Энергия никеля: как металл меняет мир вокруг нас

Роль никеля в современной экономике

Никель — один из ключевых металлов современной промышленности. Он широко используется в производстве нержавеющей стали, аккумуляторов, специальных никелевых сплавов для авиа и ракетостроения, химической промышленности и многого другого. Рост спроса на никель связан с развитием электромобилей и возобновляемых источников энергии.

Мировое потребление никеля ежегодно растет на 3–5%, а к 2030 году, по прогнозам, спрос может увеличиться на 40–50% из за роста производства литий ионных батарей. Крупнейшими потребителями выступают Китай, ЕС и США.

Основные типы руд и месторождений

Никелевые руды делятся на два основных типа:

• Сульфидные медно никелевые — содержат никель в виде сульфидов, часто вместе с медью и кобальтом. Характерны для Норильского района и Кольского полуострова. В таких рудах содержание никеля колеблется от 0,5% до 5%, меди — от 1% до 10%, также присутствует кобальт (до 0,1%) и металлы платиновой группы.
• Силикатные (латеритные) — образуются в результате выветривания ультраосновных пород, распространены в Австралии, Новой Каледонии, Филиппинах, Индонезии и Бразилии. Содержание никеля здесь обычно ниже — от 0,8% до 2%, но объемы месторождений значительны.

Отдельно выделяют окисленные никелевые руды, которые требуют особых технологий переработки из за высокого содержания оксидов железа и магния.

Гидромолоты

Подробнее

Квик-каплеры

Подробнее

Бутобои

Подробнее

География добычи мировых и российских запасов

Мировые запасы никеля сосредоточены в нескольких странах:

• Индонезия — лидер по запасам силикатных руд (∼21% мировых запасов).
• Австралия — крупные месторождения сульфидных и латеритных руд.
• Канада — сульфидные месторождения в провинциях Онтарио и Квебек.
• Россия — значительные запасы сульфидных медно никелевых руд.
• Новая Каледония — крупные латеритные месторождения.

Россия занимает одно из первых мест по уровню добычи никеля, уступая лишь Индонезии и Филиппинам. Крупнейшие месторождения:

• Норильский район (ГМК «Норильский никель») — крупнейшие запасы сульфидных медно никелевых руд с высоким содержанием металлов. Здесь добывается около 90% российского никеля.
• Кольский полуостров (Кольская ГМК) — месторождения с богатым содержанием руды, расположенные вблизи Мурманска.
• Урал и Воронежская область — меньшие по масштабу, но значимые месторождения.

На территории России сосредоточено около 13,2% мировых запасов никелевой руды, что составляет 135 млн тонн.

Технологии добычи руды — открытый и подземный способы

Существуют два основных способа добычи:

Открытый (карьерный) способ применяется при неглубоком залегании руды (до 300–500 м). Процесс включает:

• вскрышные работы — удаление пустой породы;
• буровзрывные операции — дробление массива;
• погрузку и транспортировку руды.

Подземный (шахтный) способ используется при глубоком залегании (от 500 м и глубже). Включает:

• строительство шахт и штолен;
• проходческие работы;
• добычу и подъем руды на поверхность.

Выбор способа зависит от:

• глубины залегания;
• содержания металлов в руде;
• геологических условий;
• экономической целесообразности.

Виды и функции навесного оборудования в добыче

В современной горнодобывающей отрасли широко используется навесное гидравлическое оборудование — оно помогает повысить эффективность работ, снизить затраты и обеспечить безопасность персонала.

В апреле 2024 года ГК «Традиция» представила собственные решения для подземных горных работ на выставке «Горное дело. Металлургия. Норильск 2024» (площадка ПАО «ГМК Норильский никель»).

Гидромолоты HammerMaster созданы для тяжелых условий горнодобывающей промышленности. Особенность конструкции — мембрана вместо азотной камеры: это значит, что гидромолот не нужно дозаправлять азотом. К тому же он может работать в любом положении: бить в пол, стену или потолок.

Такие гидромолоты используют для:

• дробления негабарита в породном навале;
• проходки траншей;
• выравнивания уступов после взрывания;
• устранения заторов горной массы в приёмных бункерах;
• кровлеоборки и обезопашивания в подземных выработках.

Бутобои Impulse — это стационарные манипуляторные установки с интегрированными гидромолотами. Они рассчитаны на работу в сложных горно-геологических условиях и круглосуточную эксплуатацию. Одна из популярных моделей — Impulse B380R. Угол поворота 240° и горизонтальная зона работы 4,5 м: благодаря этому установка охватывает большую рабочую площадь без необходимости перемещаться. Конструкция сделана из высокопрочных коробчатых профилей с боковыми усилителями, а все блоки и электрические соединения соответствуют стандарту IP54. Бутобой работает в широком диапазоне температур — от −40 °C до +40 °C.

Податчики для погрузочно-доставочных машин (ПДМ) с гидромолотом HammerMaster — это комплексные решения для подземных работ. Они компактны и маневренны, поэтому хорошо подходят для стесненных условий шахт. Такие системы интегрируются с ПДМ разных производителей и позволяют:

• додрабливать негабарит прямо в забое;
• обслуживать шахты без буровзрывных работ;
• повышать безопасность подземных горных операций.

В целом навесное оборудование дает заметные преимущества: снижает зависимость от буровзрывных технологий, повышает безопасность, сокращает эксплуатационные затраты и увеличивает производительность на всех этапах — от бурения и добычи до погрузки и транспортировки.

Переработка и получение чистого металла

Получение чистого никеля — сложный многостадийный процесс, выбор технологии которого определяется исходным содержанием металла в руде. Разберем основные этапы производства.

Шаг 1. Обогащение бедных руд

Бедные никелевые руды (с содержанием никеля менее 1 %) направляют на обогащение — чтобы повысить концентрацию металла перед дальнейшей переработкой.

Для обогащения применяют три метода:

• флотацию;
• гравитационное обогащение;
• магнитное обогащение.

Полученный концентрат с содержанием никеля 5–15 % пригоден для дальнейшей переработки (плавки или выщелачивания). Это снижает затраты и повышает рентабельность производства. Выбор метода зависит от минерального состава руды: флотация оптимальна для сульфидных руд, гравитация — экономичный вариант для крупных вкраплений, магнитная сепарация — для руд с магнитными минералами.

Шаг 2. Плавка богатых руд

А если руда богатая (с содержанием никеля больше 1%), ее сразу плавят. Тут есть два основных подхода:

• Пирометаллургический: используют взвешенную плавку или шахтные печи — то есть работают с высокими температурами.
• Гидрометаллургический: руду выщелачивают — обрабатывают специальными растворами, чтобы «вымыть» никель.

Шаг 3. Конвертирование

После плавки получают никелевый штейн — промежуточный металлургический продукт с содержанием никеля 10–25 %. Материал содержит примеси (железо, медь, сера и другие элементы) и подлежит дальнейшей переработке для повышения концентрации никеля и подготовки к этапу рафинирования в соответствии с технологическими нормативами.

Шаг 4. Рафинирование

Для очистки никеля от примесей применяют метод электролитического рафинирования. В результате процесса получают никель марок Н0 и Н1 с содержанием основного металла свыше 99,9 %, что соответствует требованиям промышленных стандартов к высокочистым материалам.

Шаг 5. Производство ферроникеля

Ферроникель — сплав никеля с железом (обычно 20–30 % Ni) — получают в ходе металлургической переработки никельсодержащего сырья. В отличие от чистого никеля, такой сплав экономически выгоднее использовать в качестве легирующей добавки.

Никель служит ключевым компонентом в разнообразных технологических решениях — от элементов повседневного обихода до высокотехнологичных систем космического назначения.

Перспективы развития никелевой промышленности

Ключевые тренды:

• рост спроса на никель из за развития электромобилей (к 2030 году спрос может вырасти на 40–50%);
• внедрение новых технологий добычи и переработки (автоматизация, роботизация);
• увеличение доли вторичной переработки никеля (экономия до 80% энергии);
• освоение новых месторождений (в т. ч. глубоководных);
• экологизация производства (снижение выбросов, замкнутые циклы);
• развитие технологий прямого восстановления никеля из бедных руд;
• рост инвестиций в разведку новых месторождений в России и других странах.

Синтез результатов

Добыча и переработка никеля — сложный и высокотехнологичный процесс, требующий современных решений. Развитие навесного гидравлического оборудования позволяет повысить эффективность и безопасность добычи, а растущий спрос на никель гарантирует стабильность отрасли в ближайшие десятилетия. Россия, обладая значительными запасами никелевых руд, остается одним из ключевых игроков на мировом рынке.