Nikel Cürufu Tozu Üretim Hattı Süreç Analizi: Katı Atıktan Yüksek Değerli Kaynağa

Giriş

Nikel cürufu, ferronikel alaşımlarının veya elektrolitik nikelin eritilmesi sırasında ortaya çıkan endüstriyel katı atıktır. Salım hacmi muazzamdır; ferronikel alaşımının üretim miktarının yaklaşık 6 ila 10 katıdır. Çin’in yıllık nikel cürufu emisyonu 30 milyon tonu aşmış olup, bu da onu dördüncü en büyük eritme atığı haline getirmektedir. Büyük miktarlarda biriken nikel cürufu, sadece değerli arazi kaynaklarını işgal etmekle kalmaz, aynı zamanda toprak ve yeraltı suları için potansiyel kirlilik riskleri de oluşturur.

Bununla birlikte, nikel cürufu bir “atık” değildir. Ana bileşenleri silikatlar ve az miktarda metal oksitlerden oluşur; artık nikel ve demir gibi değerli elementler içerir ve yüksek potansiyel aktiviteye ve kaynak kullanım değerine sahiptir. Bilimsel olarak sağlam işleme yöntemleri sayesinde nikel cürufu, çimento katkı maddeleri, beton katkı maddeleri ve yeni yapı malzemelerinde yaygın olarak kullanılan yüksek aktif mikro tozlara dönüştürülebilir ve böylece endüstriyel katı atıkların yüksek değerli kaynaklara dönüştürülmesi.

Peki, verimli bir nikel cürufu tozu üretim hattı nasıl kurulur? Bu makale, konuyla ilgili kapsamlı bir analiz sunmaktadır. işlem akışı, temel ekipman seçimi ve uygulama olanakları nikel cürufu tozu üretim hatları için.

I. Nikel Cürufunun Fiziksel Özellikleri ve Öğütme Sorunları

Hammadde özelliklerini anlamak, proses tasarımının ilk adımıdır. Nikel cürufu genellikle gri-siyah renkli, topak veya granül halindedir; başlıca bileşenleri arasında SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃ vb. bulunur ve bazıları artık metalik nikel, demir ve diğer mineraller içerir. Öğütme işlemi sırasında aşağıdaki zorluklarla karşılaşılır: üç temel zorluk:

• Yüksek sertlik ve güçlü aşındırıcılık: Nikel cürufunun Mohs sertliği yaklaşık 5–7 olup, bu da onu orta sertlikten sertlik kategorisine yerleştirir. Geleneksel bilyalı değirmenlerle işlendiğinde, güç tüketimi yaklaşık 90 kWh/t, çelik bilye tüketiminin yüksek olduğu.
• Değişken nem içeriği: Nem içeriği farklı kaynaklar arasında önemli ölçüde değişiklik gösterir; bazen 'i aşarak öğütme verimliliğini etkiler.
• Metalik kirlilikler: Nikel cürufunda gömülü ferronikel alaşımı parçacıkları bulunur; bunlar sadece ürün saflığını etkilemekle kalmaz, aynı zamanda ekipmanda ek aşınmaya da neden olur.

Bu özellikler, nikel cürufunun öğütülmesi anlamına gelir geleneksel mineral tozu işleme ekipmanlarını öylece kullanamaz; bu, hedef odaklı süreç çözümleri ve özel ekipman gerektirir.

II. Nikel Cürufu Tozu Üretim Hattının Temel İş Akışı

Modern nikel cürufu tozu üretim hatları genellikle aşağıdakilerden oluşan entegre bir süreç kullanır: “ön işleme – öğütme – demir giderme – toplama – depolama”. Merkezinde dikey silindirli değirmen (VRM) bulunan tipik bir proses akışı şu şekildedir:

2.1 Hammadde Hazırlama ve Ön İşlem

Hammadde ön işleme, üretim hattının istikrarlı çalışmasının temelini oluşturur.

Hava ile kurutma (hayvan barınaklarında): Tesise getirilen nikel cürufu, ilk nem oranını düşürmek amacıyla depolama alanında önce havayla kurutulur.

Tarama kontrolü: Nikel cürufunun tanecik boyutu şu şekilde kontrol edilir: 60 mm'nin altında beslemenin homojen ve istikrarlı olmasını sağlamak için eleme ekipmanından geçirilerek.

Demir giderme ön arıtması: Nikel-demir safsızlıkları, yüksek yoğunluklu bir manyetik ayırıcı ile giderilir; ardından, besleme malzemesinin tanecik boyutu ≤50 mm ve nem içeriği ≤6% olmasını sağlamak amacıyla titreşimli bir elekten geçirilerek elenir; böylece ekipman aşınması azaltılır ve öğütme verimliliği artırılır.

Ön işlemden sonra, nikel cürufu yükleme ekipmanı vasıtasıyla besleme hunisine kesintisiz olarak taşınır; bu sayede malzeme beslemesi kesintisiz bir şekilde sağlanır ve üretim kesintileri önlenir.

2.2 Birincil Öğütme – “Daha Fazla Kırma, Daha Az Öğütme” için Kolon Değirmeni”

Besleme hunisinin boşaltma ucuna, nikel cürufunu bir kolon değirmeni birincil öğütme için.

Kolon değirmeni, “daha fazla ezme, daha az öğütme” tasarım konsepti. Sıkma ve kesme hareketleri sayesinde nikel cürufunu öğütür, böylece Parçacıkların 90%’den fazlası 5 mm’den daha küçüktür. Bu aşamanın temel rolleri şunlardır:

• Sonraki öğütme aşamalarında enerji tüketimini önemli ölçüde azaltmak ve genel sistem verimliliğini artırmak.
• Cevher fazlarına gömülü nikel-demir parçacıklarının etkin bir şekilde ayrıştırılması daha sonraki metal geri kazanımını kolaylaştırmak amacıyla.

2.3 Üç Aşamalı Demir Giderme – Ürün Saflığının Sağlanması

Birincil öğütme işleminden elde edilen ince toz, bir üç aşamalı demir giderme sistemi, yüksek yoğunluklu manyetik ayırıcılar kullanarak demir kirliliklerini aşama aşama gidermek.

Amaç: Üründeki nihai demir içeriğinin kontrol altında tutulmasını sağlayın 2%'nin altında, inşaat malzemeleri veya mikro toz katkı maddeleri için kalite gerekliliklerini karşılayan.

2.4 Çekirdek Öğütme – Derin İşleme için Dikey Silindirli Değirmen Sistemi

Demirden arındırılmış nikel cürufu, dikey silindirli öğütme sistemi derin taşlama için. VRM, temel ekipman tüm üretim hattının, entegre ederek öğütme, kurutma ve sınıflandırma tek bir ünitede.

İş Akışı:

1. Besleme ve öğütme: Nikel cürufu, bir hava kilidi besleme cihazı aracılığıyla VRM’ye girer. Öğütme masasında, silindirler tarafından yüksek basınçlı sıkıştırma ve kesme işlemine tabi tutulurken merkezkaç kuvveti altında dışa doğru yayılır ve böylece toz haline getirilir.
2. Eşzamanlı kurutma: Öğütme işlemi sırasında malzemeyi kurutmak için değirmenin altından veya yanından sıcak hava verilir. Kurutma ısısını sağlamak üzere bir sıcak hava ocağı eşzamanlı olarak çalıştırılır; bu ocağında, hat içi kurutma için havayı ısıtmak üzere atık baca gazı veya temiz enerji kullanılır.
3. Sınıflandırma: Değirmen, yüksek verimli bir sınıflandırıcı ile donatılmıştır. Kaba parçacıklar yeniden öğütülmek üzere geri düşerken, ince parçacıklar hava akımıyla toz toplama sistemine taşınır.

VRM’de gerçekleştirilen derin işleme sayesinde, nikel cürufu belirli bir yüzey alanına ulaşacak şekilde öğütülür: 4200–4500 cm²/g, yüksek performanslı mineral katkı maddesi standartlarını karşılayan.

Yeniden sirkülasyon işlemi: Öğütme işlemi sırasında, tam olarak öğütülemeyen büyük inert kirlilikler ve demir bakımından zengin parçacıklar, değirmenin tabanından bir boşaltma çıkışı aracılığıyla dışarı atılır. Bu malzemeler, hava kilitli ağır çekiçli boşaltma vanasından dışarı çıkarılır, ardından kova asansörüyle üst kata taşınır ve burada ikincil demir giderimi nikel-demir kaynaklarını geri kazanmak için kuru manyetik ayırıcı yoluyla. Demirden arındırılmış malzeme, yeniden işlenmek üzere bir ara hazne aracılığıyla VRM sistemine geri gönderilir; bu sayede kaynakların tam olarak kullanılmış.

2.5 Gaz-Katı Ayırma ve Nihai Ürünün Toplanması

Değirmenden gelen toz yüklü gaz, yüksek verimli bir sistemle arındırılır torba filtre. Toplanan nikel cüruf tozu, bir hava kanalı veya vidalı konveyör aracılığıyla bitmiş ürün silosuna taşınır. İşlemden sonra, egzoz gazındaki toz konsantrasyonu şu değerin altındadır: 10 mg/Nm³, çevre standartlarına uygun.

2.6 Bitmiş Ürünlerin Depolanması ve Sevkiyatı

Hazır hale getirilmiş nikel cüruf tozu, büyük çelik silolarda veya beton silolarda depolanır. Müşteri taleplerine göre dökme veya torbalı sevkiyat için silonun tabanına bir dökme yükleyici veya paketleyici kurulur.

III. Ekipman Seçimi: VRM ile karşılaştırıldığında. Raymond Değirmeni vs. Top Değirmeni

Nikel cürufu tozu üretim hattı için ekipman seçimi, yatırım maliyetlerini, işletme verimliliğini ve ürün kalitesini doğrudan belirler. Aşağıda, üç ana seçeneğin karşılaştırması yer almaktadır:

Seçim önerileri:

• Büyük ölçekli projeler (yıllık üretim >200.000 ton): VRM ilk tercihtir. İlk yatırım maliyeti daha yüksek olsa da, enerji tüketimi, ürün kalitesinin istikrarı ve genel işletme maliyetleri açısından sağladığı avantajlar oldukça önemlidir. VRM sisteminin güç tüketimi 20%–30% alt geleneksel bilyalı değirmenlere kıyasla. Çin’de VRM’ler, örneğin 300.000 ton/yıl Xuchang’daki tesis ve 300.000 ton/yıl Endonezya'daki tesis.
• Küçük ve orta ölçekli projeler veya maliyet açısından hassas yatırımlar: Raymond değirmeni dikkate alınabilir. Optimize edilmiş Raymond değirmenleri ayrıca nikel cürufunu öğütebilir; elde edilen incelik derecesi şu aralıkta ayarlanabilir: 80–400 mesh. Bununla birlikte, nikel cürufunun yüksek sertliğe sahip olduğu (Mohs sertliği yaklaşık 6–7) ve bunun bir Raymond değirmenindeki aşınma parçalarının hizmet ömrünü etkileyeceği unutulmamalıdır.
• Geleneksel bilyalı değirmen işlemi: Yüksek güç tüketimi nedeniyle (90 kWh/t), düşük kapasite ve yüksek çelik bilye tüketimi, artık tavsiye edilmiyor nikel cürufunun işlenmesi için.

IV. Tipik Uygulama Örnekleri

Örnek 1: Tengxin, Xuchang, Henan – Yıllık 600.000 ton Nikel Cürufu Mikro Tozu Üretim Hattı

2012 yılında, Xinxiang Great Wall ilkini inşa etti 300.000 ton/yıl Henan Xuchang Tengxin Technology Co., Ltd. için nikel cüruf üretim hattı. Üretilen tüm nikel cüruf tozu, Henan ve çevresindeki büyük çimento ve hazır beton işletmelerine satılarak, iyi ekonomik getiriler ve hızla artan satışlar. 2013 yılının sonunda şirket, ikinci bir üretim hattı için sözleşme imzaladı ve bu hat 2014 yılının Ağustos ayında başarıyla devreye alındı. İki hat birlikte toplamda 600.000 ton/yıl nikel cürufu mikro tozu, ana ekipman ise GRMS33 dikey silindirli değirmen.

Örnek 2: PT. Gunung Steel Group, Endonezya – Yıllık 300.000 ton Nikel Cürufu Mikro Tozu EPC Projesi

2015 yılında, yerinde denetimler ve çeşitli Çinli endüstriyel atık cüruf öğütme ekipmanı üreticilerinin defalarca karşılaştırılmasının ardından, Endonezya’daki PT. Gunung Steel Group, nihayetinde Xinxiang Great Wall ile bir 300.000 ton/yıl nikel cürufu mikro tozu üretim hattı. Ana ekipman şunlardı: GRMS33 dikey silindirli değirmen, ve proje Kasım 2016’da başarıyla tamamlanarak devreye alındı. Yük çalışması sırasında değirmen, 50 t/saat ve belirli bir yüzey alanı olan 450 m²/kg, çıktı ve kaliteye ilişkin tüm tasarım gereksinimlerini karşılayan.

V. Sistemin Avantajları ve Kapsamlı Faydaları

VRM’yi temel bileşen olarak içeren nikel cüruf tozu üretim hattı, aşağıdakileri sunmaktadır: beş temel avantaj:

5.1 Enerji Verimli ve Çevre Dostu

VRM, malzeme yatağı öğütme prensibi, enerji tüketimini 20%–30% geleneksel bilyalı değirmenlere kıyasla. Kurutma işlemi için fırınlardan veya kazanlardan gelen atık ısıyı kullanabilir. Üretim hattı, tamamen kapalı taşıma sistemi, negatif basınçlı toz toplama sistemi, ses yalıtımı ve gürültü azaltma donanımlarıyla donatılmıştır; bu sayede toz ve gürültü kirliliğini etkin bir şekilde kontrol eder.

5.2 Yüksek Otomasyon Düzeyi

Üretim hattının tamamında bir DCS (Dağıtık Kontrol Sistemi), uzaktan izleme, otomatik başlatma/durdurma, arıza alarmları ve veri kaydı özelliklerini sunarak manuel müdahaleyi büyük ölçüde azaltır. VRM sistemi, tabaka kalınlığı, titreşim ve güç tüketimi gibi parametrelere göre silindir basıncını dinamik olarak ayarlayan otomatik yükleme kontrol sistemi ile donatılmıştır.

5.3 Yüksek Uyum Yeteneği

Farklı bileşimlere, parçacık boyutlarına ve nem oranlarına sahip nikel cürufu hammaddelerini işleyebilir. Hava hacmi, hava sıcaklığı, öğütme basıncı ve diğer parametreler ayarlanarak ürün inceliği esnek bir şekilde kontrol edilebilir.

5.4 Kararlı Çalışma

VRM, öğütme, kurutma ve sınıflandırma işlemlerini tek bir sistemde birleştirerek proses akışını basitleştirir, olası arıza noktalarının sayısını azaltır ve bakım maliyetlerini düşürür. Sistem, sıcaklık, basınç, titreşim vb. parametrelerin çok boyutlu çevrimiçi izleme özelliğine sahiptir ve bu sayede ekipman güvenliğini sağlar.

5.5 Çifte Fayda

Ekonomik faydalar: Değerli nikel-demir metallerinin geri kazanımı; çimento katkı maddesi olarak satılan nikel cürufu mikro tozu, geniş bir pazar potansiyeline sahiptir. Çevresel faydalar: Atık cüruf kaynaklı arazi işgali ve çevre kirliliğinin azaltılması; ulusal döngüsel ekonomi ve “çift karbon” stratejik kalkınma yönelimi ile uyum sağlanması.

Nikel cürufu tozu üretim hattı, endüstriyel katı atıkları yüksek değerli kaynaklara dönüştürmenin temel yollarından biridir. Modern proses çözümü, şuna odaklanmaktadır: dikey silindirli değirmen, “ön arıtma – öğütme – demir giderme – toplama – depolama” aşamalarından oluşan entegre bir süreç aracılığıyla, şunları sağlar: verimli, enerji tasarruflu ve temiz nikel cürufunun kullanımı.

İster şu bakış açısıyla olsun, çevresel baskı (arazi kullanımının ve kirliliğin azaltılması) ya da ekonomik getiriler (değerli metallerin geri kazanımı ve yüksek katma değerli mikro tozların üretimi), bilimsel olarak tasarlanmış bir nikel cürufu tozu üretim hattının kurulması bir akıllıca bir seçim hem metalurji hem de inşaat malzemesi sektöründeki işletmeler için. Katı atıkların kaynak olarak değerlendirilmesine yönelik ulusal politikaların sürekli olarak güçlendirilmesi ve “çift karbon” hedeflerinin daha da somutlaşmasıyla birlikte, nikel cürufu tozu işleme endüstrisi benzeri görülmemiş bir gelişme fırsatı dönemine giriyor.