Kritische Medien zuverlässig fördern Prozess-Membranpumpen in der Nickel-Gewinnung

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In einer Nickel-Kobalt-Mine in Papua-Neuguinea waren bis Ende 2017 Membranpumpen eines regionalen Herstellers im Einsatz, um 98-prozentige Schwefelsäure zu fördern. Da diese jedoch hohe Ausfallraten und lange Stillstandzeiten aufwiesen, entschieden sich die Verantwortlichen dafür, sie durch neue Modelle zu ersetzen.

Laut Experten soll sich der globale Nickelbedarf – je nach Szenario – von heute rund 2,4 auf bis zu rund 3,4 Millionen Tonnen im Jahr 2025 erhöhen. Der wertvolle Rohstoff wird für Batterietechnologien benötigt und überwiegend in Indonesien abgebaut, aber auch auf Papua-Neuguinea im Rahmen des „Ramu Nickel Cobalt Project“. Aus dem dort hergestellten Nickel/Kobalt-Zwischenprodukt ergeben sich pro Jahr insgesamt 31.000 t Nickelmetall und 3.000 t Kobalt.

Zur Verarbeitung des Erzes wird das High Pressure Acid Leaching (HPAL)-Verfahren verwendet (siehe Bildergalerie)

Bildergalerie

Dabei reagiert Nickel-Laterit mit Schwefelsäure im Autoklaven. Nickel wird in Form von Sulfat 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, 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. Diese Pumpen arbeiteten jedoch sehr unregelmäßig und wiesen eine hohe Ausfallrate auf. Auch die Stillstandzeiten 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.

Langlebige Aggregate mit geringem Wartungsaufwand

Die Entscheidung fiel auf G3G-Triplex-Prozess-Membranpumpen mit M500-Pumpenkopf von Lewa. Die G3G ist für den Dauerbetrieb konstruiert, um langfristig einen unterbrechungs- und störungsfreien Betrieb zu gewährleisten, heißt es vom Hersteller. 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 Minimum reduziert werden konnten, wodurch sich ein 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, so Lewa, 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, sodass sie aus jedem Betriebszustand sicher angefahren werden kann. 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 bewegliche 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, sodass Pulsationsdämpfer oft überflüssig sind. Damit seien sie für die Anwendung im HPAL-Prozess optimal geeignet, erklärt Lewa.

Die neuen Aggregate sind seit fünf Jahren in der Ramu-Mine in Papua-Neuguinea im Einsatz. Die Ausfall- und Stillstandszeiten ließen sich seither im Vergleich zu den Vorgängermodellen deutlich reduzieren. Der Auftraggeber sei mit den Projekten mit Lewa Nikkiso sehr zufrieden und plane eine weitere Zusammenarbeit bei ähnlichen Anwendungen, heißt es.

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