DE60317781T2

DE60317781T2 - Normaldruck-auslaugungsverfahren für lateritisches nickelerz

Info

Publication number: DE60317781T2
Application number: DE60317781T
Authority: DE
Inventors: Houyuan Shortland LIU; James D. Yellowknife GILLASPIE; Coralie Adele Black Hill LEWIS; David Oakville NEUDORF; Steven Hendra BARNETT
Original assignee: BHP Billiton SSM Technology Pty Ltd
Current assignee: BHP Billiton SSM Technology Pty Ltd
Priority date: 2002-04-29
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2023-03-15
Also published as: DE60317781D1

Description

Die vorliegende Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Säureextraktion von lateritischen Erzen unter Atmosphärendruck zur Gewinnung von Nickel- und Kobalt-Produkten.
Insbesondere beinhaltet die Erfindung die sequentielle und verbundene Säureextraktion von lateritischen Erzfraktionen zur Gewinnung von Nickel und Kobalt und zum Absondern der Eisenrückstände, die im Wesentlichen frei sind von eisenreichem Jarositfeststoff, wie z. B. NaFe₃(SO₄)₂(OH)₆. In einer bevorzugten Form umfasst das Verfahren zur Gewinnung von Nickel und Kobalt die aufeinanderfolgenden Reaktionen von erstens, dem Extrahieren der Erzfraktionen mit niedrigem Magnesiumgehalt wie Limonit mit Schwefelsäure unter Atmosphärendruck und bei Temperaturen bis zum Siedepunkt, gefolgt von der Extraktion der Erzfraktionen mit hohem Magnesiumgehalt wie Saprolit. Die extrahierten Feststoffe enthalten Eisen, das während der Extraktion ausgefällt wurde, bevorzugt in der Goethitform, wie z. B. FeOOH oder andere Formen von Eisenoxid oder Eisenhydroxid mit relativ niedrigem Sulfatgehalt und im Wesentlichen frei von der Jarositform.
Das Verfahren kann auch auf Erze mit hohem Smectit- oder Nontronit-Gehalt angewendet werden, die typischerweise Eisen- und Magnesiumgehalte aufweisen, die zwischen jenen von typischen Limonit- und Saproliterzen liegen. Diese Erze werden gewöhnlich leicht unter Atmosphärendruckbedingungen extrahiert.
Hintergrund der Erfindung
Lateritische Erze sind oxidierte Erze und ihr Abbau erfordert im Wesentlichen die gesamte Erzaufbereitung, da es allgemein kein effektives Verfahren gibt, das Erz anzureichern um die wertvollen Metalle Nickel und Kobalt aufzukonzentrieren.

Wie in Tabelle 1 gezeigt, ist das Verhältnis Eisen/Nickel variabel, wobei es in der Limonitfraktion hoch ist und in der Saprolitfraktion niedriger, weshalb die Abtrennung von gelöstem Nickel und Kobalt von gelöstem Eisen ein Hauptanliegen in jedem Gewinnungsverfahren darstellt.

Erz-Typ	Fe Gew.-%	Mg Gew.-%	Ni Gew.-%	Co Gew.-%	Fe/Ni-Verhältnis
Indonesien-Limonit	40,8	1,30	1,53	0,10	27
Indonesien-Saprolit	8,5	14,60	3,37	0,03	3
Indonesien-Saprolit mit hohem Fe-Gehalt	18,5	11,10	2,18	0,14	9
Neukaledonien-Limonit	47,1	0,40	1,33	0,16	35
Neukaledonien-Saprolit	7,7	23,3	1,00	0,02	8
Westaustralisches Erz mit niedrigem Mg-Gehalt	25,4	4,90	2,50	0,07	10
Westaustralisches Erz mit hohem Mg-Gehalt	10,0	16,6	1,38	0,02	7
Kubanisches Nontronit Erz mit niedrigem Mg-Gehalt	21,6	2,60	1,80	0,05	12
Kubanisches Nontronit Erz mit hohem Mg-Gehalt	18,8	8,30	1,17	0,04	16

Tabelle 1 Eisen-, Nickel- und Kobaltgehalte in unterschiedlichen lateritischen Erzproben

Für die Säureextraktion von lateritischem Erz wurde das Hochdrucksäureextraktionsverfahren (HPAL) entwickelt, um Nickel und Kobalt zu lösen und den Hauptanteil des gelösten Eisens in unlöslichen Hämatit umzuwandeln. Dies wurde in Autoklauen erreicht, die bei hohen Temperaturen (250–300°C) und damit verbundenen Drücken betrieben werden. Die HPAL-Verfahren gewinnen hohe Prozentanteile von Nickel und Kobalt, erfordern aber teure, aufwendige Geräte, die den Bedingungen von hohem Druck und Temperatur widerstehen.
Um die Verwendung von teuren Geräten zu vermeiden, wurden Alternativen zu dem HPAL-Verfahren offenbart. Diese arbeiten im Allgemeinen bei Temperaturen bis zu 110°C bei Atmosphärendruck. Eine solche Offenbarung ist das US-Patent 6,261,527 , das die sequentielle Extraktion von Limonit- und Saprolitfraktionen aus lateritischem Erz mit Schwefelsäure bei Atmosphärendruck und Temperaturen unterhalb des Siedepunktes beschreibt, wobei der größte Teil des gelösten Eisens als unlöslicher Jarositfeststoff verworfen wird.
Es bestehen Umweltbedenken betreffend dieses Eisenentfernungsverfahren, da die Jarositverbindungen thermodynamisch instabil sind. Jarosit könnte sich langsam in Eisenhydroxide unter Freisetzung von Schwefelsäure zersetzen.
Die freigesetzte Säure kann wiederum Spuren von ausgefällten Schwermetallen wie Mn, Ni, Co, Cu und Zn lösen, die im Extraktionsrückstandschlamm vorhanden sind, wobei diese Metalle in das Grund- oder Oberflächenwasser um die Schlammlagerstätte transportiert werden.
Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist, dass Jarosit Sulfat enthält, und dieses den Säurebedarf für die Extraktion signifikant erhöht. Schwefelsäure ist gewöhnlich der einzige teuerste Aufwand in Säureextraktionsverfahren, so dass hier auch ein ökonomischer Nachteil in dem Jarositverfahren besteht.
Das US-Patent Nr. 6,379,637 im Namen von Walter Curlook beschreibt ein atmosphärisches Säureextraktionsverfahren zur Extraktion von Nickel und Kobalt aus hoch Serpentenit-haltigen Saprolitfraktionen von Nickel-Laterit-Erzen. Dieses Verfahren umfasst die Extraktion des hoch Serpentenit-haltigen Saproliterzes durch direkte Zugabe von Schwefelsäurelösungen zu dem Erz bei Atmosphärendruck. Der Säureverbrauch in diesem Verfahren wird auf 800–1000 kg pro Tonne an trockenem Erz geschätzt.
Das britische Patent GB 2086872 im Namen von Falconbridge Nickel Mines Ltd. bezieht sich auf ein atmosphärisches Extraktionsverfahren von lateritischen Nickelerzen, wobei Nickel und Kobalt aus hoch Magnesiumoxid-und Nickel-haltigen Serpenteniterzen herausgelöst werden durch Extraktion des Erzes mit einer wässrigen Lösung von Schwefelsäure. Es wird der Lösung auch ein Reduktionsmittel in großen Mengen zugegeben, damit das Redoxpotential der Lösung auf einem Wert zwischen 200 und 400 mV, gemessen gegen die gesättigte Calomel-Elektrode, gehalten wird.
Solche Verfahren verwenden die direkte Zugabe der Säure in dem Extraktionsverfahren, wo Säure dazu verwendet wird, den gesamten Gehalt an Erz, der aufbereitet werden soll, zu extrahieren. Da mit Schwefelsäure ein teurer Aufwand in dem Säureextraktionsverfahren getätigt wird, gibt es sowohl ökonomische als auch Umweltnachteile bei solchen Verfahren.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, ein oder mehrere der Probleme, die mit den Verfahren aus dem Stand der Technik einhergehen, zu überwinden oder abzumildern.
Die Diskussion der Dokumente, Vorgänge, Materialien, Vorrichtungen, Artikel und dergleichen ist in der Beschreibung lediglich zu dem Zweck enthalten, den Zusammenhang zu der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Es wird nicht angedeutet oder dargestellt, dass einer oder alle diese Gegenstände Teil des Standes der Technik waren oder allgemeines Wissen auf dem Gebiet waren, das für die vorliegende Erfindung relevant ist, wie es in Australien bereits vor dem Prioritätstag von jedem Anspruch dieser Anmeldung existierte.
Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur atmosphärischen Säureextraktion von lateritischen Erzen zur Gewinnung von Nickel- und Kobaltprodukten. Insbesondere beinhaltet die vorliegende Erfindung die Säureextraktion von getrennten Fraktionen des lateritischen Erzes, sequentiell und zusammenwirkend, um Nickel und Kobalt bei Atmosphärendruck und Temperaturen bis zum Siedepunkt der Säure zu gewinnen.
In einer Ausführungsform beinhaltet die vorliegende Erfindung ein atmosphärisches Extraktionsverfahren zur Gewinnung von Nickel und Kobalt aus lateritischen Erzen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

a) dass das lateritische Erz durch selektiven Abbau oder Sichtung nach dem Abbau in eine Erzfraktion mit niedrigem Magnesiumgehalt und eine Erzfraktion mit hohem Magnesiumgehalt getrennt wird;
b) dass die getrennten Erzfraktionen getrennt aufgeschlämmt werden;
c) dass als primärer Extraktionsschritt die Erzfraktion mit niedrigem Magnesiumgehalt mit konzentrierter Schwefelsäure extrahiert wird; und
d) dass die Erzaufschlämmung mit hohem Magnesiumgehalt im Wesentlichen nach Abschluss des primären Extraktionsschrittes eingebracht wird und Eisen als Goethit oder eine andere Form von Eisenoxid oder Eisenhydroxid mit niedrigem Sulfatgehalt ausgefällt wird, wobei die Schwefelsäure, die während der Eisenfällung freigesetzt wird, dazu verwendet wird, in einem sekundären Extraktionsschritt die Erzfraktion mit hohem Magnesium zu extrahieren.

Die vorliegende Erfindung stellt ein atmosphärisches Extraktionsverfahren bereit, wobei der größte Teil des Eisens als fester Goethit verworfen wird oder einer weiteren Form von Eisenoxid oder Eisenhydroxid mit niedrigem Sulfatgehalt, die wenig oder keine Sulfatreste enthalten, und vermeiden den Nachteil der Ausfällung von Eisen als Jarosit. Die allgemeine Reaktion wird ausgedrückt durch Gleichung (1):
Diese allgemeine Reaktion ist eine Kombination des primären Limonit-Extraktionsschrittes und des sekundären Saprolit-Extraktionsschrittes.
Bei der Entfernung von Eisen als Jarosit aus der Reaktionsmischung wird ein Mol Säure pro Mol ausgefälltem Eisen erzeugt. Wenn das Eisen als Goethit ausgefällt wird, werden 1,5 Mol Säure pro Mol ausgefälltem Eisen erzeugt. Dies ist in den Reaktionsgleichungen (2) und (3) weiter unten gezeigt.
Das Entfernen von Eisen als Jarosit aus der Reaktionsmischung geschieht entsprechend der folgenden Reaktion:
Das Entfernen von Eisen als Goethit aus der Reaktionsmischung geschieht entsprechend der folgenden Reaktion:
Anhand dieser Reaktionen wird gezeigt, dass das Entfernen von Eisen als Jarosit aus der Reaktionsmischung zu einem Verlust von 0,5 Mol H₂SO₄ pro Mol Eisen im Vergleich zu der Entfernung von Eisen z. B. in der Goethitform führt.
In dem kritischen Stadium der Saprolitextraktion, wenn dieser Verlust auftritt, verbleibt weniger Säure zur Gewinnung von Nickel und Kobalt aus der Saprolitfraktion, die aufbereitet werden soll. Deshalb beinhaltet die vorliegende Erfindung eine Verbesserung des Standes der Technik in Bezug auf die Natur und Qualität der Feststoffe, die sich absetzen und eine effizientere Verwendung der Schwefelsäureausschwemmung, was ökonomische Vorteile und Vorteile für die Umwelt bereitstellt.
Während des zweiten Extraktionsschrittes wird das Eisen am bevorzugtesten als Goethit, d. h. FeO(OH), ausgefällt, was zu einem höheren Pegel an Säure, die für den sekundären Extraktionsschritt zur Verfügung steht, führt, als wenn das Eisen z. B. als Jarosit ausgefällt wurde. Da die Schwefelsäure während der Eisenfällung in dem sekundären Extraktionsschritt freigesetzt wird, ist es ein besonderes Merkmal des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, dass im Allgemeinen keine Notwendigkeit für eine zusätzliche Zugabe von Schwefelsäure während dieses Schrittes besteht.
Die Erzfraktion mit niedrigem Magnesiumgehalt schließt die Limonitfraktion des lateritischen Erzes (Gew.-% Mg näherungsweise kleiner als 6) ein. Diese Fraktion kann auch Smectit- oder Nontronit-Erze mit niedrigem oder mittlerem Magnesiumgehalt enthalten, die im Allgemeinen einen Magnesiumgehalt von etwa 4 Gew.-% bis 8 Gew.-% aufweisen. Die Erzfraktion mit hohem Magnesiumgehalt schließt die Saprolitfraktion des lateritischen Erzes ein (Gew.-% Mg größer als näherungsweise 8). Diese Fraktion kann auch Smectit- oder Nontroniterze einschließen. Die Aufschlämmung von beiden, der Erzfraktion mit niedrigem Magnesiumgehalt und der mit hohem Magnesiumgehalt, wird im Allgemeinen in Natrium-, Alkalimetall- und Ammonium-freiem Wasser mit Feststoffkonzentrationen von näherungsweise 20 Gew.-% und darüber ausgeführt, was durch die Rheologie der Aufschlämmung begrenzt ist.
Der primäre Extraktionsschritt wird mit Erz mit niedrigem Magnesiumgehalt ausgeführt, z. B. mit einer Limoniterzaufschlämmung mit niedrigem Magnesiumgehalt oder Smectit- oder Nontroniterzaufschlämmung mit niedrigem bis mittlerem Magnesiumgehalt, und konzentrierter Schwefelsäure, bei einer Temperatur bis zu 105°C oder dem Siedepunkt der Extraktionsreaktanten bei Atmosphärendruck. Am meisten bevorzugt liegt die Reaktionstemperatur so hoch wie möglich, um eine schnelle Extraktion unter Atmosphärendruck zu erzielen. Das Nickel enthaltende Mineral im Limoniterz ist Goethit und das Nickel ist in der Goethitmatrix verteilt. Der Säuregehalt des primären Extraktionsschrittes sollte daher ausreichend sein, um die Goethitmatrix zu zerstören und das Nickel freizusetzen. Die Dosis an Schwefelsäure ist bevorzugt 100 bis 140% der stöchiometrischen Menge zum Lösen von näherungsweise über 90% Nickel, Kobalt, Eisen, Mangan und über 80% des Aluminiums und Magnesiums in dem Erz.
Das Verhältnis von Erz mit hohem Magnesiumgehalt, z. B. Saprolit, zu Erz mit niedrigem Magnesiumgehalt, z. B. Limonit, liegt bezogen auf die Trockenmasse idealerweise in einem Bereich von etwa 0,5 bis 1,3. Das Saprolit/Limonit-Verhältnis hängt stark von der Erzzusammensetzung ab. Theoretisch sollte die Menge an Saprolit, die während des sekundären Extraktionsschrittes zugegeben wird, näherungsweise gleich der Summe der restlichen freien Säure aus dem primären Extraktionsschritt sein und der Säure, die aus der Eisenfällung als Goethit freigesetzt wird. Im Allgemeinen verbleiben etwa 20 bis 30 g/L Rückstand an freier Säure aus dem primären Extraktionsschritt, während 210–260 g/L Schwefelsäure (entsprechend 80–100 g/L Fe³⁺) während der Goethit-Fällung freigesetzt werden.
Um den Kobaltgehalt aus Asbolan oder anderen ähnlichen Mn(III oder IV)-Mineralien freizusetzen, wird ein Reduktionsmittel, z. B. Schwefeldioxidgas oder Natrium-freies Metabisulfit oder Sulfit in die Erzaufschlämmung mit niedrigem Magnesiumgehalt eingespritzt, um das Redoxpotential bevorzugt auf weniger als 1000 mV (SHE), bevorzugt zwischen 800 und 1000 mV (SHE), und am meisten bevorzugt auf etwa 835 mV (SHE) in dem primären Extraktionsschritt zu halten. Bei etwa 835 mV (SHE) wird das Kobalt nahezu vollständig aus dem Asbolan freigesetzt, während nahezu kein Eisen(III)-Ion (Fe³⁺) zu Eisen(II)-Ion (Fe²⁺) reduziert wird.
Während des sekundären Extraktionsschrittes wird das Reoxpotential bevorzugt zwischen 700 und 900 mV (SHE) und am meisten bevorzugt zwischen 720 und 800 mV (SHE) gehalten. Das bevorzugte Redoxpotential in dem sekundären Extraktionsschritt liegt etwas niedriger als das des primären Extraktionsschrittes, da Saprolit Eisen(II)-Ionen enthält und die Freisetzung von Eisen(II)-Ionen das Redoxpotential in dem sekundären Extraktionsschritt erniedrigt. Deshalb wird im Allgemeinen kein Reduktionsmittel benötigt, um das Redoxpotential in diesem Stadium des Verfahrens zu kontrollieren. Die Notwendigkeit eines Reduktionsmittels während des sekundären Extraktionsschrittes ist großteils abhängig von dem Gehalt an Saproliterz und es kann etwas Reduktionsmittel erforderlich sein, wenn z. B. ein hoher Gehalt an Kobalt in Asbolan vorliegt oder etwas Oxidationsmittel, wie Dichromat, während der Saprolitextraktion anwesend ist.
Die Vervollständigung der Reduktion und Extraktion, die auf den sekundären Extraktionsschritt folgt, wird angezeigt durch die Bildung von 0,5 bis 1,0 g/L Eisen(II)-Ion (Fe²⁺) und eine stabile Säurekonzentration unter diesen Reaktionsbedingungen. Der Gewichtsverlust des Erzes mit niedrigem Magnesiumgehalt liegt typischerweise über 80% und die Extraktion von Nickel und Kobalt liegt bei über 90%.
Die sekundäre Stufe der Extraktion umfasst die gleichzeitige Extraktion von Erz mit hohem Magnesiumgehalt wie Saprolit und die Eisenfällung, bevorzugt als Goethit oder in einer anderen Form von Eisenoxid oder Eisenhydroxid mit niedrigem Sulfatgehalt.
Das Erz mit hohem Magnesiumgehalt, z. B. eine Saprolit-Aufschlämmung, (die wahlweise vorgeheizt sein kann), die auch Nontronit- oder Smectit-Erz mit mittlerem oder hohem Magnesiumgehalt enthalten oder daraus bestehen kann, wird zu der Reaktionsmischung nach der Vervollständigung des primären Extraktionsschrittes zugegeben. Die Reaktion wird ausgeführt bei Temperaturen bevorzugt bis zu 105°C oder dem Siedepunkt der Extraktionsreaktanten bei Atmosphärendruck. Die Reaktionstemperatur liegt am meisten bevorzugt so hoch wie möglich, um eine schnelle Extraktion und Eisenfällungskinetiken zu erzielen. Der sekundäre Extraktionsschritt wird allgemein in einem von dem primären Extraktionsschritt getrennten Reaktor ausgeführt.
Die Dosis an Erz mit hohem Magnesiumgehalt wird durch die freie Säure, die von der primären Stufe der Extraktion zurückbleibt, ermittelt, der Säure, die während der Eisenfällung als Goethit freigesetzt wird und dem Anteil an stöchiometrischem Säureverbrauch an Erz mit hohem Magnesiumgehalt bei gegebenen Extrakten von Nickel, Kobalt, Eisen, Magnesium, Aluminium und Mangan in diesem Erz.
Sofort nach dem Einbringen des Erzes mit hohem Magnesiumgehalt werden bevorzugt "Keime", die überwiegend Goethit, Hämatit oder Gips enthalten, dem Reaktor zugefügt, was zulässt, dass die Extraktion von Erz mit hohem Magnesiumgehalt und die Eisenfällung als Goethit oder in anderer Form von Eisenoxid oder Eisenhydroxid mit relativ niedrigem Sulfatgehalt gleichzeitig stattfindet.
Die gleichzeitige Saprolitextraktion und Fällung von Goethit oder anderen Formen von Eisenoxid oder Eisenhydroxid mit relativ niedrigem Sulfatgehalt ist überraschend, denn während Jarosit sich bei einem Säuregehalt im Bereich von näherungsweise 5 bis 30 g/L freier Schwefelsäure bildet, wird sich Goethit nur bei einem Säuregehalt von näherungsweise 0 bis 10 g/L freier Schwefelsäure bilden. Dies liegt daran, dass der Hydrolyse-pH von Goethit höher ist als der von Jarosit (entsprechend pH 3,0 für Goethit gegenüber etwa pH 1,5 für Natrojarosit bei Raumtemperatur und gleicher Aktivität für alle Spezies, die keine Protonen sind). Es würde erwartet werden, dass nur geringe Saprolit-Extraktion auftritt bei solch niedriger Azidität, aber die vorliegende Erfindung zeigt, dass dies nicht der Fall ist.
Die Dosis an Keimen liegt typischerweise zwischen 0–20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht an Erz mit niedrigem Magnesiumgehalt und Erz mit hohem Magnesiumgehalt. Die Zugabe von Keimen dient dazu, entweder die Rate der Eisenfällung zu initiieren oder zu kontrollieren. Nach der Zugabe von Erz mit hohem Magnesiumgehalt fällt der Säuregehalt bzw. die Azidität der Extraktionsaufschlämmung zuerst auf etwa 0 g/L H₂SO₄, dann erholt er sich wieder auf einen Pegel von 1–10 g/L H₂SO₄. Die Eisenkonzentration wird innerhalb von 3 Stunden stark reduziert von 80–90 g/L auf weniger als 40 g/L und sinkt dann langsam auf das Gleichgewichtsniveau von 5–40 g/L. Parallel dazu steigt die Auflösung von Nickel und Kobalt an. Dies zeigt an, dass die Säure, die aus der Eisenfällung freigesetzt wird zur Auslaugung verwendet wird, um das Erz mit hohem Magnesiumgehalt zu extrahieren, wie z. B. Saprolit. Die vollständige Reaktionszeit beträgt typischerweise 10–12 Stunden.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch die Gewinnung von Nickel und Kobalt, die sich an das Extraktionsstadium anschließt. Die Extraktionslösung, die noch einen Anteil am Eisenerzgehalt als Eisen(III) nach dem zweiten Extraktionsschritt enthalten kann, kann zubereitet werden für die Gewinnung von Nickel durch eine Vielzahl an Mitteln, die die folgenden umfasst. Als erstes kann die Neutralisation mit einer Kalksteinaufschlämmung zur Forcierung der Eisenfällung als Goethit und im Wesentlichen zur Komplettierung ausgeführt werden, wie in den folgenden Beispielen gezeigt. Der Endpunkt der Neutralisation ist der pH-Wert von 1,5 bis 3,0, gemessen bei Umgebungstemperatur. Die endgültige frische Lauge enthält typischerweise 2–5 g/L H₂SO₄ und 0–6 g/L Eisen absolut, was 0,5–1 g/L Eisen(II)-Ionen einschließt. Ein vereinfachtes Flussdiagramm für diese Verfahrensmöglichkeit ist in 1 gezeigt.
Zweitens kann überschüssiges Eisen(III), das in der Lösung am Ende des sekundären Extraktionsschrittes zurückbleibt, als Jarosit gefällt werden durch Zugabe eines Jarosit-bildenden Ions, wie Na⁺, K⁺, NH₄ ⁺ und von Jarositkeimen zu der Extraktionsaufschlämmung. In diesem Fall kann die zusätzliche Säure, die während der Jarositfällung freigesetzt wird, dazu verwendet werden, zusätzliches Erz mit hohem Magnesiumgehalt zu extrahieren. Das Flussdiagramm für diese Möglichkeit ist in 2 gezeigt.
Drittens kann überschüssiges Eisen(III) zu einem Eisen(II)-Zustand reduziert werden, mit einem Reduktionsmittel wie Schwefeldioxid, wie in der folgenden Reaktion gezeigt: Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + 2H₂O = 2 FeSO₄ + 2H₂SO₄ (4)
Auch Reaktion (4) erzeugt zusätzliche Schwefelsäure, die zur Extraktion von zusätzlichem Erz mit hohem Magnesiumgehalt verwendet werden kann. Das Flussdiagramm für dieses Verfahren ist in 3 gezeigt. Nickel und Kobalt können aus der erhaltenen Lösung z. B. durch Sulfildfällung unter Verwendung von Schwefelwasserstoff oder anderen Sulfidquellen gewonnen werden. Eisen(II) stört dieses Verfahren nicht und kontaminiert die Sulfidfällung nicht. Alternativ können gemischte Hydroxid-Fällungen, Innenaustausch oder Flüssig-Flüssig-Extraktion verwendet werden, um das Nickel und Kobalt von dem Eisen(II) und anderen Verunreinigungen in der Extraktionslösung abzutrennen.
Für den Fachmann auf diesem Gebiet ist es klar, dass andere Verfahrensmöglichkeiten zur Vervollständigung der Abtrennung von Nickel und Kobalt von dem Eisen in Lösung angewendet werden können.
Beispiele
Vergleichsbeispiel 1

Zum Zweck des Vergleichs simulierte dieser Versuch die Bedingungen, wie sie im US-Patent 6,261,527 gefordert sind, um Nickel und Kobalt aus lateritischem Erz zu extrahieren und Eisen als Jarosit zu fällen. Das Gewichtsverhältnis von Saprolit und Limonit in diesem Versuch war 0,90. Das Gewichtsverhältnis von Schwefelsäure zu Limoniterz war 1,43. Deshalb war das Gewichtsverhältnis von Schwefelsäure zu Erz (Limonit und Saprolit) 0,75. In diesem Versuch wurden 190 Gramm Limoniterz und 171 Gramm Saproliterz mit einem hohen Gehalt an Eisen (Fe > 10 Gew.-%) mit synthetischem Meerwasser gemischt, um eine Aufschlämmung mit 20 Gew.-% bzw. 25 Gew.-% Feststoffanteil zu bilden. Die Limonitaufschlämmung wurde mit 277 Gramm 98 Gew.-%iger Schwefelsäure in einem Reaktor bei der Temperatur von 95 bis 105°C und Atmosphärendruck 140 Minuten lang gemischt. Der Extrakt enthielt 18 g/L H₂SO₄, 3,1 g/L Ni, 88 g/L Fe, 1,8 g/L Mg und 0,22 g/L Co. Das Redoxpotential wurde zwischen 870 und 910 mV (SHE) unter Zugabe von Natriummetabisulfit gehalten. Nachdem sich der Säuregehalt um 20 g/L H₂SO₄ stabilisiert hatte, wurden die Saprolitaufschlämmung und 80 Gramm Jarosit enthaltende Keime nacheinander in den Reaktor zugegeben. Die absolute Reaktionszeit betrug 10 Stunden. Der Extrakt enthielt 20 g/L H₂SO₄, 4,3 g/L Ni, 2,0 g/L Fe, 15,7 g/L Mg und 0,30 g/L Co. Abschließend wurden 32 Gramm Kalkstein in 25 Gew.-% Aufschlämmung in den Reaktor bei 95 bis 105°C zugegeben, um den Säuregehalt von 23 g/L auf pH 1,8 zu neutralisieren. Der endgültige Extrakt enthielt 2 g/L H₂SO₄, 4,3 g/L Ni, 0,2 g/L Fe, 15,9 g/L Mg und 0,30 g/L Co. Das Gewicht des Extraktionsrückstandes betrug 508 Gramm. Tabelle 2 zeigt die Vorlauf- und Rückstandzusammensetzung und die Extraktionsextrakte. Die Ergebnisse waren ähnlich wie die Ergebnisse, wie sie in Beispiel 3 des US-Patents 6,261,527 beschrieben wurden. Die Existenz von Natro(Natrium)-Jarosit im Extraktionsrückstand wurde anhand des Natriumgehalts und des XRD-Musters des Rückstandes (siehe Tabelle 2 und 4) untersucht.

Tabelle 2 Ergebnissevon Beispiel 1
	Ni	Fe	Mg	Co	Na
Limonit, Gew.-%	1,49	40,1	1,64	0,150	< 0,01
Saprolit, Gew.-%	1,89	13,8	14,65	0,140	0,16
Keime, Gew.-%	0,12	29,4	0,58	< 0,005	0,65
Rückstand, Gew.-%	0,23	25,9	0,84	0,013	1,83
Gesamtextraktion, %	81,1	0	85,1	85,0

Beispiel 2
Das lateritisches Erz mit niedrigem Magnesiumgehalt (Gew.-% Mg < 6), z. B. eine Limonit-Aufschlämmung, und ein lateritisches Erz mit einem hohen Magnesiumgehalt (Gew.-% Mg > 8), z. B. eine Saprolit-Aufschlämmung, wurden getrennt mit Trinkwasser zubereitet. Der Eisengehalt des Saproliterzes, das verwendet wurde, betrug 18 Gew.-% Die Feststoffkonzentrationen der Limonit- und Saprolit-Aufschlämmung waren 20 Gew.-% bzw. 25 Gew.-% Die Gewichtsverhältnisse von Schwefelsäure/Limonit, Saprolit/Limonit und Schwefelsäure/Erz (Limonit und Saprolit) waren 1,36, 0,88 bzw. 0,72. In diesem Versuch wurden 934 Gramm 20 Gew.-%ige Limonit-Aufschlämmung mit 267 Gramm 98 Gew.-%iger Schwefelsäure in einem Reaktor bei einer Temperatur von 95 bis 105°C und Atmosphärendruck 2,5 Stunden lang gemischt. Der Extrakt enthielt 23 g/L H₂SO₄, 3,0 g/L Ni, 84 g/L Fe, 1,9 g/L Mg und 0,24 g/L Co. Das Redoxpotential wurde zwischen 835 und 840 mV (SHE) durch Zugabe von Natrium-freiem Sulfit gehalten.
Nachdem sich der Säuregehalt bei etwa 26 g/L H₂SO₄ stabilisiert hatte, wurden 673 Gramm 25 Gew.-% der Saprolit-Aufschlämmung und 80 Gramm Goethit-enthaltende Keime nacheinander in den Reaktor zugegeben. Die Reaktion der Saprolit-Extraktion und Eisenfällung wurde für 10 Stunden bei 95 bis 105°C und Atmosphärendruck ausgeführt. Das Redoxpotential lag zwischen 720 und 800 mV (SHE) ohne Zugabe von Natrium-freiem Sulfit.

Der Extrakt enthielt 8 g/L H₂SO₄, 3,6 g/L Ni, 20,6 g/L Fe, 14,3 g/L Mg und 0,34 g/L Co. Abschließend wurden 69 Gramm Kalkstein in 25 Gew.-% Aufschlämmung in den Reaktor bei 95 bis 105°C und Atmosphärendruck zugegeben, um die Azidität auf pH 1,7 zu neutralisieren. Der endgültige Extrakt enthielt 9 g/L H₂SO₄, 3,9 g/L Ni, 4,7 g/L Fe, einschließlich 3,0 g/L Fe²⁺, 15,0 g/L Mg und 0,33 g/L Co. Das Gewicht des Extraktionsrückstandes betrug 384 Gramm. Tabelle 3 veranschaulicht die Vorlauf- und Rückstandzusammensetzung und die Extraktionsextrakte. Die Eisenfällung im Extraktionsrückstand als Goethit wurde über den nicht nachweisbaren Natriumgehalt und XRD/SEM-Untersuchung des Rückstandes (siehe Tabelle 3 und 4) überprüft.

Tabelle 3 Ergebnissevon Beispiel 2
	Ni	Fe	Mg	Co	Na
Limonit, Gew.-%	1,55	40,8	1,47	0,12	< 0,01
Saprolit, Gew.-%	2,17	18,0	11,6	0,14	< 0,01
Keime, Gew.-%	0,41	27,9	1,17	0,068	< 0,01
Rückstand, Gew.-%	0,35	28,7	0,96	0,007	< 0,01
Gesamtextraktion, %	80,8	6,5	82,0	94,9

Beispiel 3

In diesem Versuch waren die Gewichtsverhältnisse von Schwefelsäure/Limonit, Saprolit/Limonit und Schwefelsäure/Erz (Limonit und Saprolit) 1,37, 0,69 bzw. 0,81. 935 Gramm einer 20 Gew.-%igen Limonit-Aufschlämmung, wie in Beispiel 2 beschrieben, wurden mit 267 Gramm 98 Gew.-%iger Schwefelsäure in einem Reaktor bei der Temperatur von 95 bis 105°C und Atmosphärendruck für 3 Stunden gemischt. Der Extrakt enthielt 24 g/L H₂SO₄, 2,8 g/L Ni, 77 g/L Fe, 1,9 g/L Mg und 0,21 g/L Co. Das Redoxpotential wurde durch Zugabe von Natrium-freiem Sulfit zwischen 835 und 840 mV (SHE) gehalten. Nachdem sich der Säuregehalt bei etwa 26 g/L H₂SO₄ stabilisiert hatte, wurden 524 Gramm 25 Gew.-%ige Saprolit-Aufschlämmung, wie in Beispiel 2 beschrieben, und 80 Gramm Goethit enthaltende Keime nacheinander in den Reaktor zugegeben. Die Reaktion der Saprolit-Extraktion und Eisenfällung wurde für 10 Stunden bei 95 bis 105°C und Atmosphärendruck ausgeführt. Das Redoxpotential betrug 720 bis 800 mV (SHE) ohne Zugabe von Natrium-freiem Sulfit. Der Extrakt enthielt 3 g/L H₂SO₄, 3,5 g/L Ni, 27,4 g/L Fe, 12,2 g/L Mg und 0,30 g/L Co. Abschließend wurden 95 Gramm Kalkstein in 25 Gew.-% Aufschlämmung in den Reaktor bei 95 bis 105°C und Atmosphärendruck zugegeben, um die Azidität auf pH 1,7 zu neutralisieren. Der endgültige Extrakt enthielt 3 g/L H₂SO₄, 3,6 g/L Ni, 4,2 g/L Fe, einschließlich 1,7 g/L Fe²⁺, 13,1 g/L Mg und 0,32 g/L Co. Das Gewicht des Extraktionsrückstandes betrug 402 Gramm. Tabelle 4 verdeutlicht die Vorlauf- und Rückstandszusammensetzung und die Extraktionsextrakte. Die Eisenfällung im Extraktionsrückstand als Goethit wurde durch den nicht nachweisbaren Natriumgehalt und XRD/SEM-Untersuchung des Rückstandes (siehe Tabelle 4 und 4) überprüft.

Tabelle 4 Ergebnissevon Beispiel 3
	Ni	Fe	Mg	Co	Na
Limonit, Gew.-%	1,53	40,3	1,46	0,110	< 0,01
Saprolit, Gew.-%	2,18	18,4	12,40	0,140	< 0,01
Keime, Gew.-%	0,41	26,7	1,27	0,074	< 0,01
Rückstand, Gew.-%	0,27	23,8	0,96	0,006	< 0,01
Gesamtextraktion, %	82,2	5,5	80,8	94,7

Beispiel 4

In diesem Versuch waren die Verhältnisse von Schwefelsäure/Limonit, Saprolit/Limonit und Schwefelsäure/Erz (Limonit und Saprolit) 1,37, 0,58 bzw. 0,87. 935 Gramm einer 20 Gew.-%igen Limonit-Aufschlämmung, wie in Beispiel 2 beschrieben, wurden mit 267 Gramm 98 Gew.-%iger H₂SO₄ in einem Reaktor bei der Temperatur von 95 bis 105°C und Atmosphärendruck für 3 Stunden gemischt. Der Extrakt enthielt 24 g/L H₂SO₄, 3,3 g/L Ni, 92 g/L Fe, 2,1 g/L Mg und 0,24 g/L Co. Das Redoxpotential wurde zwischen 840 bis 850 mV (SHE) durch Zugabe von Natrium-freiem Sulfit gehalten. Nachdem sich der Säuregehalt bei etwa 25 g/L H₂SO₄ stabilisiert hatte, wurden 440 Gramm 25 Gew.-%ige Saprolit-Aufschlämmung, wie in Beispiel 2 beschrieben, und 80 Gramm Goethit enthaltende Keime nacheinander in den Reaktor zugegeben. Die Reaktion der Saprolit-Extraktion und Eisenfällung wurde für 11 Stunden bei 95 bis 105°C und Atmosphärendruck ausgeführt. Das Redoxpotential betrug 800 bis 840 mV (SHE), ohne Zugabe von Natrium-freiem Sulfit. Der Extrakt enthielt 4 g/L H₂SO₄, 3,5 g/L Ni, 35,1 g/L Fe, 11,4 g/L Mg und 0,31 g/L Co. Abschließend wurden 93 Gramm Kalkstein in 25 Gew.-% Aufschlämmung in den Reaktor bei 95 bis 105°C und Atmosphärendruck zugegeben, um die Azidität auf einen pH von 1,4 zu neutralisieren. Der endgültige Extrakt enthielt 5 g/L H₂SO₄, 3,6 g/L Ni, 5,8 g/L Fe, einschließlich 0,8 g/L Fe²⁺, 12,1 g/L Mg und 0,32 g/L Co. Das Gewicht des Extraktionsrückstandes betrug 368 Gramm. Die Eisenfällung im Extraktionsrückstand als Goethit wurde durch den nicht nachweisbaren Natriumgehalt und XRD/SEM-Untersuchung des Rückstandes (siehe Tabelle 5 und 4) überprüft.

Tabelle 5 Ergebnissevon Beispiel 4
	Ni	Fe	Mg	Co	Na
Limonit, Gew.-%	1,48	39,6	1,41	0,110	< 0,01
Saprolit, Gew.-%	2,20	18,5	11,30	0,140	< 0,01
Keime, Gew.-%	0,43	28,6	1,16	0,072	< 0,01
Rückstand, Gew.-%	0,24	24,5	0,85	0,007	< 0,01
Gesamtextraktion, %	84,2	7,5	80,5	93,9

Beispiel 5
Eine lateritische Erzaufschlämmung mit niedrigem Magnesiumgehalt (Gew.-% Mg < 6), z. B. eine Limonit-Aufschlämmung, und eine lateritische Erz-Aufschlämmung mit hohem Magnesiumgehalt (Gew.-% Mg > 8), z. B. eine Saprolit-Aufschlämmung) wurden getrennt voneinander mit Trinkwasser zubereitet. Der Eisengehalt des Saprolits betrug 9 Gew.-%. Die Feststoffkonzentrationen der Limonit- und Saprolit-Aufschlämmung waren 21 Gew.-% bzw. 25 Gew.-%. In diesem Versuch wurden 817 Gramm Limonit-Aufschlämmung mit 233 Gramm 98 Gew.-%iger H₂SO₄ in einem Reaktor bei der Temperatur von 95 bis 105°C und Atmosphärendruck für 2,5 Stunden gemischt. Der Extrakt enthielt 21 g/L H₂SO₄, 3,0 g/L Ni, 84 g/L Fe, 2,0 g/L Mg und 0,22 g/L Co. Das Redoxpotential wurde zwischen 835 und 840 mV (SHE) durch Zugabe von Natrium-freiem Sulfit gehalten.

Nachdem sich der Säuregehalt bei etwa 20 g/L H₂SO₄ stabilisiert hatte, wurden 849 Gramm Saprolit-Aufschlämmung und 40 Gramm Goethit enthaltende Keime nacheinander in den Reaktor zugegeben. Das Gewichtsverhältnis von Schwefelsäure/Limonit, Saprolit/Limonit und Schwefelsäure/(Limonit + Saprolit) für diesen Versuch war 1,32, 1,25 und 0,59. Die Reaktion der Saprolit-Extraktion und Eisenfällung wurde für 10 Stunden bei 95 bis 105°C und Atmosphärendruck ausgeführt. Das Redoxpotential betrug 720 bis 800 mV (SHE) ohne Zugabe von Natrium-freiem Sulfit. Der Extrakt enthielt 7 g/L H₂SO4, 5,5 g/L Ni, 5,9 g/L Fe, 18,9 g/L Mg und 0,14 g/L Co. Abschließend wurden 23 Gramm Kalkstein in 25 Gew.-% Aufschlämmung in den Reaktor bei 95 bis 105°C und Atmosphärendruck zugegeben, um die Azidität auf pH 1,8 zu neutralisieren. Der endgültige Extrakt enthielt 2,5 g/L H₂SO₄, 5,5 g/L Ni, 5,9 g/L Fe, einschließlich 3,7 g/L Fe²⁺, 19,4 g/L Mg und 0,14 g/L Co. Das Gewicht des Extraktionsrückstandes betrug 319 Gramm. Tabelle 6 veranschaulicht die Vorlauf- und Rückstandszusammensetzung und die Extraktionsextrakte.

Tabelle 6 Ergebnissevon Beispiel 5
	Ni	Fe	Mg	Co	Na
Limonit, Gew.-%	1,59	41,4	1,45	0,12	< 0,01
Saprolit, Gew.-%	3,43	8,46	15,2	0,034	< 0,01
Keime, Gew.-%	0,37	23,8	1,30	0,006	< 0,01
Rückstand, Gew.-%	0,56	26,1	1,94	0,008	< 0,01
Gesamtextraktion, %	82,7	16,4	82,8	91,0

Beispiel 6
Eine lateritische ErzAufschlämmung mit niedrigem Magnesiumgehalt (Gew.-% Mg < 6), z. B. eine Limonit-Aufschlämmung, und eine lateritische Erz-Aufschlämmung mit hohem Magnesiumgehalt (Gew.-% Mg > 8), z. B. eine Saprolit-Aufschlämmung, wurden getrennt voneinander mit Trinkwasser zubereitet. Der Eisengehalt des Saprolits betrug 9 Gew.-%. Die Feststoffkonzentrationen der Limonit- und Saprolit-Aufschlämmung waren 21 Gew.-% bzw. 25 Gew.-%. In diesem Versuch wurden 1050 Gramm Limonit-Aufschlämmung mit 300 Gramm 98 Gew.-%iger H₂SO₄ in einem Reaktor bei der Temperatur von 95 bis 105°C und Atmosphärendruck für 2,5 Stunden gemischt. Der Extrakt enthielt 23 g/L H₂SO₄, 3,0 g/L Ni, 83 g/L Fe, 2,0 g/L Mg und 0,22 g/L Co. Das Redoxpotential wurde zwischen 835 und 840 mV (SHE) durch Zugabe von Natrium-freiem Sulfit gehalten.

Nachdem sich der Säuregehalt bei etwa 23 g/L H₂SO₄ stabilisiert hatte, wurden 546 Gramm Saprolit-Aufschlämmung und 40 Gramm Goethit enthaltende Keime nacheinander in den Reaktor zugegeben. Das Gewichtsverhältnis von Schwefelsäure/Limonit, Saprolit/Limonit und Schwefelsäure/(Limonit + Saprolit) für diesen Versuch war 1,32, 0,61 und 0,82. Die Reaktion der Saprolit-Extraktion und Eisenfällung wurde für 10 Stunden bei 95 bis 105°C und Atmosphärendruck ausgeführt. Das Redoxpotential war 720 bis 800 mV (SHE) ohne Zugabe von Natrium-freiem Sulfit. Der Extrakt enthielt 7 g/L H₂SO₄, 5,3 g/L Ni, 24,8 g/L Fe, 17,0 g/L Mg und 0,18 g/L Co. Abschließend wurden 90 Gramm Kalkstein in 25 Gew.-%iger Aufschlämmung in den Reaktor bei 95 bis 105°C und Atmosphärendruck zugegeben, um die Azidität auf pH 1,7 zu neutralisieren. Der endgültige Extrakt enthielt 2 g/L H₂SO₄, 5,8 g/L Ni, 4,3 g/L Fe, einschließlich 3,3 g/L Fe²⁺, 18,8 g/L Mg und 0,20 g/L Co. Das Gewicht des Extraktionsrückstandes betrug 413 Gramm. Tabelle 7 veranschaulicht die Vorlauf- und Rückstandzusammensetzung und die Extraktionsextrakte.

Tabelle 7 Ergebnissevon Beispiel 6
	Ni	Fe	Mg	Co	Na
Limonit, Gew.-%	1,53	40,3	1,46	0,110	< 0,01
Saprolit, Gew.-%	3,43	8,7	15,2	0,032	< 0,01
Keime, Gew.-%	0,37	23,8	1,30	0,006	< 0,01
Rückstand, Gew.-%	0,21	23,6	0,67	< 0,005	< 0,01
Gesamtextraktion, %	89,5	12,5	88,6	> 95

Beispiel 7

Eine lateritische Erzaufschlämmung mit niedrigem Magnesiumgehalt (Gew.-% Mg < 6), z. B. eine Limonit-Aufschlämmung, und eine lateritische Erzaufschlämmung mit hohem Magnesiumgehalt (Gew.-% Mg > 8), z. B. eine Saprolit- Aufschlämmung, wurden getrennt voneinander mit Trinkwasser zubereitet. Der Eisengehalt des Saprolits betrug 11 Gew.-%. Die Feststoffkonzentrationen der Limonit- und Saprolit-Aufschlämmung waren 20 Gew.-% bzw. 25 Gew.-% In diesem Versuch wurden 1001 Gramm Limonit-Aufschlämmung mit 286 Gramm 98 Gew.-%iger H₂SO₄ in einem Reaktor bei der Temperatur von 95 bis 105°C und Atmosphärendruck für 2,5 Stunden gemischt. Der Extrakt enthielt 28 g/L H₂SO4, 2,6 g/L Ni, 74 g/L Fe, 1,9 g/L Mg und 0,20 g/L Co. Das Redoxpotential wurde zwischen 835 bis 840 mV (SHE) durch Zugabe von Natrium-freiem Sulfit gehalten. Nachdem sich der Säuregehalt bei etwa 28 g/L H₂SO₄ stabilisiert hatte, wurden 720 Gramm Saprolit-Aufschlämmung und 40 Gramm Goethit enthaltende Keime nacheinander in den Reaktor zugegeben. Das Gewichtsverhältnis von Schwefelsäure/Limonit, Saprolit/Limonit und Schwefelsäure/(Limonit + Saprolit) für diesen Versuch war 1,40, 0,90 und 0,74. Die Reaktion der Saprolit-Extraktion und Eisenfällung wurde für 10 Stunden bei 95 bis 105°C und Atmosphärendruck ausgeführt. Das Redoxpotential war 720 bis 800 mV (SHE), ohne Zugabe von Natrium-freiem Sulfit. Der Extrakt enthielt 11 g/L H₂SO₄, 4,3 g/L Ni, 14,8 g/L Fe, 16,6 g/L Mg und 0,16 g/L Co. Abschließend wurden 80 Gramm Kalkstein in 25 Gew.-%iger Aufschlämmung in den Reaktor bei 95 bis 105°C und Atmosphärendruck zugegeben, um die Azidität auf pH 1,7 zu neutralisieren. Der endgültige Extrakt enthielt 1,7 g/L H₂SO₄, 4,3 g/L Ni, 2,1 g/L Fe, 17,3 g/L Mg und 0,16 g/L Co. Das Gewicht des Extraktionsrückstandes war 381 Gramm. Tabelle 8 veranschaulicht die Vorlauf- und Rückstandszusammensetzung und die Extraktionsextrakte.

Tabelle 8 Ergebnissevon Beispiel 7
	Ni	Fe	Mg	Co	Na
Limonit, Gew.-%	1,57	42,3	1,40	0,120	< 0,01
Saprolit, Gew.-%	2,73	11,4	14,4	0,041	< 0,01
Keime, Gew.-%	0,37	23,8	1,30	0,006	< 0,01
Rückstand, Gew.-%	0,30	25,5	1,21	< 0,005	< 0,01
Gesamtextraktion, %	86,1	15,5	84,3	> 95

Beispiel 8
Dieser Versuch simuliert das Verfahren, das in 2 gezeigt ist. Das Gewichtsverhältnis von Schwefelsäure/Limonit, Saprolit/Limonit und Schwefelsäure/(Limonit + Saprolit) für diesen Versuch war 1,31, 1,19 und 0,60. 817 Gramm einer 21 Gew.-%igen Limonit-Aufschlämmung, wie in Beispiel 2 beschrieben, wurden mit 233 Gramm 98 Gew.-%iger H₂SO₄ in einem Reaktor bei der Temperatur von 95 bis 105°C und Atmosphärendruck für 3 Stunden gemischt. Der Extrakt enthielt 20 g/L H₂SO₄, 3,2 g/L Ni, 87 g/L Fe, 2,1 g/L Mg und 0,24 g/L Co. Das Redoxpotential wurde zwischen 835 und 840 mV (SHE) durch Zugabe von Natrium-freiem Sulfit gehalten. Nachdem sich der Säuregehalt bei etwa 20 g/L H₂SO₄ stabilisiert hatte, wurden 828 Gramm 25 Gew.-%ige Saprolit-Aufschlämmung, wie in Beispiel 2 beschrieben, und 80 Gramm Geothit enthaltende Keime nacheinander in den Reaktor zugegeben. Die Reaktion der Saprolit-Extraktion und Eisenfällung wurde für 3 Stunden bei 95 bis 105°C und Atmosphärendruck ausgeführt. Der Extrakt enthielt 3,4 g/L H₂SO₄, 3,3 g/L Ni, 18,3 g/L Fe, 12,8 g/L Mg und 0,32 g/L Co. Dann wurden 12 g NaCl als Meersalz in die Aufschlämmung zugegeben, um das verbleibende Eisen als Jarosit während weiterer 6 Stunden zu fällen. Der Extrakt enthielt 11 g/L H₂SO₄, 3,7 g/L Ni, 1,4 g/L Fe, 17,3 g/L Mg und 0,32 g/L Co.

Das Redoxpotential der Saprolitextraktion war 720 bis 800 mV (SHE) ohne Zugabe von Natrium-freiem Sulfit. Abschließend wurden 15,5 Gramm Kalkstein in 25 Gew.-%iger Aufschlämmung in den Reaktor bei 95 bis 105°C und Atmosphärendruck zugegeben, um die Azidität auf pH 1,6 zu neutralisieren. Der endgültige Extrakt enthielt 4 g/L H₂SO₄, 3,9 g/L Ni, 0,6 g/L Fe, einschließlich 0,5 g/L Fe²⁺, 17,8 g/L Mg und 0,32 g/L Co. Das Gewicht des Extraktionsrückstandes betrug 403 Gramm. Tabelle 9 veranschaulicht die Vorlauf- und Rückstandszusammensetzung und die Extraktionsextrakte.

Tabelle 9 Ergebnissevon Beispiel 8
	Ni	Fe	Mg	Co	Na
Limonit, Gew.-%	1,53	40,3	1,46	0,110	< 0,01
Saprolit, Gew.-%	2,18	18,4	12,40	0,140	< 0,01
Keime, Gew.-%	0,27	22,9	1,11	0,074	< 0,01
Rückstand, Gew.-%	0,4	28,1	1,12	0,005	< 0,01
Gesamtextraktion,	78,4	10,7	83,1	95,9

Beispiel 9
Dieser Versuch simuliert das Verfahren, das in 3 gezeigt ist. Das Gewichtsverhältnis von Schwefelsäure/Limonit, Saprolit/Limonit und Schwefelsäure/(Limonit + Saprolit) für diesen Versuch war 1,32, 1,20 und 0,60. 817 Gramm 21 Gew.-%ige Limonit-Aufschlämmung, wie in Beispiel 2 beschrieben, wurde mit 233 Gramm 98-Gew.-%iger H₂SO₄ in einem Reaktor bei der Temperatur von 95 bis 105°C und Atmosphärendruck für 3 Stunden gemischt. Der Extrakt enthielt 20 g/L H₂SO₄, 3,1 g/L Ni, 82 g/L Fe, 2,1 g/L Mg und 0,23 g/L Co. Das Redoxpotential wurde zwischen 840 und 850 mV (SHE) durch Zugabe von Natrium-freiem Sulfit gehalten. Nachdem sich der Säuregehalt bei etwa 20 g/L H₂SO₄ stabilisiert hatte, wurden 828 Gramm 25 Gew.-%ige Saprolit-Aufschlämmung, wie in Beispiel 2 beschrieben, und 80 Gramm Goethit enthaltende Keime nacheinander in den Reaktor zugegeben. Die Reaktion der Saprolit-Extraktion und Eisenfällung als Goethit wurde für 3 Stunden bei 95 bis 105°C und Atmosphärendruck ausgeführt. Der Extrakt enthielt 3,4 g/L H₂SO₄, 3,5 g/L Ni, 19,8 g/L Fe, 13,4 g/L Mg und 0,32 g/L Co.

Das Redoxpotential war 780 bis 840 mV (SHE) ohne Zugabe von Natrium-freiem Sulfit. Dann wurde SO₂-Gas für 8 Stunden in die Aufschlämmung eingeblasen. Das Redoxpotential sank auf 590 bis 620 mV (SHE). Der Extrakt enthielt 14 g/L H₂SO₄, 4,2 g/L Ni, 27,7 g/L Fe, einschließlich 25,2 g/L Fe²⁺, 18,3 g/L Mg und 0,32 g/L Co. Abschließend wurden 42 Gramm Kalkstein in 25 Gew.-%iger Aufschlämmung in den Reaktor bei 95 bis 105°C und Atomsphärendruck zugegeben, um die Azidität auf pH 1,8 zu neutralisieren. Der endgültige Extrakt enthielt 2 g/L H₂SO₄, 4,1 g/L Ni, 25 g/L Fe, einschließlich 24,4 g/L Fe²⁺, 18 g/L Mg und 0,31 g/L Co. Die Umwandlung von Fe³⁺ zu Fe²⁺ war 100%. Das Gewicht des Extraktionsrückstandes betrug 332 Gramm. Tabelle 10 veranschaulicht die Vorlauf- und Rückstandzusammensetzung und die Extraktionsextrakte.

Tabelle 10 Ergebnissevon Beispiel 9
	Ni	Fe	Mg	Co	Na
Limonit, Gew.-%	1,57	41,2	1,45	0,120	< 0,01
Saprolit, Gew.-%	2,26	19,0	11,30	0,140	< 0,01
Keime, Gew.-%	0,28	26,1	1,04	0,007	< 0,01
Rückstand, Gew.-%	0,45	26,4	1,46	0,009	< 0,01
Gesamtextraktion, %	80,4	33,4	81,9	94,2

Beispiel 10 – Pilotanlagenbetrieb
Bei einem 96-Stunden Pilotanlagenbetrieb wurden 2972 Kilogramm 20 Gew.-%ige Limonit-Aufschlämmung und 825 Kilogramm 98 Gew.-%ige H₂SO₄ kontinuierlich in eine Reihe von vollständig gerührten Tankreaktoren (CSTR) bei einer Temperatur von 95 bis 105°C und Atmosphärendruck gepumpt. Das Redoxpotential wurde zwischen 835 und 940 mV (SHE) durch Einblasen von SO₂-Gas gehalten. Die Retentionszeit der Limonitextraktion betrug 4 Stunden. Der Extrakt enthielt 29 g/L H₂SO₄, 2,4 g/L Ni, 70 g/L Fe, 1,9 g/L Mg und 0,13 g/L Co. Die Limonit-ExtraktionsAufschlämmung wurde mit der Saprolit-Aufschlämmung mit der Feststoffkonzentration von 25 Gew.-% in einer weiteren Reihe von CSTR bei 95 bis 105°C und Atmosphärendruck gemischt für die simultanen Reaktionen der Saprolitextraktion und Eisenfällung als Goethit. Die Retentionszeit der Saprolit-Extraktion und Eisenfällung als Goethit betrug 10 Stunden. Es wurde in diesem Bereich kein SO₂ eingeblasen. Das Absolutgewicht der verwendeten 25 Gew.-%igen Saprolit-Aufschlämmung betrug 1978 Kilogramm. Deshalb waren die Gewichtsverhältnisse von Schwefelsäure/Limonit, Saprolit/Limonit und Schwefelsäure/(Limonit + Saprolit) entsprechend 1,36, 0,83 und 0,74. Der Extrakt enthielt 5 g/L H₂SO₄, 3,6 g/L Ni, 18,6 g/L Fe, 14,1 g/L Mg und 0,15 g/L Co.

Die Extraktions-Aufschlämmung wurde nacheinander bei 95 bis 105°C und Atmosphärendruck auf einen pH von 1,5 bis 2,0 oder eine Azidität von 5 bis 10 g/L H₂SO₄ mit 20 Gew.-% Kalksteinaufschlämmung neutralisiert. Die Retentionszeit betrug 2 bis 3 Stunden. Das Gesamtgewicht der Kalksteinaufschlämmung betrug 884 kg. Der endgültige Extrakt enthielt 5 g/L H₂SO₄, 3,0 g/L Ni, 3,5 g/L Fe, einschließlich 0,2 g/L Fe²⁺, 12,1 g/L Mg und 0,13 g/L Co. Tabelle 11 veranschaulicht die Vorlauf- und Rückstandszusammensetzung und die Extraktionsextrakte.

Tabelle 11 Ergebnissevon Beispiel 10
	Ni	Fe	Mg	Co	Na
Limonit, Gew.-%	1,54	41,5	1,38	0,114	0,06
Saprolit, Gew.-%	2,72	11,31	14,33	0,040	0,03
Rückstand, Gew.-%	0,33	21,8	1,22	< 0,005	0,06
Gesamtextraktion, %	80,8	2,83	80,6	> 95

Beispiel 11 – Pilotanlagenbetrieb

In einem 89-ständigen Pilotanlagenbetrieb wurden 2538 Kilogramm 30 Gew.-%ige Limonit-Aufschlämmung und 1052 Kilogramm 38 Gew.-%ige H₂SO₄ kontinuierlich in eine Reihe von vollständig gerührten Tankreaktoren (CSTR) bei der Temperatur von 95°C bis 105°C und Atmosphärendruck gepumpt. Das Redoxpotential wurde zwischen 835 und 940 mV (SHE) durch Einblasen von SO₂-Gas gehalten. Die Retentionszeit der Limonit-Extraktion betrug 5 Stunden. Der Extrakt der Limonit-Extraktionssektion enthielt 20 g/L H₂SO₄, 4,8 g/L Ni, 136 g/L Fe, 3,2 g/L Mg und 0,2 g/L Co. Die Limonit-Extraktionsaufschlämmung wurde mit einer Saprolit-Aufschlämmung mit einer Feststoffkonzentration von 30 Gew.-% in einer weiteren Reihe von CSTR bei 95 bis 105°C und Atmosphärendruck gemischt, für die simultanen Reaktionen der Saprolit-Extraktion und Eisenfällung als Goethit. Die Retentionszeit der Saprolit-Extraktion und Eisenfällung als Goethit betrug 11 Stunden. Es wurde kein SO₂ in diesem Abschnitt eingeblasen. Das Gesamtgewicht der Saprolit-Aufschlämmung, die verwendet wurde, betrug 2052 Kilogramm. Deshalb waren die Gewichtsverhältnisse von Schwefelsäure/Limonit, Saprolit/Limonit und Schwefelsäure/(Limonit + Saprolit) entsprechend 1,35, 0,81 und 0,75. Der Extrakt enthielt 5 g/L H₂SO4, 5,1 g/L Ni, 6,4 g/L Fe, 16,4 g/L Mg und 0,19 g/L Co. Die Extraktions-Aufschlämmung wurde nacheinander bei 95 bis 105°C und Atmosphärendruck auf einen pH-Wert von 1,5 bis 2,0 oder einen Säuregehalt von 5 bis 10 g/L H₂SO₄ mit 20 Gew.-%iger KalksteinAufschlämmung neutralisiert. Die Retentionszeit betrug 2 bis 3 Stunden. Das Gesamtgewicht der Kalkstein-Aufschlämmung betrug 1248 Kilogramm. Der endgültige Extrakt enthielt 5 g/L H₂SO₄, 5,1 g/L Ni, 6,4 g/L Fe, einschließlich 0,2 g/L Fe²⁺, 16,4 g/L Mg und 0,19 g/L Co. Tabelle 12 veranschaulicht die Vorlauf- und Rückstandzusammensetzung und die Extraktionsextrakte.

Tabelle 12 Ergebnissevon Beispiel 11
	Ni	Fe	Mg	Co	Na
Limonit, Gew.-%	1,54	42,7	1,49	0,117	0,06
Saprolit, Gew.-%	3,12	10,95	13,35	0,039	0,02
Rückstand, Gew.-%	0,35	22,02	1,58	0,006	0,05
Gesamtextraktion, %	81,5	9,3	72,7	91,6

Beschreibung der Figuren
1 ist ein Flussdiagramm, das das Nacheinandereinbringen einer Limoniterz-Aufschlämmung und Saproliterz-Aufschlämmung zeigt, was das Entfernen von näherungsweise 70% des gelösten Eisens als fester Goethit während der Saprolit-Extraktion und der größte Teil des Rückstandes durch Neutralisation mit Kalkstein oder anderem geeignetem Alkali zulässt.
2 zeigt ein Flussdiagramm, in dem folgend auf die simultane Extraktion von Saprolit und Fällung des größten Teils des Eisens als Goethit, der Rest des Eisens als Jarosit durch Zugabe eines Jarosit-bildenden Ions gefällt wird, z. B. durch Natriumchloridzugabe. Zusätzlicher Saprolit könnte in dieser Stufe extrahiert werden.
3 zeigt ein Flussdiagramm, in dem in Anschluss an die simultane Extraktion von Saprolit und Fällung des größten Teils des Eisens als Goethit, der Rest des Eisens zu einem Eisen(II)-Zustand durch Zugabe von Schwefeldioxid oder anderen geeigneten Reduktionsmitteln reduziert wird. Wiederum kann während dieser Stufe zusätzlicher Saprolit extrahiert werden.
4 zeigt die XRD-Muster für Extraktionsrückstände aus Vergleichsbeispiel 1 und die Beispiele 2 bis 4. Der Graph fUr das Vergleichsbeispiel 1 ist am oberen Ende der Figur und der Graph für Beispiel 4 ist am unteren Ende der Figur.
Die Anwesenheit der Peaks für Goethit und Abwesenheit der Peaks für Jarosit werden durch die Graphen 2, 3 und 4 verdeutlicht.
Die obige Beschreibung der Erfindung veranschaulicht die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung.

Claims

Atmosphärisches Extraktionsverfahren zur Gewinnung von Nickel und Kobalt aus lateritischen Erzen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, a) dass das lateritische Erz durch selektiven Abbau oder Sichtung nach dem Abbau in eine Erzfraktion mit niedrigem Magnesiumgehalt und eine Erzfraktion mit hohem Magnesiumgehalt getrennt wird; b) dass die getrennten Erzfraktionen getrennt aufgeschlämmt werden; c) dass als einem primären Extraktionsschritt die Erzfraktion mit niedrigem Magnesiumgehalt mit konzentrierter Schwefelsäure extrahiert wird; und d) dass die Erzaufschlämmung mit hohem Magnesiumgehalt im Anschluss an den im Wesentlichen vervollständigten primären Extraktionsschritt eingebracht wird und Eisen als Goethit oder einer anderen Form von Eisenoxid oder Eisenhydroxid mit niedrigem Sulfatgehalt ausgefällt wird, wobei die Schwefelsäure, die während der Eisenfällung freigesetzt wird, dazu verwendet wird, als einen sekundären Extraktionsschritt, die Erzfraktion mit hohem Magnesiumgehalt zur extrahieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Eisen als Goethit ausgefällt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Erzfraktion mit niedrigem Magnesiumgehalt Limoniterz umfasst, das weniger als etwa 6 Gew.-% Magnesium enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Erzfraktion mit niedrigem Magnesiumgehalt Saproliterz umfasst, das mehr als etwa 8 Gew.-% Magnesium enthält.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Erzfraktion mit niedrigem Magnesiumgehalt auch Smektit oder Nontroniterz mit einem mittleren Magnesiumgehalt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Erzfraktion mit hohem Magnesiumgehalt auch Smektit oder Nontroniterz mit einem mittleren Gehalt an Magnesium umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die getrennten Erzfraktionen in natrium-, alkalimetall- und ammoniumfreiem Wasser mit Feststoffkonzentrationen von größer als näherungsweise 20 Gew.-% aufgeschlämmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der primäre Extraktionsschritt in einem ersten Reaktor bei einer Temperatur von bis zu 105°C oder dem Siedepunkt der Extraktionsreaktanten bei Atmosphärendruck ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Schwefelsäure bevorzugt in einer Konzentration von 100 bis 140% der stöchiometrischen Anteile vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Erzaufschlämmung mit hohem Magnesiumgehalt in einen zweiten Reaktor zur Vervollständigung des sekundären Extraktionsschrittes bei einer Temperatur von bis zu 105°C oder dem Siedepunkt der Extrakt ionsreaktanten bei Atmosphärendruck, eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei in den zweiten Reaktor unmittelbar nach Einbringen des Erzes mit hohem Magnesiumgehalt Goethit, Hämatit oder Gips enthaltende Keime zugegeben werden, um die Eisenfällung auszulösen oder zu fördern.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Dosis an Keimen in einer Menge von bis zu 20 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht an Erz mit niedrigem Magnesiumgehalt und Erz mit hohem Magnesiumgehalt zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Redoxpotential während des primären Extraktionsschrittes zwischen 800 mV und 1000 mV (SHE) gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Redoxpotential während des primären Extraktionsschrittes etwa 835 mV (SHE) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Redoxpotential durch Injektion von entweder Schwefeldioxidgas oder natriumfreiem Metabisulfit oder Sulfit in die Aufschlämmung gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Redoxpotential in dem sekundären Extraktionsschritt zwischen 700 und 900 mV (SHE) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis von Erz mit hohem Magnesiumgehalt zu Erz mit niedrigem Magnesiumgehalt im Trockenen etwa 0,5 bis 1,3 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, das den weiteren Schritt der Neutralisation der Extraktionslösung durch Zugabe einer Kalksteinaufschlämmung nach dem sekundären Extraktionsschritt umfasst, um die Eisenfällung als Goethit zu vervollständigen.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei am Endpunkt der Neutralisation der pH-Wert, der bei Raumtemperatur gemessen wird, von 1,5 auf 3,0 erhöht ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das den weitren Schritt der Fällung des übrigen Eisens nach dem sekundären Extraktionsschritt als Jarosit durch Zugabe eines jarositbildenden Ions umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das jarositbildende Ion ein Natrium-, Kalium- oder Ammoniumion ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das den weiteren Schritt der Reduktion des übrigen Eisens nach dem sekundären Extraktionsschritt zu einem Eisen (II)-Zustand durch Zugabe eines geeigneten Reduktionsmittels umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Reduktionsmittel Schwefeldioxid ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Nickel und Kobalt im Wege von entweder Sulfidfällung unter Verwendung von Schwefelwasserstoff oder anderen Sulfidquellen, gemischter Hydroxidfällung, Innenaustausch oder Flüssig-Flüssig-Extraktion wiedergewonnen wird.