NÍQUEL CARBONYL UTILIDADES APLICAÇÕES CARACTERISTICAS

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIADO PARÁ.

CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS

DISCIPLINA DE METALURGIA DOS MATERIAS NÃO FERROSOS

Artigo processo níquel carbonyl.

1. INTRODUÇÃO

O níquel tem seu ponto de fusão em aproximadamente 1453°C, possuindo uma grande resistência à corrosão e oxidação. Deste modo o níquel é utilizado, tanto puro como em ligas, em aproximadamente 300 mil produtos para consumo, indústria, material militar, moedas, transporte/aeronaves e em aplicações voltadas para a construção civil.

Nos países industrializados o níquel tem aproximadamente 70% de utilização na siderurgia, sendo os restantes, 30%, divididos em ligas não-ferrosas, galvanoplastia etc. Tal utilização se dá seguindo, também, a uma categorização  de classe I e classe II sendo:

Classe I: Derivados com grande pureza, com no mínimo 99% de níquel contido (níquel eletrolítico e "carbonyl pellets”) tendo assim larga utilização em qualquer aplicação metalúrgica. (aula não ferrosos)

Classe II: Derivados com conteúdo entre 20% e 96% de níquel (ferro-níquel, matte, óxidos e sínter de níquel) com grande utilização na fabricação de aço inoxidável e ligas de aço.

O foco deste artigo é o níquel de classe I, obtido pelo processo carbonyl pellets. A maior parte da conversão do matte de níquel em níquel de alta pureza é feito por lixiviação, purificação de solução e eletrowinning ou redução por hidrogênio. Mas cerca de um quarto da conversão do matte em níquel de alta pureza é feito pelo refino gasoso carbonyl. Esse processo é usado no Canadá, China, Rússia e Gales.

O primeiro princípio do refino do níquel carbonil é que o níquel tende a formar gás, enquanto outros metais não. Essa gaseificação permite que o níquel seja separado de outros metais e impurezas.

O segundo princípio do refino do níquel carbonil é que enquanto o níquel pode ser carbonilado para formar o níquel carbonil gasoso à baixa temperatura, ~50ºC, o níquel carbonil resultante pode ser decomposto para níquel metálico em alta temperatura, ~240ºC.

Cerca de 25% do sulfeto de níquel de conversor de matte é refinado para níquel de alta pureza (99,99% Ni) através dos seguintes passos:

1. Oxidação do matte para óxido de Ni impuro
2. Redução do produto óxido para liga impura de níquel
3. Produção seletiva de Ni carbonyl gasoso, Ni(CO)4, proveniente da liga
4. Decomposição do gás carbonyl para níquel de alta pureza, 99,99% Ni

A carbonilação é feita continuamente à pressão ambiente ou em lotes a aproximadamente 70 bar.

1. OBJETIVOS

 Este artigo tem por objetivo descrever como é produzido níquel através do processo Carbonyl pellets, abordando as peculiaridades deste método e características dos equipamentos presentes, bem como medidas para uma operação segura.

1. MATERIAIS E MÉTODOS

Revisão bibliográfica do capítulo 22 do livro Extractive Metallurgy of Nickel, Cobalt and Platinum Group Metals do autor Frank Crundwell conforme Figura 1

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Figura 1 – Livro Extractive Metallurgy of Nickel, Cobalt and Platinum Group Metals  Fonte: https://www.bookdepository.com/Extractive-Metallurgy-Nickel-Cobalt-Platinum-Group-Metals-Frank-Crundwell/9780080968094

E demais materiais citados na bibliografia

3.1- DESCRIÇÃO

Da maneira mais simples, o processo consiste na oxidação do matte, redução do produto oxidado para níquel metálico impuro e então descrito conforme os seguintes passos:

1. Reação contínua do níquel metálico impuro com gás monóxido de carbono (~50ºC em pressão ambiente) para formar o níquel carbonil gasoso, Ni(CO)4, em forno rotativo.
2. Remoção contínua de níquel carbonil gasoso e resíduos não reagidos do forno
3. Transferência do resíduo para a planta de recuperação de metais
4. Decomposição contínua de níquel carbonil gasoso para monóxido de carbono e níquel de alta pureza pelo contato com pellets quentes (240ºC) de níquel de alta pureza
5. Remoção contínua de monóxido de carbono e aumento dos pellets de níquel do decompositor
6. Resfriamento contínuo do monóxido de carbono e reciclando-o no forno de carbonilação
7. Envio de pellets crescidos de níquel de alta pureza para o mercado.

3.2- QUÍMICA DO PROCESSO

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Um diagrama esquemático do fluxograma do processo é mostrado abaixo conforme Figura 2:

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Figura 22.1 - Fluxograma esquemático para refino de níquel carbonyl à pressão ambiente (como o usado na Clydach, Gales). O forno de carbonilação refrigerado e o decompositor de pellets quentes são notáveis. A refinaria de Clydach foi construída para produzir ~40.000 toneladas de níquel por ano.

(A inclinação do forno está exagerada na figura, na verdade é ~1º na horizontal) Níquel carbonil e monóxido de carbono são extremamente tóxicos e não devem escapar dentro do ambiente de trabalho.

3.3- Carbonilação industrial à pressão ambiente

O processo é contínuo, realizado a 50° C em fornos rotativos. A reação de carbonilação, equação (22.1), é altamente exotérmica, gerando cerca de 160 kJ/mol de Ni(CO)4. Como resultado, os fornos rotativos são refrigerados a água  para manter a temperatura do forno a 50° C.

3.4 - Complexidade do forno

Um forno de carbonilação possui três entradas: (i) liga de níquel carbonila; (ii) gás monóxido de carbono; e (iii) água de refrigeração. Todos esses fluxos de entrada devem ser alimentados ao forno enquanto gira.

Existem também três saídas: (i) resíduo não carbonilado; (ii) gás composto por níquel carbonila e monóxido de carbono; e (iii) água quente de refrigeração.

Além disso, o gás níquel carbonila é extremamente tóxico. Isso significa que absolutamente nenhum gás pode ser permitido escapar do forno. Isso requer, isolamentos perfeitos entre os fornos rotativos  e seus dispositivos estáticos de carga e descarga.

3.5 - Sulfidação da alimentação

Como pode ser observado a partir dos detalhes operacionais dados na tabela 22.1, a alimentação para o forno é sulfurada pela adição de gás sulfeto de carbonila, COS, ao gás de entrada do forno. Essa adição de sulfato de carbonila aumenta a taxa de carbonilação.