. Esto confirma que la awaruita es un agente neutralizante efectivo, que tiene la capacidad de aumentar el pH de la lixiviación atmosférica a un nivel suficientemente alto para permitir la eliminación completa del hierro. Esta eliminación completa de hierro elimina una operación de unidad de precipitación de impurezas aguas abajo previamente considerada.
Como la lixiviación atmosférica sirve como una operación de purificación de solución extremadamente eficaz, sin costos de reactivos, la lixiviación a presión se puede simplificar eliminando los requisitos para producir una solución de baja impureza. Esto proporciona una nueva flexibilidad para centrar la lixiviación a presión únicamente en la optimización del equilibrio entre la recuperación de níquel y el tiempo de residencia. La Tabla 2 presenta un resumen de los resultados de las pruebas de lixiviación en comparación con las pruebas de lixiviación anteriores y el estudio de alcance de 2022.
Tabla 2: suposiciones de lixiviación del estudio de alcance de Baptiste frente a los resultados optimizados del trabajo de prueba
| Resultados actuales de las pruebas | Resultados de pruebas anteriores | Estudio de AlcanceBase | ||
| AtmosféricoFiltrarEscenario | PresiónFiltrarEscenario | |||
| Requisitos de lixiviación: | ||||
| Presión (kPag) | 0 | 750 | 750 | 850 |
| Temperatura(°C) | 85 | 150 | 150 | 150 |
| Tiempo de residencia (horas) | 4.0 | 2.0 | 3.0 | 2.5 |
| Extracción final de níquel (%) | 99.1-99.8 | 98,5-99,5 | 98.5 | |
| Solución de lixiviación final: | ||||
| Níquel (g/L) | 100 | 70 | 70 | |
| Hierro (g/L) | <0.001 | 0.8-2.5 | 0.5 | |
| Ácido Sulfúrico Libre (g/L) | 0 (pH 5,0) | 10-25 | 25 |
Como se ve en la Tabla 2, el circuito de lixiviación optimizado da como resultado un aumento sustancial en la concentración de níquel lixiviado, ahora de 100 g/L frente a los 70 g/L anteriores. Esto simplifica el balance de agua del circuito y reduce el tamaño del equipo de purificación aguas abajo debido a que la corriente más concentrada da como resultado flujos volumétricos más bajos.
La optimización final del circuito de lixiviación fue la inclusión de una etapa de cementación de cobre para precipitar y recuperar cobre. Aprovechando las propiedades reductoras de la awaruita, las pruebas de cementación con descarga de lixiviación a presión y concentrado de awaruita dieron como resultado una alta eficiencia de eliminación de cobre en un subproducto de cobre de alta ley. Esto permite la recuperación efectiva del cobre contenido en la materia prima de awaruita y, aunque en cantidades modestas (el cobre representa menos del 1% del contenido del concentrado de awaruita), este producto de cobre representa una nueva fuente potencial de valor para Baptiste.
Solución de purificación y cristalización
Las pruebas de purificación de soluciones se centraron en validar el uso de tecnologías convencionales de purificación de níquel para producir una solución de sulfato de níquel de suficiente pureza para cristalizar en un producto de sulfato de níquel adecuado para su uso en la cadena de suministro de baterías de vehículos eléctricos.
Debido a la alta calidad de los lixiviados producidos, la purificación requiere solo dos operaciones unitarias; extracción con solvente de cobalto para la eliminación de cobalto de la solución de lixiviación, y extracción con solvente de níquel para la concentración y purificación final del sulfato de níquel.
Cabe señalar que el proceso de purificación de dos etapas de Baptiste es relativamente simple en comparación con las cuatro etapas de purificación que normalmente se requieren cuando se produce sulfato de níquel a partir de precipitado de sulfuro mixto (MSP), precipitado de hidróxido mixto (MHP), o materias primas de concentrados de sulfuro.
La complejidad reducida del circuito de purificación refleja las bajas impurezas inherentes al concentrado de awaruita de Baptiste y su eficiencia para eliminar el ácido libre y las impurezas de hierro en la nueva etapa de lixiviación atmosférica.
La operación de extracción con disolvente de cobalto extrajo con éxito más del 99% del cobalto con una coextracción mínima de níquel. El cobalto se recuperó en una solución de separación que luego se usó para generar productos de precipitado de cobalto.
El trabajo de prueba demostró la flexibilidad para producir precipitados de hidróxido de cobalto y sulfuro de cobalto, con precipitados producidos con una graduación del 40% y el 39% de cobalto, respectivamente. Con la demostración de que la producción de cualquier forma de producto es técnicamente viable, la selección comercial final se puede adaptar para satisfacer el producto preferido del mercado.
La solución estéril de cobalto de la extracción con solvente de cobalto luego se procesó a través de la extracción con solvente de níquel, que extrajo con éxito más del 99 % del níquel con una coextracción mínima de magnesio, la impureza clave que se debe rechazar en esta etapa. La solución de tiras de níquel resultante luego se sometió a cristalización por lotes para producir cristales de sulfato de níquel.
Los ensayos de los cristales producidos se presentan en la Tabla 3 junto con una especificación objetivo para aplicaciones de batería. Como se muestra claramente, el producto de Baptiste cumple o mejora las especificaciones objetivo para todos los elementos de interés.
Tabla 3: calidad del cristal de sulfato de níquel de Baptiste frente a la especificación objetivo
| Elemento | Unidades | Cristales de sulfato de níquel | |
| Trabajo de prueba de Baptiste | Especificación de destino | ||
| Ni – Níquel | % en peso | >22 | >22 |
| Al – Aluminio | ppm | <1 | <5 |
| Como – Arsénico | ppm | <1 | <2 |
| Ca – Calcio | ppm | <1 | <5 |
| Cd – Cadmio | ppm | <1 | <1 |
| Co – Cobalto | ppm | 1 | <50 |
| Cr – cromo | ppm | <1 | <3 |
| Cu – Cobre | ppm | <1 | <3 |
| Fe – Hierro | ppm | 1 | <3 |
| K – Potasio | ppm | 3 | <10 |
| Mg – Magnesio | ppm | <1 | <5 |
| Manganeso – Manganeso | ppm | <1 | <5 |
| Na-sodio | ppm | 2 | <20 |
| Pb – Plomo | ppm | <1 | <2 |
| Si – Silicio | ppm | <2 | <10 |
| Zn-Zinc | ppm | 2 | <5 |
Con la finalización de las pruebas hidrometalúrgicas que se informan en este documento, la Compañía ha completado el programa de pruebas metalúrgicas de PFS. El programa validó con éxito la estrategia de procesamiento de Baptiste y condujo a la optimización del diagrama de flujo de procesamiento y los parámetros clave del proceso.
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