DE4320283A1 - Verfahren zum Anreichern von Nickelsulfid-Konzentraten und ähnlichen Mischungen, die zum Schmelzen ungeeignet sind - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum vollständigen Aufberei­ ten von Nickelsulfid-Konzentraten und entsprechenden Mischungen, die ungeeignet zum Aufschmelzen sind, durch kombinierte Anwen­ dung sowohl pyrometallurgischer als auch hydrometallurgischer Prozesse, so daß zwei Konzentrate gebildet werden, von denen das erste für eine pyrometallurgische und das zweite für eine hydro­ metallurgische Behandlung geeignet ist.

Das Angebot an derartigen Nickelmineralisationen, die leicht me­ tallurgisch, insbesondere pyrometallurgisch konzentriert oder aufbereitet werden können, nimmt weltweit ab. Daher müssen mehr und mehr Mineralisationen geringer Qualität bezüglich dieser Eigenschaften verwendet werden. Zusätzlich dazu sind viele Mine­ ralisationen in Gebieten angeordnet, die entweder vollständig wasserfrei sind oder in denen das Wasser salzhaltig ist und einen hohen Halogengehalt aufweist.

Die bei der Anreicherung durch verschiedene Gangminerale bezüg­ lich der Qualität der Konzentrate auftretenden Probleme betref­ fen die Eigenschaften der Minerale. Gangminerale bestehen oft aus Silikaten, die unter dem metallurgischen Gesichtspunkt schwierig aufzubereiten sind. Die geometrisch komplizierten Eigenschaften der Gangminerale liegen in deren vielen Phasen, die zusätzlich zum Siliziumdioxid unterschiedliche Anteile an verschiedenen Eisen-, Aluminium-, Mangan- und Magnesiumkomponen­ ten aufweisen, die wiederum von großen Oxidgruppen (oft Magnetit Fe₃O₄), Hydroxiden, Karbonaten und Sulfaten begleitet sind. Un­ terschiedliche Magnesiumsilikate haben sich im Hinblick auf den metallurgischen Prozeß als schwierig herausgestellt.

Minerale sind oft sehr weich, elektrisch stark aufgeladen und liegen wegen ihrer Textureigenschaften und Mischkornbildung mit wertvollen Mineralen insbesondere nur schwach konzentriert zu­ sammen mit wertvollen Mineralen vor. Für diese Art von Rohmate­ rialien wurden bis jetzt noch keine Bedingungen gefunden, unter denen Konzentrate guter Qualität für eine pyrometallurgische Aufbereitung erhalten werden konnten, selbst wenn eine ausrei­ chend hohe Gewinnung erreicht wurde. Eine intensive Flokkulation und Adsorption mit wertvollen Mineralen sind typisch für diese Minerale, wobei beide Verfahren sowohl im Trocken- als auch im Naßverfahren durchgeführt werden. Darüber hinaus haben diese Ar­ ten von Gangmineralien eine beträchtlich hohe spezifische Ober­ fläche und oft eine ebenfalls sehr hohe Löslichkeit.

Von Mineralisationen, die schwierig anzureichern sind, werden große Mengen an Konzentraten mit unzureichenden Eigenschaften für eine weitere metallurgische Aufbereitung erhalten. Diese Konzentrate haben einen zu hohen Magnesiumoxidgehalt, insbeson­ dere aufgrund des hohen Magnesiumoxidgehalts der Gangmineralien, einen hohen Halogengehalt oder einen zu geringen Eisengehalt. Darüber hinaus ist oft das Eisen/Magnesiumoxid-Verhältnis nied­ rig, weil die Konzentrate nur geringe Mengen an Eisensulfid, wie z. B. Pyrrhotin Fe_1-xS enthalten. Solche Mineralisationen enthal­ ten oft Magnetit, manchmal in hohen Mengen. In dem Anreiche­ rungsschritt des Verfahrens zum Erzeugen eines Konzentrats wer­ den gemischte Körner von wertvollem Metall und Magnetit erhalten und der Eisengehalt des Konzentrats enthält oft einen beträcht­ lichen Anteil des Magnetits dieser Körner. Dies führt zu Schwie­ rigkeiten bei der pyrometallurgischen Aufbereitung, weil, wenn der Magnesiumoxidgehalt der beim Schmelzen erzeugten Schlacke über 11% liegt, die Viskosität der Schlacke so stark ansteigt, daß es schwierig wird, diese aus dem Ofen zu entfernen.

In Bereichen, in denen frisches Wasser nicht erhältlich ist, muß oft Salinengrundwasser in Verbindung mit einer Naßkonzentration verwendet werden und dieses enthält einen hohen Anteil gelöster Salze, insbesondere Chloride und Fluoride. Es wurde versucht, deren Gehalt in dem Konzentrat zu verringern, indem man das Kon­ zentrat mehreren nachfolgenden Reinigungs- und Waschschritten unterzog. Halogene verursachen beträchtliche Korrosionsschäden insbesondere bei der dem Ofen nachfolgenden Ausrüstung.

Die Anreicherung von Erzen wird generell durch bekannte Anrei­ chungsverfahren durchgeführt, entweder im Trocken- oder Naßprozeß. Normalerweise werden durch dieses Verfahren aus mineralo­ gisch getrennten Erzen nach einer Reihe von Reinigungsschritten Konzentrate erhalten, die zum Schmelzen gut geeignet sind. Mit hoch angereicherten und/oder Erzen mineralogisch guter Qualität bezeichnen wir hier Erze, die im wesentlichen entweder überhaupt nicht oder nur in einem geringen Umfang problematische Gangmine­ rale enthalten, insbesondere Magnesiumsilikate, Hydroxide und/oder Hydroxyhalide. Bei diesen Konzentraten werden durch das Eisen/Magnesiumoxid-Verhältnis keine Probleme verursacht.

Wenn die wertvollen Minerale einer Erzlagerstätte in fein einge­ sprengter und eingewachsener Form vorliegen, ist es oft schwie­ rig, eine gute Konzentratqualität mit einer ökonomisch zufrie­ denstellenden Ausbeute zu erhalten. Um gute (hoch angereicherte) Konzentrate zu erhalten, muß der Grad der Freisetzung der Mine­ rale nach dem Mahlen hoch sein, was oft eine sehr feine Parti­ kelgröße erfordert. Jedoch ist das Konzentrat oft geeignet zum Schmelzen, wenn das Erzlager andere eisenreiche sulfidische Mi­ nerale wie z. B. Pyrrhotin enthält, und wenn auch diese anderen sulfidischen Minerale in dem Konzentrat gewonnen werden. Die na­ türlichen Eigenschaften der in einer Erzlagerstätte enthaltenen Minerale können auch derart ausgeprägt sein, daß sie nicht leicht in einem Konzentrat gewonnen werden können, oder daß sie in den Reinigungsschritten herabgesetzt werden können.

Wenn ein Erzlager Silikate enthält, die leicht in dem Konzentrat angereichert werden können, insbesondere Magnesiumsilikat, wie z. B. Talk und serpentinische Minerale, ist es oft sehr schwer, Konzentrate zu erhalten, die eine ausreichende Qualität für eine pyrometallurgische Behandlung aufweisen, z. B. Konzentrate mit einem ausreichend geringen MgO-Gehalt. Darüber hinaus können zahlreiche Arten von Silikaten ähnliche Probleme mit vulkani­ schen Erzen (Kambalda, Australien) hervorrufen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das die Verwendung der oben genannten komplizierten und für einen Schmelzvorgang nicht oder nur schlecht geeigneten Materia­ lien für eine metallurgische Aufbereitung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die vorliegende Erfindung stellt somit ein Verfahren zur voll­ ständigen ökonomischen und technischen Verwendung eines Konzen­ trats bereit, das ansonsten nur schlecht oder gar nicht für einen Schmelzprozeß geeignet ist, indem es in einem für diesen Zweck geeigneten Verfahren in zwei separate Konzentrate für un­ terschiedliche Aufbereitungsverfahren unterteilt wird. Die An­ reicherung bestimmter für das erste Aufbereitungsverfahren gün­ stiger Komponenten im ersten Konzentrat geht einher mit einer Abreicherung dieser für das zweite Aufbereitungsverfahren ungün­ stigen Komponenten im zweiten Konzentrat und vice versa. So wer­ den aus einem schlecht oder ungeeigneten Ausgangsmaterial zwei Konzentrate erhalten, die den unterschiedlichen Anforderungen der beiden kombiniert angewendeten Aufbereitungsverfahren je­ weils genügen. Die Separation des Konzentrats kann entweder im Wege der Naß- oder Trockenanreicherung durchgeführt werden.

Als Naßanreicherungsverfahren kann z. B. eine vollständige selek­ tive Flutuation verwendet werden, die mehrere Zwischenprodukt- Mahlschritte und Klassifizierungen als auch Reinigungsschritte enthält. Mögliche Trockenverfahren sind z. B. unterschiedliche Mahl und Klassifizierungsverfahren und damit oft verbundene ma­ gnetische Abscheidungen als auch unterschiedliche Verfahren, die auf dem spezifischen Gewicht basieren als auch elektrostatische Methoden. Als Mahlverfahren kann z. B. das Mahlen in einer Kugel­ mühle, Vibrationsmühle oder in einer Strahlmühle verwendet wer­ den.

Es wurde für die Behandlung der komplizierten Materialien ein kleiner Partikelgrößenbereich und Bedingungen gefunden, die eine Aufbereitung ermöglichen.

Zuerst wird ein Konzentrat gebildet, bei dem der Anteil an un­ günstigen Gangmineralien und insbesondere störenden Magnesiumsi­ likaten so gering ist, daß das Konzentrat für eine pyrometallur­ gische Aufbereitung geeignet ist. Nun liegt das Eisen/Magnesium­ oxid-Verhältnis des gewonnenen Konzentrats höher als 2,6 und dessen Gehalt an wertvollen Metallen ist deutlich höher als bei dem zweiten Konzentrat, das in dem Verfahren erzeugt wird. Die Grenze dieses Fe/MgO-Verhältnisses ist die untere Grenze des py­ rometallurgisch aufbereitbaren Konzentrats. Es ist offensicht­ lich so, daß, je höher das Verhältnis ist, umso besser die Aus­ sichten für die Aufbereitung sind.

Das Eisen/Magnesiumoxid-Verhältnis des Konzentrats kann auch so definiert sein, daß der Magnesiumoxidanteil der bei der pyrome­ tallurgischen Aufbereitung erzeugten Schlacke unter 11% liegen muß. Wenn der MgO-Gehalt der Schlacke höher liegt, ist auch die Viskosität der Schlacke so hoch, daß es schwierig ist, sie aus dem Ofen bei der gleichen Temperatur zu entfernen, bei der die pyrometallurgische Aufbereitung von Nickel normalerweise durch­ geführt wird. Ein Anstieg der Temperatur verbessert die Fluidi­ tät der Schlacke, ist jedoch technisch und ökonomisch ungünstig. Das auf diese Weise erzeugte Nickelkonzentrat wird vorzugsweise in einem Flammschmelzofen aufbereitet.

Das zweite zu erzeugende Konzentrat hat einen geringeren Gehalt an wertvollen Metallen als das oben beschriebene und es enthält mehr Gangminerale und Silikate, die insbesondere im Hinblick auf das Aufschmelzen ungünstig bzw. schädlich sind, wie z. B. Magne­ siumsilikat. Es hat sich herausgestellt, daß das erhaltene Kon­ zentrat, das einen geringeren Anteil an wertvollen Metallen hat, hydrometallurgisch aufbereitet werden kann, so daß auf diese Weise ein ökonomisch vorteilhafter Prozeß erreicht werden kann.

Durch Anreicherung des in dem ursprünglich zusammengesetzten Konzentrat enthaltenen fein verteilten Silikatmaterials in dem die hydrometallurgische Behandlung durchlaufenden Konzentrat auf einen nennenswerten Anteil ist es möglich, ein Konzentrat zu er­ zeugen, das für einen pyrometallurgischen Schmelzvorgang geeig­ net ist, weil es einen höheren Anteil an wertvollen Metallen und einen entsprechend abgereicherten geringeren Anteil an Magnesi­ umsilikaten aufweist, die für das Aufschmelzen des Konzentrats schädlich sind.

Aufgrund der fein verteilten Silikatverunreinigungen hat das die hydrometallurgische Aufbereitung durchlaufende Konzentrat eine beträchtlich feinere Korngrößenverteilung als das gröbere pyro­ metallurgische Konzentrat. Die feine Partikelgrößenverteilung ist jedoch vorteilhaft im Hinblick auf die hydrometallurgische Auslaugung. Ein beträchtlicher Anteil des Halogens wandert in das hydrometallurgisch aufbereitbare Konzentrat, was wiederum vorteilhafte für die pyrometallurgische Aufbereitung ist.

Das für die hydrometallurgische Aufbereitung präparierte und einen höheren MgO-Gehalt aufweisende Konzentrat wird zuerst einem Druckauslaugungsschritt mit Sauerstoff zugeführt. Bei dem Auslaugen werden die wertvollen Metalle Nickel, Kobalt und Kup­ fer in Sulfatform ausgelaugt und das Eisen wird ausgefällt. Die Sulfatlösung wird beispielsweise mittels geeigneter Extrahie­ rungsschritte gereinigt. Wenn die wertvollen Metalle außer Nickel aus der Lösung entfernt worden sind, kann die Gewinnung des Nickels aus der Lösung entweder elektrolytisch oder durch Reduktion durchgeführt werden.

Die Erfindung wird beispielsweise in den beigefügten Beispielen beschrieben, wobei in dem ersten Beispiel eine Trockenanreiche­ rung und im zweiten Beispiel eine Naßanreicherung beschrieben sind.

Beispiel 1

In den durchgeführten Experimenten wurden extrem schwer anrei­ cherbare, Magnesiumsilikate enthaltende Nickelkonzentrate des Serpentin- und Pyroaurattyps aufbereitet. Diese Konzentrate wa­ ren weich, elektrisch geladen und hatten eine große spezifische Oberfläche. Erfindungsgemäß sollen zwei getrennte Konzentrate erhalten werden; das erste geeignet für eine pyrometallurgische und das zweite für eine hydrometallurgische Aufbereitung.

Die anfängliche Aufbereitung des Nickelerzes wurde in konventio­ neller Weise durch Verwendung einer vollständigen selektiven Flotation durchgeführt, so daß zusätzlich zu der Abflußflotation mehrere Reinigungsflotationen mit abscheidenden Chemikalien durchgeführt wurden. Ziel dieses Verfahrens war es, mit konven­ tionellen Methoden den Anteil der Magnesiumsilikate und Haloge­ ne, die leicht flotierbar in dem Konzentrat enthalten waren, so gering wie möglich zu halten. Die Analyse des erhaltenen Konzen­ trats ist in Tabelle 1 wiedergegeben. Das Konzentrat wurde gewa­ schen und gefiltert, um dessen Qualität zu verbessern. Die Ta­ belle zeigt den Gehalt unterschiedlicher Komponenten nach dem Waschen.

Tabelle 1

Analyse des Konzentrats

Die Analyse, die die Qualität des Konzentrats beschreibt, zeigt, daß während des Waschens und Filterns der Anteil an wertvollem Metall abnahm, in gleicher Weise wie der Eisen und Magnesium­ oxidgehalt. Das Fe/MgO-Verhältnis stieg an und demzufolge waren die Eigenschaften des Konzentrats für eine pyrometallurgische Aufbereitung nach dem Waschen verbessert. Unter den Halogenen wurde das Chlorid deutlich aus dem Konzentrat ausgesondert, was wiederum vorteilhaft für die pyrometallurgische Aufbereitung ist.

Das gewaschene und gefilterte Konzentrat wurde nachfolgend auf­ bereitet durch Trennung in zwei getrennte Konzentrate. Die Tren­ nung wurde durchgeführt durch Mahlen und Klassifizieren mit einer Alpine Strahlmühle. Als Produkte wurden ein deutlich gröberes Produkt (PY) erhalten, welches wegen seines ausreichend hohen Fe/MgO-Verhältnisses für die pyrometallurgische Aufberei­ tung geeignet ist und wegen seines Gehalts an wertvollen Metal­ len, welcher höher ist als der des zweiten Konzentrats (HY), dessen Partikelgrößenverteilung feiner ist. Tabelle 2 zeigt, daß das gröbere Produkt in jeder Beziehung besser zur pyrometallur­ gischen Anreicherung geeignet ist als das ursprüngliche Konzen­ trat gemäß Tabelle 1. Die Anteile sind in Gew.-% angegeben. Ta­ belle 3 zeigt die Feinheit der gleichen Produkte.

Die nachfolgenden Tabellen zeigen, daß beide Produkte (Konzentrate), die aus dem ursprünglichen Konzentrat erhalten wurden, in einer technisch und ökonomisch sinnvollen Weise ver­ wendet werden können. Zusätzlich dazu zeigt Tabelle 2 (in Men­ genprozent), daß der Anteil des gröberen Produkts (PY) und des feineren Produkts (HY) leicht angepaßt werden kann z. B. an die Anforderungen der in Frage stehenden pyrometallurgischen Aufbe­ reitung. So können die Anteile der neuen Produkte, die aus dem ursprünglichen Konzentrat erhalten wurden, ebenfalls in einer gewünschten Weise eingestellt werden.

Die Abnahme des Silikatgehalts, als Siliziumdioxidgehalt be­ zeichnet, ist nachteilig hinsichtlich der pyrometallurgischen Aufbereitung des Produkts. Jedoch ist die Zugabe von Silikaten zu dem pyrometallurgischen Prozeß einfach, weil sie als Zugabe von Sand durchgeführt werden kann. Auf der anderen Seite wird deutlich, daß, wenn der Anteil der Silikate in dem pyrometallur­ gischen Produkt abnimmt, der Anteil der weichen Magnesiumsili­ kate und insbesondere Magnesium ebenfalls abnimmt.

Tabelle 2

Tabelle 3

Resultate der Feinheit der Produkte

In den oben dargestellten Tabellen ist klar zu sehen, daß wenn der Anteil des feineren Produkt für die hydrometallurgische Be­ handlung abnimmt, dessen Anteil an wertvollen Metallen (Ni) ebenfalls abnimmt, gleichzeitig mit dessen Eisen- und Schwefel­ gehalt. Die Magnesiumoxid (MgO)-, Kieselsäure- und Chloridbe­ standteile steigen an und der Schwefelbestandteil sinkt ab. Wei­ terhin kann aus der Tabelle gesehen werden, daß die spezifische Oberfläche zunimmt und die Feinheit abnimmt. Die Abnahme in der Feinheit wird verursacht durch Änderungen der Materialanteile zwischen dem hydrometallurgischen und pyrometallurgischen Pro­ dukt. Beim Klassifizieren steigt der Anteil des Produkts für die pyrometallurgische Behandlung an, während gleichzeitig feines Material in diesen Anteil überführt wird.

Das grobe Produkt für die pyrometallurgische Behandlung verhält sich entgegengesetzt. Das Fe/MgO-Verhältnis, das im wesentlichen wichtig für die pyrometallurgische Behandlung ist, verringert sich stetig für das hydrometallurgisch aufzubereitende Produkt, während es für das pyrometallurgisch zu behandelnde gröbere Pro­ dukt ansteigt. Somit ist die Wahl zwischen den beiden metallur­ gischen Verfahrensalternativen für das Konzentrat einfach und hängt ab von den für die entsprechende metallurgische Behandlung festgesetzten Anforderungen.

Beispiel 2

Dieses Beispiel beschreibt, wie das Konzentrat für die pyrome­ tallurgische und hydrometallurgische Behandlung mittels Naßan­ reicherung aufgeteilt wird.

Das gewaschene und gefilterte Konzentrat (Tabelle 1) wurde wei­ terhin durch Aufteilung in zwei separate Konzentrate aufberei­ tet. Die Trennung wurde durchgeführt mittels einer intensiven magnetischen Carpco-Separation. Das Konzentrat wurde in Wasser abgeschlämmt und mit Natriumsilikat (Na₂SiO₃) oder Wasserglas mit einer Rate von 2,2 kg/h dispergiert. Die verwendete Matrix war eine Jones Matrix mit einer Apertur von 1,5 mm. Die verwen­ deten Stromstärken betrugen 0,6 A, 1,2 A, 3.5 A und 5,6 A. Die Resultate sind in Tabelle 4 dargestellt.

Tabelle 4

Der Fe₃O₄-Anteil (Magnetit) beschreibt in dem Beispiel den durch einen Satmagan-Analyzer (Saturation Magnetization Analyzer) er­ mittelten Anteil an ferromagnetischem Material.

Mit dem Anstieg der Stromstärke geht ein Anstieg des Anteils an magnetischem Material einher. Der Anteil an wertvollem Metall (Ni) und dessen Gewinnung in den magnetischen Fraktionen steigen ebenfalls in kumulativer Weise. Der Magnesiumoxidgehalt (MgO) steigt leicht mit einem Ansteigen der Stärke des magnetischen Feldes an, bleibt jedoch klar unter dem Anteil der nicht magne­ tischen Fraktion. Eisen wird in den stark magnetischen Fraktio­ nen kumuliert. Das Eisen/Magnesiumoxid-Verhältnis wird natürlich verringert, wenn der Anteil an magnetisch separiertem Material ansteigt. Die Differenz zu der nicht magnetischen Fraktion ist jedoch klar. Der Wert des kumulativen Verhältnisses beträgt 6,76, was zusammen mit der nicht-magnetischen Fraktion einem Wert von 3,06 entspricht. Der Magnetitanteil (Fe₃O₄) zeigt klar, daß fast alles ferromagnetische Material in die magnetischen Fraktionen übergeht.

Claims (5)

1. Verfahren zum vollständigen Aufbereiten bzw. Anreichern von Nickelsulfidkonzentraten oder anderen entsprechenden Mischungen, die zum Schmelzen nicht geeignet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Nickelkonzentrat in zwei separate Konzentrate aufgeteilt wird, so daß das Fe/MgO-Verhältnis des pyrometallurgisch behan­ delbaren Konzentrats mit einem höheren Anteil an wertvollem Me­ tall auf einen Wert von mindestens 2,6 eingestellt wird, und das andere Konzentrat, welches einen geringeren Anteil an wertvollen Metallen, jedoch einen hohen MgO-Anteil aufweist, hydrometallur­ gisch aufbereitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nickelkonzentrat mittels Naßanreicherung in zwei Konzen­ trate getrennt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nickelkonzentrat mittels Trockenanreicherung in zwei Konzentrate getrennt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halogene in dem hydrometallurgisch aufzubereitenden Kon­ zentrat angereichert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnesiumoxidgehalt der aus dem Konzentrat für die pyro­ metallurgische Aufbereitung gebildeten Schlacke höchstens bei 11% liegt.