DE2938845C2 - Verfahren zur Gewinnung von metallischem Kupfer und Nickel aus ammoniakalischen Laugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von metallischem Kupfer und Nickel aus ammoniakalischen Laugen gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der DE-OS 26 27 063 ist ein Verfahren bekannt, bei dem aus einer Lauge zunächst der überwiegende Anteil an Kupfer in mehreren Extraktionsstufen herausgelöst wird, das dann in einem Kupfergewinnungskreis nach Auswaschen von Nickel- und Ammoniakresten durch Elektrolyse gewonnen wird. Aus der verbleibenden kupferarmen Lauge wird anschließend in mehreren Extraktionsstufen Nickel herausgelöst, wobei sn jeweils das gleiche organische Extraktionsmittel verwendet werden kann. Das herausgelöste Nickel wird dann mittels Ammoniak abgestreift, während das restliche Kupfer in Lösung bleibt und in diese Kupferextraktionsstufe zurückgeführt wird. Das abge- « streifte Nickel wird zu Nickeloxid verarbeitet. Verwende! man zum Abstreifen des Nickels Schwefelsäure, so müßte man zunächst restliches Ammoniak auswaschen.

um die Bildung von Nickelammoniaksulfat zu vermeiden, hätte dann aber immer noch Probleme hinsichtlich der Beseitigung des Restkupfers, wodurch das Verfahren sehr aufwendig würde.

Aus der DE-OS 23 32 976 ist ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei dem aus einer Lauge Nickel und Kupfer gleichzeitig soweit als möglich extrahiert wird, damit das Raffinat möglichst wenig Wertmetalle enthält Da die Lauge Konzentrationsschwankungen unterliegt, ist mit einem entsprechenden Oberschuß an organischem Extraktionsmittel zu arbeiten, so daß das Raffinat sicher im wesentlichen nickel- und kupferfrei gehalten wird. Aus dem beladenen Extraktionsmittel wird dann zunächst Nickel mit Schwefelsäure abgestreift und das hierdurch erzeugte Nickelsulfat durch Elektrolyse in metallisches Nickel umgewandelt Das Nickelsulfat könnte man zwar zur Erzeugung von reinem kristallinem Nickelsulfat wie es zur galvanischen Vernickelung verwendet witd benutzen, jedoch wäre vorher aufwendig zu reinigen, da sonst andere Metalle, die mit aus der Lauge extrahiert wurden, mit dem Nickelsuifat auskristaüisiercn und dieses verunreinigen würden. Für die elektrolytische Nickelgewinnung spielen diese Metalle dagegen keine Rolle.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dahingehend zu ändern, daß auf wirtschaftliche Weise reines, metallisches Kupfer als auch reines, kristallines Nickelsulfat gewonnen werden kann und gleichzeitig die spätere Gewinnung von reinem, metallischem Nickel aus einem abgezweigten Teilstrom erleichtert wird.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst

Hierbei wird neben der praktisch vollständigen Extraktion des Kupfers aus der Lauge nur eine Teilmenge des Nickels extrahiert, wobei eine maximale Beladung des Extraktionsmittels vorgenommen wird. Das von Kupfer praktisch befreite, noch Nickel und andere Metalle enthaltende Raffir.a' kann dann zur Herstellung von metallischem Nickel oder Nickelcarbonat verwendet werden, ohne daß hierfür eine selektive Kupferentfernung notwendig wäre.

Dagegen ist das mit Kupfer und Nickel beladene Extraktionsmittel frei von anderen Metallen, so daß sich aus dem in diesem Teilstrom enthaltenen Nickel ohne weiteres durch Abstreifen von Schwefelsäure und Auskristallisieren reines, kristallines Nickelsuifat herstellen läßt. Dadurch, daß das organische Extraktionsmittel maximal beladen wird, wird relativ wenig Ammoniak aus der Lauge extrahiert, so daß man mit wenig Auswaschmittel hierfür auskommt und kleinere Vprluste des Laugenmittels in Kauf nehmen muß.

Zum Herauslösen von Kupfer und einer Teilmenge des Nickels werden organische Extraktionsmittel verwendet, welche Verbindungen sind, die thermodynamisch stabile Chelate mit Kupfer und Nickel bilden. Diese Komplexe sind in organischen Lösungsmitteln, wie Kerosen, löslicher als in einer wäßrigen Phase.

Vorteilhaft können als organische Extraktionsmittel alkylsubstituierte Hydroxyoxime verwendet werden, z. B. die unter dem Handelsnamen SME (eingetragenes Warenzeichen der Firma Shell), LIX (eingetragenes Warenzeichen der Firma Henkel) oder ACORGA (eingetragenes Warenzeichen der Firma Acorga Ltd) bekannten Mittel oder Hydroxychinoline, z. B. das unter dem Handelsnamen Kelex (eingetragenes Warenzeichen der Firma Sherex Com.) bekannte Extraktionsmit-

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten FUeßschemas einer Anlage, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient, erläutert

Im Fließschema sind die Anlageelemente, die an sich alle bekannt sind, nur schematisch dargestellt Mit »Fließwegen« sind die Strömungsrichtungen der einzelnen Stoffströroe bezeichnet wobei es sich bei den Fließwegen z.B. um Leitungen oder um Einfüll- oder Entnahmeeinrichtungen für die einzelnen Anlageelemente handeln kann.

Aus einer nicht dargestellten Erzaufbereitungsanlage wird auf einem Fließweg 1 eine ammoniakalische Lauge, in welcher im wesentlichen Nickel, außerdem Kupfer und andere Metalle in geringen Mengen, wie z. B. Kobalt und Zink, gelöst sind, in eine aus zwei Extraktionsstufen 2 und 3 bestehende Vorrichtung eingeleitet und hierin im Gegenstrom mit einem auf einem Fließwege 4 in die Extraktionsstufe 3 eingeleiteten organischen Extraktionsmittcl, weiches mit einem nicht mit Wasser mischbaren Lösungsnittel, z. B. Kerosen, verdünnt ist in Kontakt gebracht Dieses Extraktionsmittel löst Nickel und Kupfer aus der Lauge, jedoch nicht Kobalt welches in der Lauge in dreiwertiger Form enthalten bleibt

Die Durchsatzmenge der organischen Phase wird erfindungsgemäß so gewählt daß die gewünschte Nickelmenge, die zur Erzeugung des kristallinen Nickelsulfates erforderlich ist sowie das Kupfer, mindestens nahezu vollständig extrahiert wird, derart, daß die organische Pl»<»se bis zu ihrer maximalen Kapazität mit defl beiden Metallen beladen wird.

Bei der Extraktion *ird das anfänglich von der organischen Phase aus (J⁶T Lauge aufgenommene Zink « wieder gegen Ende der Extraktion, im Ausführungsbeispiel etwa in der Stuf*·" 2, vollständig in die Lauge zurückverdrängt Da da# Extraktionsmittel die stärkste Affinität zu Kupfer anweist, enthält die auf dem Fließweg 5 aus der AnWge herausgeführte Lauge nur -to noch Spuren von Kupfer. Die Lauge wird sodann in nicht dargestellter Weiss, ζ. B. in einer Dampfdestillationsvorrichtung weiter behandelt, um ein vollständig von Kupfer freies Zwischenprodukt und die Laugungsreagenzien zu gewinnen, wobei das Zwischenprodukt -»5 zur Erzeugung von reinem Nickfci in die Raffinerie transportiert wird.

Die Extraktionsstufen können in bekannter Weise ausgebildet sein. Beispielsweise können sie aus je einem Mischer und Abscheidejjefäß oder aus Extraktionsko- >·' lonnen bestehen.

Es hat sioh erwiesen, da3 im allgemeinen zwei bis drei derartige Stufen ausreichen für die gewünschte Reinheit des Endproduktes, d.h. die des metallischen Nickels sowie der gewünschten Reinheit des kristallinen » Nickelsulfates und des metallischen Kupfers.

Die mit Kupfer und Nickel bis zu ihrer maximalen Kapazität beladene organische Phase wird auf einem Fließweg 6 in eine Vorrichtung 7 eingeleitet worin aus ihr mit Hilfe von verdünnter Schwefelsäure Ammoniak ausgewaschen wird. Die im wesentlichen von basischen Metallen freie wäßrige Lösung wird auf einem Fließweg 8 aus der Anlage entnommen und kann beispielsweise für die Gewinnung von Ammoniumsulfat durch Verdampfungskristallisation in nicht dargestellter Weise weiterbehandelt werden.

Die organische Phase wird sodann auf einem Fließweg 9 in drei Extraktionsstufen 10, 11, 12, die analog wie die Stufen 2 und 3 ausgebildet sein können, eingeleitet Im Gegenstrom zur organischen Phase wird auf dem Fließweg 13 verdünnte Schwefelsäure mit einer Konzentration von 100 bis 200 g/L vorzugsweise 150 g/l in die dreistufige Extraktionsvorrichtung eingeleitet wobei der pH-Wert der verdünnten Schwefelsäuie in jeder Stufe zwischen 0,8 bis 5,0 in an sich bekannter Weise reguliert wird, so daß das meiste Nickel, aber so gut wie kein Kupfer aus der organischen Phase herausgelöst wird. Die resultierende, schwach saure Nickelsulfatlösung wird aus der Stufe 10 auf einem Fließweg 14 herausgeführt, in einem Wärmeaustauscher 15 erhitzt und in einem Vakuum-Verdampfungskristallisator 16 der Kristallisation unterworfen. Das auf einem Fließweg 17 entnommene Krist*3lisat ist da die zugeführte Lösung im wesentlicher« frei von Kupfer, Kobalt und Zink ist, ein Produkt von noher Reinheit welches für die galvanische Vernickelung verwendet werden kann.

Die mit Kupfer beladene, organische Phase wird auf einem Fließweg 18 aus der Extraktionsstufe 12 entnommen und in eine, aus zwei Stufen 19 und 20 bestehende Extraktionsvorrichtung eingeleitet Die Stufen 19 und 20 können ebenfalls gleich wie die Stufen 2 und 3 bzw. 10 bis 12 ausgebildet sein.

Im Gegenstrom zur organischen Phase wird auf einem Fließweg 21 aus einer Elektrolyseanlage 22 entnommene konzentrierte Schwefelsäurelösung in die zweistufige Extraktionsvorrichtung eingeleitet und löst aus der organischen Phase Kupfer heraus.

Von der Schwefelsäure wird in der Extraktionsvorrichtung 19,20 aus der organischen Phase die in ihr noch vorhandene kleine Nickelmenge extrahiert. Damit die Nickelkonzentration im Elektrolyten 23 unter einem bestimmten Grenzwert gehalten wird, wird eine gejenüber der im Kreislauf durch die Extraktionsstufen 19, 20 und Elektrolyseanlage 22 zirkulierenden Schwefelsäurelösung geringe Menge abgezweigt und auf einem Fließweg 25 in die Waschvorrichtung 7 eingeleitet und damit die Abtrennung des Ammoniaks aus dem beladenen Extraktionsmittel vorgenommen. Durch die Zuführungen 24 und 26 werden die erforderlichen Ergänzungsmengen an verdünnter Schwefelsäure eingespeist.

Aus der Extraktionsvorrichtung 19, 20 wird die von Kupfer entladene organische Phase in die Stufe 3 der Extraktionsvorrichtung 2, 3 zurückgeführt. Die organische Phase durchsetzt die Extraktionsvorrichtung 2, 3; 1O bis 12 und 19,20 in einem geschlossenen Kreislauf.

In der nachstehenden Tabelle sind in einem Zahlenbeispiel die Zusammensetzungen der Prozeßströme angegeben.

Die Zusammensetzungen hängen selbstverständlich von der Zusammensetzung der Mutterlauge sowie der Menge der geforderten kristallinen Nickelsulfate und der gewünschten Reinheit der beiden Nebenprodukte ab.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Gewinnung von metallischem Kupfer und Nickelsulfat aus ammoniakalischen Laugen, in welchen Nickel, Kupfer und andere Metalle gelöst sind, mit Hilfe eines organischen Extraktionsmittels, welches mit einem nicht mit Wasser mischbaren Lösungsmittel verdünnt ist, wobei aus der Lauge im Gegenstrom zum organischen Extraktionsmittel in mindestens zwei ι ο Stufen Kupfer und Nickel herausgelöst, aus dem Extraktionsmittel das in ihm enthaltene Ammoniak ausgewaschen, aus dem Extraktionsmittel mit Hilfe pH-geregelter Zugabe von verdünnter Schwefelsäure im Gegenstrom in mindestens zwei Stufen sodann Nickel herausgelöst und anschließend aus dem nahezu von Nickel befreiten Extraktionsmittel von im Gegenstrom in mindestens zwei Stufen geführter verdünnter Schwefelsäure Kupfer herausgelöst sowie das Extraktjonsmittel sodann wieder in die letzte Stufe der Laiigenextraktion zurückgeführt wird, während aus der mit Kupfer beladenen Schwefelsäure Kupfer gewonnen und die hierbei vom Kupfer befreite, verdünnte Schwefelsäure zum größten Teil wieder im Gegenstrom mit dem Extraktionsmittel zur Aufnahme von Kupfer in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichne t, daß beim Herauslösen von Kupfer und Nickel die Durchsatzmenge oder die Konzentration des Extraktionsmittels derart gewählt wird, daß das Kupfer mindestens nahezu vollständig und nur die zur Erzeugung einer vorgegebenen Menge an kristallinem Nickelsulfat benötigte Nickelteilmenge durch maximale Beladung des txtraktionsmittels mit Kupfer und Nickel extranitrt werden, und daß das durch die Schwefelsäure herausgelöste Nickel als hydratisiertes Nickelsulfat auskristallisiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilmenge der Schwefelsäure aus dem Kupferextraktionskreislauf in die Ammoniakwaschstufe eingeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als organisches Extraktionsmitte! alkylsubstituierte Hydroxioxime oder Hydroxychinoline verwendet werden.