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Verfahren zur Gewinnung von Edelmetallen aus Kupfer-Nickel-Stein Bei
der Gewinnung von Nickel und Kupfer aus sulfidischen Erzen umfaßt das Verfahren
die Umwandlung der Erze in Rohstein, der als Mischung von Sulfiden von Nickel, Kupfer
und anderen unedlen Metallen in den Erzen angesehen werden kann. Bis zu welchem
Ausmaß die unedlen Metalle an Kupfer gebunden werden, hängt vom Schwefelgehalt des
Steins ab. Oft ist dieser Gehalt so, daß einige der unedlen Metalle ungebunden bleiben.
Zur Gewinnung von Nickel und Kupfer wird der Rohstein nach dem Orford-, dem Mond-
oder dem Hybinette-Verfahren weiterbehandelt.
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Die Steine enthalten verhältnismäßig kleine Mengen von Edelmetallen
(gewöhnlich Platin, Palladium und Gold). Falls die Steine nach dem Mond- (Carbonyl-)
oder Hybinette- (elektrolytischen) Verfahren behandelt werden, werden diese Edelmetalle
in den Rückständen aus diesem Verfahren konzentriert und so gewonnen, andernfalls
gehen sie verloren.
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Die vorliegende Erfindung besteht in einem neuartigen Verfahren für
die Konzentration von in Kupfer-Nickel-Stein vorhandenen Platinmetallen
(d. h. Metallen der Platingruppe) und von Gold sowie deren nachträgliche
Gewinnung aus dem Stein. Sie beruht auf der Erkenntnis, daß bei genügend langsamer
Ab-
kühlung des Steins vom geschmolzenen in den festen Zustand die ungebundenen,
unedlen Metalle unabhängig von den Sulfiden kristallisieren und von den Sulfiden
getrennt werden können und daß die Platinmetalle und Gold in dem Stein weitgehend
konzentriert in den Teilchen von ungebundenem Metall gefunden werden. Etwaiges im
Stein vorhandenes Silber (das
restliche Edelmetall) kann, aber wird
nicht immer im ungebundenen Metall konzentriert. Um die Platinmetalle -und Gold
in dem ungebundenen Metall zu konzentrieren, muß der Stein weniger Schwefel enthalten,
als zur Bindung mit allen unedlen Metallen erforderlich ist. Um genügend ungebundenes
Metall für eine nennenswerte Konzentration der Platinmetalle und Gold zu erreichen,
müssen mindestens 5 "/, Schwefel fehlen, d. h., der Schwefelgehalt
darf 9,5 0/0 dessen nicht übersteigen, der zur Bindung mit allen unedlen
Metallen erforderlich ist. Andererseits darf der Schwefelgehalt nicht zu niedrig
sein, da ein Stein mit sehr niedrigem Schwefelgehalt, z. B. etwa 10/" nach
langsamer Abkühlung eine sehr große Menge von freiem Metall aufweist, in dem ein
verhältnismäßig hoher Prozentsatz von Platinmetallen und Gold erscheint und die
Menge von metallischen Partikeln so groß ist, daß die Konzentration von Platinmetallen
und Gold in den Metallpartikän wenig höher ist als in dem Rohstein. Der Schwefelgehalt
des Steins soll zwischen 8o und go 0/,) des Schwefels liegen, der theoretisch zur
Bindung an Kupfer, Nickel und andere unedle Metalle erforderlich ist. In Stein mit
hohem Gehalt an Platinmetallen und Gold kann ein niedrigerer Schwefelgehalt,
d. h. bis zu 75 0/, der zur vollständigen Bindung erforderlichen Menge,
vorteilhaft sein.
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Theoretisch enthält Stein, der ganz aus Kupfersulfiden (Cu,
S) besteht, 20, 14 0/, Schwefel und 79,86 0/',
Kupfer, Stein, der vollständig
ans Nickelsulfiden (Ni,S.) besteht, ?,6,7o 0/, Schwefel und 73,30
oi , Nickel. Theoretisch enthalten Mischungen dieser Sulfide zwischen 20,14
0/, und 26,7o Ol', wechselnde Mengen von Schwefel. So hat z. B. Stein mit
58,8 0/0 Ni3 S2, 39,2 0/, Cii, S und 2 01!. Edelmetallen theoretisch
einen Schwefelgehalt von 23,6 ()/,). Zur Gewinnung der Platinmetalle und
Gold aus einem solchen Stein muß der Schwefelgehalt unter :23,6 0/1., vorzugsweise
auf 18 bis 22 0/" herab-,gesetzt werden.
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Nach der Abkühlung wird der Stein fein gemahlen und die Metallteilchen
mit den darin hochkonzentrierten Platinmetallen und Gold von den Sulfidkristallen
getrennt. Die in den Metallteilchen enthaltenen Edelmetalle können dann aus den
unedlen Metallteilchen nach einem bekannten Verfahren gewonnen werden.
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Um die Metallkörner von den Sulfidkristallen zu trennen, müssen sie
verhältnismäßig groß sein. Die Grobkörnigkeit wird durch langsames Abkühlen, nicht
nur bis zur Erstarrungsgrenze, sondern mindestens bis unter 5io' C erreicht.
Die durchschnittliche Abküh-
lungsgeschwindigkeit Soll 22' C/h nicht
überschreiten und kann bis auf 1,7' C/h heruntergehen. Für die Konzentration von
Platinmetallen und Gold ist -die Abkühlungsgesch,%i,indigkeit unter 5io'
C unwesentlich. Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann jedoch
vorteilhaft mit einem vorgeschlagenen Verfahren zur Trennung von Nickel- und Kupfersulfiden
verbunden werden. Dabei wird die Abküh-
lungsgeschwindigkeit unter 5io'
C durch die für die Sulfidtrennung in Frage kommenden Überlegungen bestimmt.
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Ein weiterer Grund für die langsame Abkühlung aus dem flüssigen Zustand
ist die Neigung der Platinmetalle und Gold, sich in den feineren Metallteilchen
anzureichern. Wenn nun die Abkühlung schneller durchgeführt wird, etwa in i bis
io Stunden, werden die während des letzten Teils der Abkühlung (von 6oo'
C an) getrennten Metallteilchen so fein, daß sie später nicht genügend von
den Sulfidteilchen abgesondert werden können. Der Prozentsatz an gewonnenen Platimnetallen
und Gold wird durch das langsame Abkühlen wesentlich erhöht.
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Wenn der Stein mit einer Geschwindigkeit von nicht über 22' C/h abgekühlt
wird, dauert die Abkühlung von der höchsten während der Produktion erreichten Temperatur
bis auf 5io' C im allgemeinen mehr als i Tag.
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Die Feinzerkleinerung des abgekühlten Steins kann durch Brechen und
Mahlen erfolgen. Die Feinheit, womit der Stein gemahlen wird, hängt von der durchschnittlichen
Korngröße der Metallteilchen ab, die ihrerseits wieder von der Zusammensetzung des
Steins und der Abkühlungsgeschwindigkeit abhängt. Im allgemeinen ist sie so, daß
5 bis 5o 0/, des Steins auf einem Sieb mit 13 Maschen pro Millimeter
zurückgehalten werden.
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Die Metallteilchen enthalten einen wesentlichen Anteil von magnetischen
Elementen und können bequem magnetisch von den Sulfiden getrennt werden.
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Die Erfindung kann auf alle Kupfer-Nickel-Steine angewendet werden,
angefangen von denen mit einem sehr niedrigen (weniger als 111,1,» Kupfergehalt
bis zu jenen mit einer ähnlich kleinen Menge Nickel. Das Vorhandensein von Kobalt-
und Eisensulfiden scheint keine schädliche Wirkung zu haben. Bleisulfid ist aber
schädlich; der im Stein zulässige Höchstgehalt hierfür beträgt 2o 1),;,. Die Erfindung
ist insbesondere anwendbar auf die Behaiidlun"g von Bessemer-Stein, der beim Erzschmelzen
mit verhältnismäßig niedrigem Kupfer-und Nickelgehalt erzeugt und zur Eisenentfernung
im basischen Konverter oxvdiert wird. Bessemer-Stein enthält gewöhnlich 2o bis 40
0/', Kupfer, 4o bis 6o 0,', Nickel, 17 bis 2_3"/, Schwefel, o,2- bis 21,1, Eisen,
3 bis -go 0 Platinmetalle und Gold sowie Spuren von Silikaten und anderen
Verunreinigungen. In vielen Fällen muß der Schwefelgehalt des Steins herabgesetzt
werden zur Erhöhung der Menge ungebundener unedler Metalle, die zur Anreicherung
von Platinmetallen und Gold im Stein vorhanden sind. Allgemein gesprochen ist die
Ausbeute aus handelsüblichen Sorten zufriedenstellend, wenn das Verhältnis der Kupfer-Nickel-Legierung
zu den vorhandenen Gold- und Platinmetallen größer ist als 5oo: i.
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In einem Verfahrensbeispiel wurden 15 t Kupfer-Nickel-Bessemer-Stein
verwendet für eine Charge, deren Analvse 18,8 1;
, Kupfer,
57,5 0,',
Nickel,
22,8 0/0
Schwefel, 0,7',/, Eisen, 7o g/t Platinmetalle und
Gold, Rest Silikate und andere Verunreinigungen aufwies. Die der zur Menge vollständigen
des vorhandenen Ausschwefelung Schwefels des betrug Steins 87,5 theo-
0 ; ' 0
retisch erforderlichen Menge. Ausgehend von einer Anfangstemperatur
von 1085' C wurde der Stein langsam über einen Zeitraum von etwa 15 Tagen auf eine
Temperatur von 450'
C abgekühlt, mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von
etwa 1,74' C/h, und danach verhältnismäßig rasch auf Zimmertemperatur abgekühlt.
Die
langsam abgekühlte Masse wurde gebrochen und gemahlen, bis die feineren Metallteilchen
durch ein Sieb
0,075 mm hindurchgingen, und die Metallteilchen magnetisch
von den Sulfiden getrennt. Die erzielten Produkte wurden in Gruppen der folgenden
Korngrößen aufgeteilt: größer als
3 mm, kleiner als
3 mm, aber größer
als
0,3 mm, und kleiner als
0,3 mm. Die nachstehende Tabelle zeigt,
daß 95,1
1 ' ;', der Platinmetalle und Gold im magnetischen Teil getrennt
wurden, trotzdem dieser Teil nur 13,7
0,f, des Gesam
' tgewichts ausmachte.
Platinmetalle und Gold waren in dem feineren metallischen Korn weit höher konzentriert
als im groberen Korn.
| Siebnummer Gewicht in 0 f, Probe g/t Gewinnung
Gewicht in 0/, Probe g/t Gewinnung |
| von Gold- und von Gold- und |
| in mm von Gesamt Gold- und Platinmetallen von Gesamt- Gold-
und Phatinmetallen |
| stein Platinmetalle stein Platinmetalle 0 |
| 3 .......... 0,4 171,0 1,0 0 0 |
| -3 +0,3 .... 7,8 386,o 43,7 0 0 0 |
| -0,3 ......... 515 6333 50,4 86
3 4 4,9 |
| Gesamt ....... 117 9511 86,3 4,9 |
| Insgesamt ..... 479,0 |
Die Aufteilung des Steins in Anteile verschiedener Korngröße wurde nur zur Veranschaulichung
durchgeführt. In der Praxis zieht man es vor, den abgekühlten Stein zu zerkleinern
und dann einer Mühle zuzuführen, die im geschlossenen Kreislauf mit einer Sortiervorrichtung
arbeitet und ein Material ergibt, von dessen Korn gewichtsmäßig
380.1, größer
ist als 0,045 mm. Zur Entfernung magnetischer Teile des aus der Mühle kommenden
Materials kann ein magnetischer Abscheider verwendet werden.
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In der Probe war die vorhandene Schwefelmenge groß genug zur Bindung
von etwa go 0/, des Kupfers und etwa 8707, des Nickels zu Cu.S und Ni.S,.
Dementsprechend Nickel theoretisch waren im etwa metallischen io "..;, Kupfer Zustand
und vorhanden. etwa 13 0 0
Dieser Anteil an metallischem Kupfer und Nickel
war groß genug für die Gewinnung von etwa 68,4 9/t Platinmetallen und Gold,
d. h., das Verhältnis von Kupfer-Nickel-Metall zu den Platinmetallen und
Gold betrug ungefähr iioo: i. In einem Stein mit einem höheren Gehalt an Platinmetallen
und Gold können Sulfide mit einem so niedrigen Gehalt an Edelmetallen wie in dein
Beispiel nur erzeugt werden durch Erhöhung des Anteils der Metallegierung im Stein.
Bei Stein mit sehr hohem Platin- und Goldgehalt, d. h. mit mehr als etwa
31 bis 310 9; "t Platinmetallen und Gold, ist es in vielen Fällen wirtschaftlicher,
zwei oder mehrere aufeinanderfolgende Behandlungen des Steins durchzuführen. Bei
jeder Behandlung ist daher der Schwefelgehalt zu regulieren, um zu erreichen, daß
das ungebundene Metall io bis 2o"/, des Steins beträgt. In niedrigprozentigem Stein,
d. h. in Stein mit weniger als 15 g/t Platinmetall und Gold, beträgt die
gewünschte Menge metallischer Bestandteile im Stein nur 5 oder sogar nur
301",.
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Gewisse Steine mit verhältnismäßig hohem Kupfer-und niedrigem Nickelgehalt
bilden zwei unmischbare, flüssige Phasen und erstarren in einer sulfidischen Kopfschicht
und einer metallischen Bodenschicht. Steine, die fast ganz aus Kupfer und Schwefel
bestehen, zeigen die Unvermischbarkeit zwischen 3 und 18 0/, Schwefel. Bei
steigendem Nickelgehalt nimmt der Schwefelbereich zur Erzielung die,-er Unvermischbarkeit
ab und verschwindet bei 26 bis 28 1/, Nickel und etwa 1:2
ö!. Schwefel. Falls ein Stein eine solche Zusammensetzung aufweist, daß die
metallische Bodenschicht im flüssigen Zustand unmischbar mit der sulfidischen Kopfschicht
wird, werden einige der Platinmetalle und Gold in der metallischen Bodenschicht
konzentriert. Falls die Abkühlung, wie vorstehend beschrieben, langsam durchgeführt
wird, enthält die sulfidische Kopfschicht noch einen metallischen Teil, worin der
Rest der Platinmetalle und Gold weitgehend konzentriert ist, und diese Kopfschicht
kann dann fein zerkleinert und zur Gewinnung der in dem metallischen Teil enthaltenen
Edelmetalle weiterbehandelt werden. Die metallische Bodenschicht kann von der sulfidischen
Kopfschicht entweder im flüssigen Zustand vor der langsamen Abkühlung oder im festen
Zustand nach der langsamen Abkühlung getrennt werden.
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Wenn ein Kupfer-Nickel-Stein arm an Platinmetallen und Gold ist und
eine metallische Bodenschicht bildet, kann genügend Edelmetall in der metallischen
Bodenschicht gewonnen werden, um die Behandlung der sulfidischen Kopfschicht nach
der vorliegenden Erfindung unwirtschaftlich zu machen. Bei der Behandlung von Stein,
der so reich an diesen Metallen ist, daß eine zufriedenstellende Gewinnung und ein
befriedigendes Konzentrationsverhältnis nicht in einem einzelnen Arbeitsvorgang
nach dem Bottoms-Prozeß erreicht wird, kann die vorliegende Erfindung dagegen mit
Erfolg angewendet werden.
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Es wurde festgestellt, daß die nach der vorliegenden Erfindung angewendete
langsame Abkühlung die Bildung von unmischbaren flüssigen Schichten beeinträchtigt
und daß Stein mit mehr als 20'/, Schwefel bei langsamer Abkühlung solche Schichten
bildet, wenn der Nickelgehalt geringer ist als 15 0/,. Normalerweise
(d. h. ohne langsame Abkühlung) ist der Bottoms-Prozeß nur anwendbar bei
Stein von 1 bis 1807 "0
Schwefelgehalt.
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Bei der Gewinnung der Edelmetalle aus dem metallischen Teil des abgekühlten
Steins kann dieser Teil vorteilhafterweise mit Schwefel oder schwefelhaltigem Material
behandelt werden zwecks Umwandlung eines
Teils, vorzugsweise 8o
bis go "/" des Kupfers und Nickels in Sulfide. Dies kann durch Schmelzen des metallischen
Teils des Steins und Beigabe von Schwefel erfolgen. Es empfiehlt sich jedoch, als
Schwefelquelle Rohstein zu verwenden, der direkt aus dem Flammofen kommt, und ihn
zusammen mit dein metallischen Teil einer Bessemer-Behandlung zu unterziehen zwecks
Entfernung von Eisen.
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Das Produkt ist ein an Edelmetallen reicher Stein als der ursprüngliche
und kann in der gleichen Weise behandelt werden wie dieser, d. h., er wird
langsam aus dem Schmelzzustand abgekühlt und fein zerkleinert und der metallische
Teil magnetisch getrennt. Dieser Teil enthält gewöhnlich eine genügend starke Konzentration
von Platinmetallen und Gold für eine wirtschaftliche Gewinnung. Wenn jedoch die
Konzentration dieser Metalle nach der zweiten Behandlung noch nicht hoch genug ist,
kann der metallische Teil nochmals ausgeschwefelt, langsam abgekühlt und so behandelt
werden, wie es in Verbindung mit der Behandlung des Rohsteins beschrieben wurde.