DE4320319C2 - Verfahren zur Herstellung eines hochangereicherten Nickelsteins und metallisierten Sulfidsteins - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines hochangereicherten Nickelsteins und stark oxidierter Schlacke in einem Flammschmelzofen und zum Reduzieren der Schlacke aus dem Flammschmelzofen und zum Sulfidisieren des ge­ bildeten Steins in einem elektrischen Ofen. Der in dem Flamm­ schmelzofen und in dem elektrischen Ofen gebildete Stein werden beide direkt einer weiteren hydrometallurgischen Aufbereitung unterzogen.

Die primäre Produktion von Nickel basiert auf zwei unterschied­ lichen Typen von Rohmaterialien: sulfidischen und oxidischen Er­ zen. Sulfidisches Erz enthält 35% und oxidisches 65% der bekann­ ten weltweiten Nickelreserven. Der Anteil der sulfidischen Erze bei der Nickelproduktion beträgt grob um die 60%. Ein wichtiger Aspekt für die Verwendung sulfidischer Erze ist die Tatsache, daß sie oft als Nebenprodukte gefunden werden, z. B. bei Kupfer, Kobalt und Edelmetallen. Darüber hinaus können sulfidische Erze mit geringem Aufwand in Konzentrate überführt werden. Die Nut­ zung der an die Sulfide gebundenen exothermen Hitze beim Schmel­ zen bedingt weiterhin einen beträchtlichen Vorteil im Vergleich mit oxidischen Erzen.

Sulfidische Erze mit einem Nickelgehalt von 0,5 bis 2% können durch ein Anreicherungsverfahren in ein Konzentrat mit einem (Nickel-Kupfer) Gehalt zwischen 6 und 20% überführt werden.

Prinzipiell verläuft die pyrometallurgische Aufbereitung sulfi­ discher Nickelkonzentrate in ähnlicher Weise wie die Aufberei­ tung sulfidischer Kupferkonzentrate. Das Ziel dieser Aufberei­ tung ist die Eliminierung von Eisen und Schwefel durch selektive Oxidation und Verflüssigung. Im Falle des Nickels wird als hauptsächliches Endprodukt ein Nickelstein mit einem geringen (0,5 bis 3%) Eisengehalt erreicht, und im Falle des Kupfers ein Roh- oder Blasenkupfer. Metallisches Kupfer kann durch die Oxi­ dierung von Cu₂S bei relativ geringen Temperaturen von 1200 bis 1300°C erhalten werden, wohingegen die Produktion von metalli­ schem Nickel Temperaturen über 1600°C erfordert.

Bei der Verwendung der Suspensionsschmelztechnik vollzieht sich die Herstellung eines hochangereicherten Nickelsteins aus sulfi­ dischen Konzentraten in folgender Weise: Das fein zerteilte Kon­ zentrat wird getrocknet und in einem Flammschmelzofen in Nickel­ stein geschmolzen, der weiterhin beträchtliche Anteile an Eisen und Schwefel enthält. Der Nickelstein wird weiterhin in einem Pierce-Smith-Konverter in einen hochangereicherten Stein mit einem Gesamtgehalt von Nickel und Kupfer im Bereich zwischen 72 und 77% überführt. Der Schwefelanteil des hochangereicherten Steins variiert zwischen 7 und 20% entsprechend der Qualität des Konzentrats und den nachfolgenden Raffinationsverfahren. In der Regel ist der Eisengehalt des hochangereicherten Steins sehr ge­ ring, nämlich kleiner 3%.

Um die Nickelgewinnung zu verbessern, müssen die Schlacken aus dem Flammschmelzofen und dem Konverter gereinigt werden. Bei dem Flammschmelzverfahren wird dies generell in einem elektrischen Ofen durchgeführt, aus dem der Stein, der als Ergebnis der Koks­ reduktion erhalten wird, dem Konverter wieder zugeführt wird. Die schwefeldioxidhaltigen Gase, die im Laufe des Verfahrens in dem Flammschmelzofen und im Konverter erzeugt werden, werden für die Produktion von Schwefelsäure verwendet.

Der oben beschriebene Zweiphasenprozeß für die Produktion hochangereicherten Nickelsteins hat sich als gut und zuverlässig herausgestellt, obwohl er mit gewissen Nachteilen verbunden ist. Darüber hinaus werden in dem Verfahren zwei Schwefeldioxid ent­ haltende Gasflüsse erzeugt, von denen einer, z. B. der Konverter- Gasfluß, aufgrund der Natur des diskontinuierlichen Verfahrens sehr stark fluktuiert. Dies jedoch macht die Gasaufbereitung und die Schwefelsäureproduktion teuer. Das Schwenken des Konverters bringt rauchartige Verunreinigungen in den Arbeitsbereich, weil die Konverterabdeckung während des Konvertierungsprozesses zur Seite geschoben werden muß. Hinzu kommt, daß die geschmolzenen Materialien in diesem Verfahren in offenen Kesseln von dem Flammschmelzofen in den Konverter überführt werden müssen, von dem Konverter in den elektrischen Ofen und von dem elektrischen Ofen in den Konverter zurück. Aufgrund dieser Überführung der Schmelzen werden mehrere unterschiedliche Zwischenprodukte in dem Verfahren erzeugt, und deren Aufbereitung verursacht zusätz­ liche Kosten.

Die finnische Patentanmeldung 890 395, vgl. CA 2008167, zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Herstellung hochangereicherten Nickel­ steins, deren Ziel es ist, den oben beschriebenen Herstellungs­ prozeß für hochangereicherten Nickelstein zu vereinfachen und einige der dort auftretenden Nachteile zu vermeiden. In diesem Verfahren werden die durch den Konvertierungsprozeß verursachten Nachteile durch die Verwendung einer Kombination eines Suspensi­ onsschmelzofens und eines elektrischen Ofens bei der Produktion hochangereicherten Nickelsteins eliminiert.

Bei dem Verfahren gemäß FI-Patentanmeldung 890 395 wird ein hochangereicherter Stein direkt in einem Suspensionsschmelzofen, z. B. einem Flammschmelzofen, hergestellt. Als Konsequenz des ho­ hen Nickelgehalts in dem hochangereicherten Stein und des hohen Sauerstoffpotentials in dem Ofen ist der Nickelgehalt der in dem Ofen entstehenden Schlacke ebenfalls hoch. Diese Schlacke wird in einem elektrischen Ofen reduziert, der entweder als separate Einheit ausgebildet oder mit dem Suspensionsschmelzofen über eine bestimmte Abtrenneinrichtung verbunden ist. Der in dem elektrischen Ofen erzeugte Stein wird zumindest teilweise wieder dem Suspensionsschmelzofen zugeführt. Der wieder zugeführte Stein reduziert weiterhin die Schlacke aus dem Suspensions­ schmelzofen und verringert so den Anteil des Materials, der in dem elektrischen Ofen reduziert werden muß. Der in dem Flamm­ schmelzofen erzeugte hochangereicherte Nickelstein kann eben­ falls dem elektrischen Ofen wieder zugeführt werden. Demgemäß machen es dieses Verfahren und diese Vorrichtung zur Herstellung hochangereicherten Nickelsteins möglich, den Konvertierungs­ schritt aus dem Verfahren zu eliminieren.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Produkti­ onsprozeß für hochangereicherten Nickelstein weiter zu vereinfa­ chen.

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

In diesem Verfahren wird die Herstellung des hochangereicherten Nickelsteins aus sulfidischem Nickelkonzentrat ebenfalls ohne Verwendung eines Konverters direkt in dem Flammschmelzofen durchgeführt. Die in der Schlacke aus dem Flammschmelzofen gelö­ sten wertvollen Metalle werden in einem elektrischen Ofen zu­ rückgewonnenen, wo zusätzlich zu der oxidierten Schlacke und einem Reduktionsmittel ebenfalls eine schwefelenthaltende Sub­ stanz oder eine andere den Schmelzpunkt absenkende Substanz, z. B. Kupfer oder ein fluidisierendes Agens, zugegeben wird, um den Schmelzpunkt des Steins einzustellen. Ohne die Schwefelzuga­ be würde der Schwefelgehalt in dem Metallsulfidstein relativ ge­ ring bleiben, wodurch sein Schmelzpunkt und seine Viskosität entsprechend hoch sein würden. Sowohl der in dem Flamm­ schmelzofen erzeugte hochangereicherte Nickelstein als auch der in dem elektrischen Ofen erzeugte Stein werden direkt einer hy­ drometallurgischen Aufbereitung ohne zusätzliche Rezirkulation zugeführt.

Wie oben bereits erklärt wurde, können bestimmte Nickelerze mit modernen Verfahren in hochqualitative Konzentrate überführt wer­ den. Auf der anderen Seite kann ein Konzentrat, das ein geringes Eisen/Magnesia-Verhältnis hat und deswegen nicht für das Suspen­ sionsschmelzen geeignet ist, mit technischen Anreicherungsver­ fahren in eine hochangereicherte Fraktion (hoher Nickelanteil, geeignetes Fe/MgO-Verhältnis) und in eine abgereicherte Fraktion aufgeteilt werden, die hydrometallurgisch aufbereitet werden kann.

Wenn das oben genannte angereicherte Konzentrat entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren aufbereitet wird, wird die Rückfüh­ rung des Nickels in den hochangereicherten Stein des Flamm­ schmelzofens so hoch, daß eine Wiederrückführung des Steins aus dem elektrischen Ofen als Reduktionsmittel in dem Flamm­ schmelzofen unnötig wird. Bei Verwendung einer ausreichend kon­ zentrierten Zuführmischung kann die Nickelrückführung in den im Flammschmelzofen gewonnenen Stein über 50% liegen.

Beim Aufschmelzen eines Rohmaterials mit einem geringen Nickel­ gehalt in einem angereicherten Stein ist die Schlackenmenge in dem Flammschmelzofen so hoch, daß sie das gesamte in dem Konzen­ trat enthaltene Nickel herauslösen kann, so daß aus dem Flamm­ schmelzofen kein angereicherter Stein mehr erhalten wird, son­ dern lediglich hochoxidierte Schlacke mit einem hohen Nickelge­ halt. Wenn diese Schlacke daraufhin in einem elektrischen Ofen aufbereitet wird, wird das Nickel in einem metallisierten Sulfi­ dstein mit einem hohen Eisengehalt gewonnen. Daher müssen große Eisenmengen in dem hydrometallurgischen Verfahren aufbereitet werden. Um zumindest einen Teil des in den Rohstoffflüssen ent­ haltenen Nickels als angereicherten Stein mit einem geringen Eisengehalt zu erhalten, muß dem Flammschmelzofen etwas Redukti­ onsmittel zugeführt werden. In dem Verfahren der finnischen Pa­ tentanmeldung 890 395 ist dieses Reduktionsmittel der Stein (Matte) aus dem elektrischen Ofen.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung angereicher­ ten Nickelsteins entweder bei einer neu erstellten oder einer bereits existierenden Anlage angewandt wird, werden für das Ver­ fahren und die Anlage ähnliche Vorteile erreicht, wie in dem Verfahren der finnischen Patentanmeldung 890 395. Bei Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung werden das Verfahren und die Anlage weiter vereinfacht, verglichen mit dem oben ge­ nannten bekannten Verfahren, so daß eine Rezirkulation des gra­ nulierten oder geschmolzenen Steins aus dem elektrischen Ofen unnötig wird.

Die Erfindung wird nachfolgend detaillierter mit Bezug auf die beiliegende schematische Zeichnung beschrieben, die einen seit­ lichen Schnitt einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens enthält einen Flammschmelzofen 1 und einen elektrischen Ofen 2. Die wesentlichen Teile des Flammschmelzofens 1 sind der Reaktionsschacht 3, der Abscheider 4 und der Aufnahmeschacht 5. Mit dem Aufnahmeschacht ist ein Abwärmekessel 6 verbunden.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in den oberen Teil des Reaktionsschachtes 3 des Flammschmelzofens vom Ofengewölbe ab­ wärts ein oxidierendes Reaktionsgas 7, Konzentrat 8, ein schlackebildendes Agens, z. B. Flußmittel 9, und Flugstaub 10 zu­ geführt, der aus der Kühlung der Abgase erhalten wurde. Zusätz­ lich zu dem Flußmittel können andere schlackenbildende Stoffe dem Ofen zugeführt werden, z. B. Rückstände aus Auslagprozessen des Steins aus dem elektrischen Ofen. In dem Reaktionsschacht reagieren die zugeführten Materialien miteinander und bilden eine Steinschicht 11 auf dem Boden des Abscheiders 4 und eine Schlackeschicht 12 auf der Oberseite der Steinschicht. Wie oben bereits erwähnt wurde, ist der gewonnene Stein angereicherter Nickelstein und die Schlacke ist stark oxidiert. Die in dem Schmelzofen erzeugten Gase werden über den Aufnahmeschacht 5 dem Abwärmekessel 6 zugeführt, von dem aus Flugstaub 10 in den Schmelzofen rückgeführt wird.

Nach der Granulierung wird der beim Flammschmelzen gewonnene angereicherte Nickelstein direkt einem hydrometallurgischen Aus­ laugverfahren 13 zugeführt und die Schlacke aus dem Flamm­ schmelzofen 1 wird dem elektrischen Ofen 2 zugeführt. In dem elektrischen Ofen wird die Schlacke mit Koks 14 als Reduktions­ mittel reduziert. Zusätzlich hierzu wird schwefelenthaltendes Material, z. B. Pyrit 15, in den elektrischen Ofen eingeführt. Als Ergebnis des Reduktionsprozesses werden Metallsulfidstein 16 und Schlacke 17 erzeugt. Erfindungsgemäß wird der Metallsulfidstein weiter einer hydrometallurgischen Aufbereitung 18 zugeführt, die entweder gemeinsam mit dem in dem Flammschmelzofen erhaltenen Stein oder separat durchgeführt wird. Der Edelmetallanteil der erzeugten Schlacke ist so gering, daß sie als Abfall entsorgt werden kann. Aus der obigen Beschreibung wird deutlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur beträchtlich einfacher als das kommerzielle Verfahren ist, sondern ebenfalls deutlich ein­ facher als das beschriebene Verfahren nach dem Stand der Tech­ nik, bei dem der Stein aus dem elektrischen Ofen rückgeführt wird und der Stein aus dem Flammschmelzofen weiter einem elek­ trischen Ofen zugeführt werden kann. Unter den Vorteilen der vorliegenden Erfindung ist auszuführen, daß z. B. die Gewinnung von Kobalt besser als in konventionellen oder den beschriebenen Verfahren nach dem Stand der Technik durchgeführt werden kann, weil in diesem der Kobaltgehalt der Schlacke wegen der Rezirku­ lation hochbleibt.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der in dem hydrometal­ lurgischen Verfahren erhaltene eisenhaltige Auslaugrückstand ebenfalls verwendet werden, weil dieser Rückstand z. B. zur Ein­ stellung des Fe/MgO-Verhältnisses der in dem Flammschmelzofen erzeugten Schlacke eingesetzt werden kann und somit zur Verbes­ serung einer schlechten Fluidität verwendet werden kann, die möglicherweise durch einen hohen MgO-Gehalt verursacht werden kann. Bei dem direkten Schmelzverfahren wird nahezu das gesamte Eisen in die Schlacke oxidiert, was z. T. den MgO-Gehalt der Schlacke abschwächt.

Beispiel

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wurde angewandt bei einer sulfidischen Nickelkonzentratlegierung mit 15,7% Nickel, 1,0% Kupfer, 0,47% Kobalt, 30,2% Eisen, 27,1% Schwefel und 7,2% Siliziumdioxid. Das Konzentrat wurde dem Reaktionsschacht eines Flammschmelzofens zugeführt, in den ebenfalls pro Tonne zuge­ führten Konzentrats 91 kg Rückstand aus dem Auslaugprozeß des Steins aus dem elektrischen Ofen zugeführt wurde, 253 kg silizi­ umdioxidenthaltendes Flußmittel und 83 kg Flugstaub, der aus den Abgasen des Flammschmelzofens abgeschieden wurde. In den Reakti­ onsschacht wurde ebenfalls pro Tonne Konzentrat 347 m³ Sauer­ stoff/Luft-Mischung zugeführt, mit einem Sauerstoffgehalt von 80%.

Das aus dem Abscheider des Flammschmelzofens erhaltene Produkt war hochangereicherter Nickelstein mit 70,6% Nickel, 5,9% Kup­ fer, 0,55% Kobalt und 18,6% Schwefel. Der geschmolzene Stein wurde granuliert und einer weiteren hydrometallurgischen Behand­ lung zugeführt. Zusätzlich hierzu wurde aus dem Abscheider des Flammschmelzofens eine Schlacke erhalten, die 7, 8% Nickel, 0,2% Schwefel, 34,1% Eisen und 27,7% Siliziumdioxid enthielt. Die Ge­ winnung des in dem Konzentrat enthaltenen Nickels in dem ange­ reicherten Stein des Flammschmelzofens lag grob bei 50%.

Die Schlacke aus dem Flammschmelzofen wurde weiterhin einem elektrischen Ofen zugeführt, in dem die Schlacke mit Koks in einer Oberflächenreduktion reduziert wurde. Um den Schmelzpunkt des bei dem Reduktionsvorgang erhaltenen Metallsulfidsteins ein­ zustellen, wurde dem Ofen ebenfalls Pyrit zugeführt. Ohne die Zuführung eines schwefelenthaltenden Materials wird aus der Re­ duktion der oxidischen Schlacke ein Stein mit einem extrem ge­ ringen Schwefelgehalt und mit einem hohen Schmelzpunkt gewonnen. Der Stein aus dem elektrischen Ofen wurde ebenfalls granuliert und danach hydrometallurgisch behandelt, um das Nickel daraus zu gewinnen. Der Schlackenabfall aus dem elektrischen Ofen enthielt 0,3% Nickel, 0,2% Kupfer und 0,02% Kobalt.

In diesem Prozeß ist die Gewinnung von Nickel extrem hoch, weil der Nickelgehalt im Schlackenabfall einem Nickelverlust von nur 1,36% entspricht. Die Gewinnung von Kobalt ist ebenfalls besser als bei einem konventionellen Prozeß oder als bei dem beschrie­ benen Verfahren nach dem Stand der Technik, weil bei dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren der Stein oder die Schlacke nicht zurück­ geführt wird, was bisher zu einer Anreicherung von Kupfer, z. B. in dem Schlackenabfall, führte.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines hochangereicherten Nickel­ steins und metallisierten Sulfidsteins, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte enthält:

• a) Das aufzubereitende Nickelsulfid-Konzentrat und das Reaktionsgas werden zusammen mit einem Flußmittel dem Reaktionsschacht eines Flammschmelzofens zuge­ führt;
• b) in dem Flammschmelzofen werden hochangereicherter Nickelstein und Schlacke gebildet;
• c) der hochangereicherte Nickelstein wird granuliert und einer hydrometallurgischen Aufbereitung zuge­ führt;
• d) die in dem Flammschmelzofen erzeugte Schlacke wird zusammen mit einem Reduktionsmittel und einem schwefelenthaltenden oder einem anderen schmelz­ punktabsenkenden oder fluidisierenden Material einem elektrischen Ofen zugeführt, so daß in dem elektrischen Ofen Metallsulfidstein und Abfall­ schlacke gewonnen werden;
• e) der Metallsulfidstein wird einer weiteren hydro­ metallurgischen Aufbereitung zugeführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verfahrensschritt (a) Flugstaub dem Reaktionsschacht zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Flammschmelzofen ein eisenenthaltender Auslaugrückstand aus dem Auslaugprozeß des in dem elektrischen Ofen erhaltenen Steins zugeführt wird.