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Rohstoff für die Energiewende – Nachfrage nach Nickel steigt

Aufschluss von Nickel-Laterit mit 98-prozentiger Schwefelsäure: Triplex-Prozess-Membranpumpen fördern kritisches Medium zuverlässig - Minimierung von Ausfall- und Stillstandszeiten in drei Minen in Südostasien.

 

In einer Nickel-Kobalt-Mine in Papua-Neuguinea waren bis Ende 2017 kostenoptimierte Membranpumpen eines regionalen Herstellers im Einsatz, um 98-prozentige Schwefelsäure zu fördern. Diese wird für die Extraktion des Nickels aus Laterit benötigt. Da die bisher eingesetzten Aggregate jedoch eine hohe Ausfallrate und lange Stillstandszeiten aufwiesen, entschieden sich die Verantwortlichen dafür, sie durch neue Modelle zu ersetzen. Die Wahl fiel auf besonders robuste LEWA triplex-Pumpen des Typs G3G, die sich durch die bewährte LEWA-Membrantechnologie auszeichnen und trotz des schwierigen Mediums einen sicheren und zuverlässigen Betrieb gewährleisten. Sie sind mit hermetisch dichten M500-Pumpenköpfen mit hydraulisch angelenkter PTFE-Membran ausgestattet, die für Förderdrücke bis 350 bar geeignet sind. Die Pumpenköpfe sind entleerbar ausgeführt. Hinzu kommt eine langlebige Gesamtkonstruktion mit einteiligem Kurbelgehäuse und zweifach gelagerter Kurbelwelle. Seit fünf Jahren sind die LEWA Prozess-Membranpumpen erfolgreich in Papua-Neuguinea im Einsatz. Deshalb wurden die problemanfälligen Vorgängermodelle an zwei weiteren Standorten in Indonesien vor einigen Monaten ebenfalls durch triplex G3G ersetzt.

 

 

„Wir gehen davon aus, dass sich der globale Nickelbedarf –  je nach Szenario – von heute rund 2,4 auf bis zu rund 3,4 Millionen Tonnen im Jahr 2025 erhöhen wird“, so Dr. Michael Szurlies, Nickel-Experte der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) im Sommer 2021. Der wertvolle Rohstoff, der für Batterietechnologien benötigt wird und daher eine zentrale Rolle für die Energiewende spielt, wird überwiegend in Indonesien abgebaut, aber beispielsweise auch im Ramu Nickel Cobalt Project nahe Madang auf Papua-Neuguinea. Aus dem dort hergestellten Nickel-/Kobalt-Zwischenprodukt ergeben sich pro Jahr insgesamt 31.000 t Nickelmetall und 3.000 t Kobalt. 

Störanfällige Pumpen im HPAL-Verfahren

Zur Verarbeitung des Erzes wird dort das High Pressure Acid Leaching (HPAL)-Verfahren verwendet. Dabei reagiert Nickel-Laterit mit Schwefelsäure im Autoklaven und Nickel in Form von Sulfat wird bei hoher Temperatur sowie hohem Druck ausgelaugt, während Eisen in Form von Hämatit in den ausgelaugten Rückstand gelangt. Durch Waschen und Eindicken wird die Auslaugungslösung mit Schwefelwasserstoff, Magnesium oder Natriumhydroxid ausgefällt, um ein Zwischenprodukt aus Nickel-Kobalt-Sulfid oder Nickel-Kobalt-Hydroxiden zu erzeugen. Dieses Produkt kann anschließend durch Auslaugen, Extraktion und elektrolytische Gewinnung zur Herstellung von Edelstählen, wie beispielsweise Hastelloy verwendet werden.

Im Rahmen dieses Prozesses müssen pro Stunde 30 m³ 98-prozentige Schwefelsäure mit einem Druck von 70 bar in einen Hochdruck-Reaktionsbehälter gefördert werden. „Für diese Aufgabe hatte der Minenbetreiber zunächst kostenoptimierte Pumpen eines regionalen Herstellers eingesetzt“, erklärt Toni Zhong, Marketing & Business Development Manager bei LEWA NIKKISO (Dalian) Fluid Technology Co., Ltd. „Diese Pumpen arbeiteten jedoch sehr unregelmäßig und wiesen eine hohe Ausfallrate auf.“ Auch die Stillstandszeiten waren sehr lang, beispielsweise wenn die Kurbelwelle in der Antriebseinheit ausgetauscht werden musste. Die Verantwortlichen beschlossen daher, diese Aggregate zu ersetzen und neue Modelle anzuschaffen, die das schwierige, korrosive Medium zuverlässiger fördern.


Langlebige neue Aggregate mit geringem Wartungsaufwand

Aufgrund ihrer Robustheit und Langlebigkeit sowie der hermetischen Dichtheit fiel die Entscheidung auf G3G triplex Prozess-Membranpumpen mit M500-Pumpenkopf von LEWA. „Wie alle triplex-Pumpen ist die G3G für den Dauerbetrieb konstruiert, um langfristig einen unterbrechungs- und störungsfreien Betrieb zu gewährleisten“, erläutert Zhong. Die Langlebigkeit wird insbesondere durch das Triebwerksgehäuse erzielt, das einteilig und mit vertikal angeflanschtem Motor ausgeführt ist, sowie durch die zweifach gelagerte Kurbelwelle. Zudem sorgt die Monoblockbauweise dafür, dass die erforderlichen Komponenten wie Lager und Dichtungen auf ein absolutes Minimum reduziert werden konnten, wodurch sich ein äußerst kompaktes sowie platzsparendes Design ergibt. Die Fördermenge lässt sich über einen Frequenzumrichter steuern, der die Veränderung der Motordrehzahl sowie die Anzahl der Hübe pro Minute und damit die Fördermenge reguliert. Da alle Komponenten auf Dauerbelastung ausgelegt sind, ist mit dem Triebwerk ein störungsfreier Betrieb von über 40.000 h möglich.

Der M500-Pumpenkopf mit hydraulisch angelenkter Sandwichmembran aus reinem PTFE ist für Förderdrücke bis 350 bar bzw. Förderströme bis 19 m³/h konstruiert und vor Fehlbedienung sowie gegen unzulässige Betriebszustände geschützt. So verhindert beispielsweise ein integriertes, individuell einstellbares Druckbegrenzungsventil im Hydraulikteil eventuelle Überlastsituationen im Betrieb. Zudem melden das patentierte Schutzsystem DPS und die Membranüberwachung einen Schaden an der Membran rechtzeitig, bevor diese reißt und die Förderflüssigkeit in die Umwelt gelangen kann. „Selbst bei massiven Störfällen sorgt das DPS dafür, dass die Pumpe stabil und hermetisch dicht bleibt, so dass sie aus jedem Betriebszustand sicher angefahren werden kann“, so Zhong. „Dies minimiert das Risiko, dass Schwefelsäure austreten könnte, sowie die Gefahr von Unfällen.“ Hinzu kommt, dass der Wartungsaufwand bei diesen Aggregaten sehr gering ausfällt, da die geförderten Flüssigkeiten nicht mit rotierenden Komponenten in Berührung kommen. Dies liegt daran, dass sämtliche beweglichen Teile in einem schützenden und schmierenden Hydraulikfluid arbeiten. Weitere Merkmale der triplex-Pumpen für diese Anwendung sind die neu entwickelten Kegelventile mit Ventilsitzen und -kegeln aus Hastelloy. Diese sorgen für einen störungsfreien Dauerbetrieb. Zudem zeichnen sich die Pumpen durch ihre hohe Laufruhe sowie einen pulsationsarmen Förderstrom aus, so dass Pulsationsdämpfer oft überflüssig sind. Damit sind sie für die Anwendung im HPAL-Prozess optimal geeignet.

Minimierte Stillstandszeiten

Die neuen Aggregate sind seit fünf Jahren in der Ramu-Mine in Papua-Neuguinea und seit zwölf Monaten im Legions sowie im Huayue Nickel Cobalt Project in Indonesien im Einsatz. Die Ausfall- und Stillstandszeiten ließen sich seither im Vergleich zu den Vorgängermodellen deutlich reduzieren. „Der Auftraggeber ist mit den Projekten mit LEWA NIKKISO sehr zufrieden und plant eine weitere Zusammenarbeit bei ähnlichen Anwendungen“, resümiert Zhong. 

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