CN1308471C - 从矿石和精矿中提取钴和镍的方法 - Google Patents

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Abstract

一种从砷硫化和/或硫化钴矿和/或镍矿或它们的精矿中提取金属的方法，其中将硫或含硫的砷化合物与砷硫化和/或硫化钴矿和/或镍矿或它们的精矿进行反应，得到一种反应产物，并将溶解的金属和稀有矿从反应产物中溶出。

Description

从矿石和精矿中提取钴和镍的方法
技术领域
本发明涉及一种从砷硫化物(arsenosulfidic)或硫化物矿石或精矿中提取钴和镍的方法。
背景技术
世界上绝大多数的镍和钴的产品都是从砷硫化物或硫化物矿物中提取得到的。但是，钴和镍通常都是伴生的，并与其他金属矿石一起存在。
所谓的含钴砷硫化物首先指的是斜方砷钴矿(CoAs2)，方钴矿(CoAs3)，砷黄铁矿((Fe，Co，Ni)AsS)，和辉钴矿(CoAsS)。而硫化物首先指的便是硫钴矿(Co3S4)。
至于砷硫化物，首先便是斜方砷镍矿NiAs2，砷黄铁矿(FeAsS)，辉砷镍矿(NiAsS)和红砷镍矿(NiAs)。而硫化物首先指的便是镍黄铁矿(Fe，Ni)9S8，针镍矿(NiS)和方硫铁镍矿((Ni，Fe)S2)。
钴矿中的辉钴矿和镍矿中的镍黄铁矿是分布最为广泛的矿石。因此，它们在新提取方法的研发中占有重大的科学意义和经济价值。
另外，这两种矿石的特点还在于其中通常都沉积或溶有一定量的金、铂金属和其他一些稀有金属以及稀土矿。
砷硫化和/或硫化钴矿是从形成的矿床中开采的，并一般需要经过研磨和浮选法浓缩成精矿，该过程尤其要除去研磨物中所含的大量硅酸盐。
矿石或精矿的提炼过程通常需要对矿石进行煅烧，用以在高温下将硫化物氧化成SO2并保留下金属氧化物。然后可以添加碳还原这样得到的矿石，并通过特殊的方法以及必要时的后续处理再将各种金属提纯出来。
在这期间，除了已知的火法冶金法和湿法冶金法外，还靠各种辅助措施溶解出砷硫化和/或硫化钴矿中的钴、镍和其他金属。
术语“浸滤”既包括通过FeIII的化学浸滤，也包括通过微生物的生物浸滤，其中都可以使用硫作为能源。而特别是当使用含铁的铜矿和镍矿时，仅仅是浸洗可能就不够了。
发明内容
因此本发明的任务在于，提供一种从砷硫化和/或硫化矿物或精矿中提取出钴和镍以及其他金属的改进方法。
该任务通过以下一种方法解决，其中
·使砷硫化和/或硫化钴矿和/或镍矿或它们的精矿与硫或含硫的砷化合物进行反应，得到反应产物，并且
·将可溶金属和稀土金属从所述反应产物中溶出。
反应方程式为
                      (1)
                (2)
                (3)
有证据表明，如果过程进行适当，则辉钴矿就会几乎完全反应转化成CoS和雄黄。镍黄铁矿在反应中则会几近完全转化成NiS和黄铁矿。在该转化中，辉钴矿的研磨小颗粒会形成主要由雄黄的核和CoS的壳构成的颗粒。与辉钴矿相反，利用传统的氧化反应法就可以毫无问题地从硫化钴中溶出钴以及其他富集于其中的金属。至于镍，同样会由镍黄铁矿的研磨颗粒形成具有黄铁矿的核和NiS的壳的颗粒。毫无疑问，这种颗粒可以通过传统的浸滤法溶出。特别合适的是处于液体凝集状态的硫。根据温度的不同，硫会从易流动的黄色变为粘稠的深红色/棕色。在液相中会出现λ-、π-和μ-硫之间的转化现象。不同的形式会导致凝固点的降低。因此，液态的硫通常处于111-444℃的范围内，同时沸点取决于压力。优选使用该温度范围，而约187℃的温度则稍差一些，因为此时的硫具有极高的粘度，而该粘度在更高的温度下又会降低。优选的温度范围为111-159℃，或者是350-444℃。从必要的能量供应角度来看，很明显低温要更为有利一些，而更高的温度则会加速反应进程。
这些反应是放热反应，这使得所需用于反应的能量消耗相对较少。
一种从CoS或NiS中获得钴或镍的可能方法，可以用以下方程式表示
          (4)
          (5)
所制得的钴或镍的硫酸盐同样如硫酸铁一样，是可溶于酸的，因此钴、镍和铁可以相继进入溶液，并能在合适的反应进程中分开和分离。
其余留下的则是研磨物中所包含的混合物，该混合物由贵金属和其他金属以及稀土金属，特别是由金、银、铂、PME和锌组成，该混合物作为残渣而沉淀在进行溶解过程的容器底部。
利用新型的生物浸滤法就可以特别环保地，并在产生较少量硫酸的情况下，将钴或镍溶解出来。其中，硫化钴根据如下两个方程式
            (6)
或
            (7)
在有特殊的细菌存在下进行氧化，并在水溶液中分离和电解。
矿石或精矿的反应应该优选在惰性气氛下进行，比如氮气氛或氩气氛。
事实证明，用于该反应的优选温度范围在50℃到550℃之间，特别优选在350℃和450℃之间时，反应可以较快地进行。反应的持续时间取决于研磨颗粒的大小和温度，并且可以由技术人员通过简单的试验来优化选择。
在矿石或精矿的反应过程中可以辅助使用微波辐射。因为通过微波，可使研磨物的各颗粒内外受热均匀，由此可以加速在反应中所进行的分散过程。由于改善了反应动力学，就可以加快反应过程。
根据反应温度和必要时微波辐射强度的不同，反应的持续时间可以从0.5小时到10小时，特别是2小时到5小时不等。
应向辉钴矿中加入化学计量的硫。这就是意味着，一般要在反应开始前进行分析，用以确定所需的硫量为多少时，能实现依赖于所用的矿石来进行方程式(1)、(2)、(3)的反应或类似的反应。要避免硫过量的情况，因为这些过量的硫会在冷却时主要生成粘稠的物质。在这种情况下，化学计量是指以矿石或精矿中所含的金属量计，在反应完成后实际上不应该再残留有游离的硫。
因此可以将硫以固体形式添加到研磨物中去，同时矿石或精矿的反应应该在环境压力下进行，但也可以在不大于大气压10×105帕斯卡(10bar)的压力下进行。为避免在反应温度下过多的硫气化，比较有利的办法是使反应在饱和硫蒸气气氛中进行。
另一方面，也可以不添加固体的硫而在一含有气态硫的气氛中，于负压下进行该反应。
该反应也可以在添加硫等离子体的情况下进行。
也可以进行液态硫和相应预热的矿石或精矿的反应，因为这样就能大大加速反应进程并减少副产物的生成。
该方法可以，比如在三室隧道式炉内实现。该三室隧道式炉具有第一室和第三室，它们用作为第二室的隔离室。炉的第二室设计有电加热螺旋线，并具有一个氮气或氩气的入口，而这些气体用作为洗气。此外，第二室上还设置有用于引入微波的石英玻璃窗。
实验表明，如果用微波辐照由研磨物和硫组成的混合物，且微波具有以研磨物的量计的，8-35kWh/t的比能量密度，则可以优化反应过程。可以使用的微波为815MHz或是2.45GHz。
反应也可以在流化床反应器中进行。
令人惊奇的是，使用本发明的方法可以得到自由流动的产品，即所加入的硫不会导致反应产物粘结，反而对于反应来说是必需的。而万一出现了粘结也可以简单地解开。由于所形成的多孔性，同时也由于放热反应的作用，相对于初始材料而言，该产品的表面积至少扩大了50倍。这显著提升了生物和/或化学浸滤剂的作用。

Claims (15)

1.一种从砷硫化物或硫化物形式的钴矿、镍矿或它们的精矿中提取金属的方法，其中
·使砷硫化物或硫化物形式的钴矿、镍矿或它们的精矿与硫或含硫的砷化合物进行反应，得到一种含有CoS和/或NiS的反应产物，并
·将可溶的金属从所述反应产物中溶出。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于溶出反应产物中的砷并分离出沉积在反应产物上的金属和稀土金属。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于所述金属是金、银、铂、PME和锌。
4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于利用生物浸滤法溶出反应产物中的钴和/或镍。
5.根据权利要求1或2的方法，其特征在于转化反应在惰性气氛中进行。
6.根据权利要求1或2的方法，其特征在于转化反应在50℃到550℃之间的温度下进行。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于转化反应在350℃到450℃之间的温度下进行。
8.根据权利要求1或2的方法，其特征在于利用微波辐射促进转化反应。
9.根据权利要求1或2的方法，其特征在于转化反应持续时间为0.5到10小时。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于转化反应持续时间为2小时到5小时。
11.根据权利要求1或2的方法，其特征在于添加硫。
12.根据权利要求1或2的方法，其特征在于添加固体形式的硫，并在1×105到10×105帕斯卡的压力下进行转化反应。
13.根据权利要求11的方法，其特征在于转化反应在饱和硫蒸气的气氛下进行。
14.根据权利要求1或2的方法，其特征在于添加气体形式的硫，并且转化反应在负压下进行。
15.根据权利要求1或2的方法，其特征在于转化反应中所用的硫为等离子体形态的硫。
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