FI122530B - Menetelmä kahden nikkelikiven liuottamiseksi - Google Patents

Abstract

Keksintö koskee kahden pyrometallurgisesti valmistetun nikkelikiven useampivaiheista hydrometallurgista liuotusmenetelmää. Menetelmässä runsaasti rautaa sisältävää metallista nikkelikiveä liuotetaan atmosfäärisissä olosuhteissa (11), suoritetaan neste/kiintoaine-erotus (12), erotettua kiintoainetta liuotetaan edelleen paineliuotuksella (13) ja erotetusta liuoksesta poistetaan rautaa saostamalla se erillisessä raudanpoistossa (7). Raudanpoistoon voidaan johtaa liuosta myös sulfidisen nikkelikiven liuotuspiirin sellaisesta vaiheesta (6), jossa rauta on liukoisessa muodossa. Keksinnön avulla voidaan parantaa arvometallien ja erityisesti jalometallien, kuten kullan, hopean, platinan ja palladiumin, talteensaantia taloudellisesti hyödynnettäväksi kiintoaineeksi.

Description

MENETELMÄ KAHDEN NIKKELIKIVEN LIUOTTAMISEKSI Selitys

Keksinnön ala 5 Keksintö liittyy nikkelimetallurgiaan ja kohdistuu kahden pyrometallurgisesti valmistetun nikkelikiven useampivaiheiseen hydrometallurgiseen liuotusmenetel-mään.

Tekniikan taso

Nikkeliä valmistetaan sulfidipohjaisesta nikkelimalmista yleensä siten, että malmi 10 rikastetaan, rikasteesta valmistetaan pyrometallurgisesti nikkelikiveä, josta nikkeli liuotetaan hydrometallurgisesti, liuos puhdistetaan ja nikkeli talteenotetaan liuoksesta pelkistämällä metalliksi talteenottoelektrolyysillä ja/tai vetypelkistyksellä. Rikaste sisältää yleensä merkittävästi rautaa, ja sen pitoisuus nikkelikivessä olisi saatava pieneksi. Pyrometallurgisessa käsittelyssä rikaste yleensä ensin sulate-15 taan esimerkiksi liekkisulatusuunissa, jolloin saadaan vähän rautaa sisältävää sul-fidista nikkelikiveä ja runsaasti rautaa sisältävää kuonaa. Nikkelin ja muiden arvo-metallien talteensaannin parantamiseksi kuona pelkistetään esimerkiksi sähköuunissa, jolloin saadaan runsaasti rautaa sisältävää metallista nikkelikiveä ja jäte-kuonaa.

20 Julkaisusta Fl 98073 tunnetaan eräs hydrometallurginen prosessi, jossa käytetään lähtöaineena sekä vähän rautaa sisältävää nikkelikiveä (erityisesti liekkisulatus- eli LSU-kiveä) että runsaasti rautaa sisältävää nikkelikiveä (erityisesti sähköuuni- eli o SU-kiveä). LSU-kivi liuotetaan kolmivaiheisella vastavirtaperiaatteella toimivalla cnj prosessilla. Ensimmäisen vaiheesta saatava liuos johdetaan nikkelin talteenottoon.

^ 25 Toisesta vaiheesta saatava liuos johdetaan ensimmäiseen vaiheeseen. Kolman- nesta vaiheesta saatava liuos johdetaan SU-kiven liuotuspiiriin, ja siitä saatava ί liuos johdetaan johonkin LSU-kiven liuotusvaiheeseen. SU-kiven liuotuksessa nik- £ kelikiven sisältämä rauta poistetaan saostamalla se liuotusjäännökseen esimerkik-

Eo si jarosiittina. Edellä kuvatun prosessin ongelmana on kuitenkin se, että SU-kiven 5 30 liuotuspiirin liuotusjäännökseen päätyy liukenematta jäänyt nikkeli, muita liukene-

CNJ

matta jääneitä arvometalleja sekä SU-kiven sisältämät jalometallit. SU-kiven liuo-tusjäännöksen jatkoprosessointi ei yleensä ole korkean rautapitoisuuden ja muiden epäpuhtauksien takia taloudellisesti kannattavaa.

2

Edellä esitetyn kaltainen kahden nikkelikiven liuotukseen soveltuva hydrometallur-ginen prosessi kuvataan myös julkaisussa US 6206951B1. Myös tässä menetelmässä metallisen nikkelikiven sisältämä rauta poistetaan saostamalla se liuotusprosessin yhteydessä, jolloin liukenemattomien arvo- ja jalometallien talteenotto 5 liuotusjäännöksestä ei yleensä ole korkean rautapitoisuuden takia taloudellisesti kannattavaa.

Julkaisussa US 4571262 kuvatussa prosessissa nikkelikivi liuotetaan ensin atmo-sfäärisesti olosuhteissa, joissa rauta ja nikkeli liukenevat ja kupari saostuu. Atmo-sfääriliuotuksen neste/kiintoaine-erotuksen jälkeen kiintoaine johdetaan paineliuo-10 tukseen ja liuos nikkelin ja koboltin talteenottoon, jossa rauta jää yhä liuokseen. Paineliuotuksessa liuotetaan kiintoaineesta kupari ja liuotusjäännökseen jäävät jalometallit. Kuvattu menetelmä on suunniteltu erityisesti sulfidisen nikkelikiven liuotukseen, eikä se sovellu hyvin metallisen runsaasti rautaa sisältävän kiven proses-soimiseen.

15 Eräs menetelmä runsaasti rautaa sisältävän sulfidisen nikkelikiven prosessoimi-seksi kuvataan julkaisussa US 3962051. Menetelmässä nikkelikivi liuotetaan kolmivaiheisella atmosfääriliuotuksella ja sen jälkeen paineliuotuksella. Ensimmäisen atmosfääriliuotusvaiheessa kivestä liuotetaan rikkihapon avulla ilman hapen syöttöä mahdollisimman paljon rautaa ja liuos johdetaan neste/kiintoaine-erotuksen 20 jälkeen raudanpoistoon. Paineliuotuksen jälkeinen liuotusjäännös sisältää kiven jalometallit. Tämäkään menetelmä ei kuitenkaan sovellu hyvin metallisen nikkelikiven liuotukseen, koska se muodostaa ensimmäisen atmosfääriliuotuksen olosuhteissa voimakkaasti räjähdysvaarallisia vety- ja rikki vety kaasuja.

Julkaisussa W02009/153409 A1 kuvataan kahden pyrometallurgisesti valmistetun ^ 25 nikkelikiven liuotukseen kehitetty prosessi, jossa enemmän rautaa sisältävän nik- w kelikiven liuos ja liuotusjäännös prosessoidaan yhdessä vähemmän rautaa sisäl- i ™ tävän nikkelikiven kanssa ensin atmosfääriliuotuksella ja sitten kaksivaiheisella paineliuotuksella. Prosessin liuotusjäännös sisältää vain vähän rautaa ja liukene-x matta jääneet jalometallit. Prosessissa rauta joudutaan poistamaan saostamalla 30 se prosessin päävirrasta liuotuksen jälkeen, mikä tekee vaiheen prosessilaitteista S suuria tarvittavan viiveajan aikaansaamiseksi.

m o o Keksinnön yleinen kuvaus

CM

Nyt on keksitty patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa kahdesta pyrometallurgisesti valmistetusta nikkelikivestä runsaasti rautaa, tyypillisesti yli 9 pai 3 no-%, sisältävä metallinen nikkelikivi (SU-kivi) liuotetaan kahdessa vaiheessa: ensin atmosfääriliuotuksella ja sitten paineliuotuksella. Niiden välissä suoritetaan neste/kiintoaine-erotus.

Vähän rautaa, tyypillisesti enintään 9 paino-%, sisältävä sulfidinen nikkelikivi (LSU-5 kivi) liuotetaan parhaiten ensin kaksivaiheisella atmosfääriliuotuksella ja sitten paineliuotuksella kahdessa vaiheessa. Kaikkien vaiheiden välissä suoritetaan neste/kiintoaine-erotus.

Metallisella nikkelikivellä tarkoitetaan pyrometallurgisesti valmistettua sulatuskiveä, jossa suurin osa metallisisällöstä on metallisina komponentteina, kuten esimerkiksi 10 elementtinikkelinä Ni°, -kuparina Cu° ja -rautana Fe° sekä näiden metallien seoksina (lejeerinki). Metallisen nikkelikiven rikkipitoisuus on tyypillisesti alle 15 %. Eri metallien ja epäpuhtauksien pitoisuudet voivat vaihdella runsaastikin, mutta nikkelin, kuparin ja raudan yhteenlaskettu paino-osuus on kuitenkin tyypillisesti yli 80 %.

Sulfidisella nikkelikivellä tarkoitetaan pyrometallurgisesti valmistettua sulatuskiveä, 15 jossa suurin osa metallisisällöstä on sulfidisina komponentteina, kuten esimerkiksi nikkelisulfidina Ni3S2, kuparisulfidina Cu2S ja nikkelirautasulfidina (Ni,Fe)9S8. Sulfi-disen nikkelikiven rikkipitoisuus on tyypillisesti 15-25 %. Eri metallien ja epäpuhtauksien pitoisuudet voivat vaihdella runsaastikin, mutta nikkelin, kuparin ja raudan yhteenlaskettu paino-osuus on kuitenkin tyypillisesti yli 60 %.

20 Keksinnön avulla on mahdollista parantaa runsaasti rautaa sisältävän metallisen nikkelikiven nikkelin, muiden arvometallien ja jalometallien talteensaantia. Metallisen nikkelikiven atmosfääriliuotuksessa voidaan liuottaa rauta mahdollisimman täydellisesti. Atmosfääriliuotuksessa liukenematta jäänyt kiintoaine johdetaan nes-te-kiintoaine-erotuksen jälkeen paineliuotukseen. Paineliuotuksen jälkeen saatava o 25 metallisen nikkelikiven liuotusjäännös sisältää mahdollisimman vähän rautaa, jol- <n loin siitä on taloudellisesti kannattavaa ottaa talteen liukenematta jääneet arvo- ja jalometallit, kuten kupari, kulta, hopea, palladium, platina ja rhodium. Tämä mah-^ dollistaa myös runsaammin jalometalleja sisältävän rikasteen taloudellisen hyväkin sikäytön.

jo 30 Liukeneminen on edullista viedä mahdollisimman pitkälle jo atmosfääriliuotusvai- ° heessa riittävän suurella viiveellä, nikkelin suhteen laimealla lähtöliuoksella ja kor-

O

kealla happo/kivisyöttösuhteella. Tarkoituksena on liuottaa kaikki kiven sisältämä metallinen faasi. Suurin osa metallisen nikkelikiven sisältämästä raudasta on edullista liuottaa ja pitää liuenneena jo atmosfäärisessä liuotusvaiheessa. Rajoittamalla 4 hapen syöttöä ja pitämällä liuos riittävän happamana, pH edullisesti alle 1,5, voidaan rauta pitää liuenneena ja siirtää se saostettavaksi erillisessä vaiheessa. At-mosfääriliuotukseen on kuitenkin syytä syöttää riittävästi happea räjähdysvaarallisten vety- ja rikkivetykaasujen välttämiseksi.

5 Atmosfääriliuotuksen jälkeen suoritetaan neste/kiintoaine-erotus. Erotettu liuos johdetaan erilliseen raudanpoistoon. Raudanpoistoon voidaan lisäksi johtaa liuosta sulfidisen nikkelikiven liuotuspiirin sellaisesta vaiheesta, jossa rauta on liukoisessa muodossa. Rauta poistetaan saostamalla se edullisesti korotetussa lämpötilassa, jossa rauta saadaan saostetuksi happopitoisesta väkevästä nikkelisulfaattiliuok-10 sesta jarosiittina alhaisella nikkelin kerasaostumisasteella. Raudan saostuksen jälkeen suoritetaan edullisesti neste/kiintoaine-erotus. Erillisen raudanpoiston jälkeen liuos voidaan johtaa sulfidisen nikkelikiven liuotuspiiriin.

Atmosfääriliuotuksen jälkeen erotettu kiintoaine ohjataan paineliuotukseen. Paine-liuotusvaiheessa liuotetaan kiven sulfidiset komponentit. Myös kupari liukenee. 15 Paineliuotuksen jälkeen suoritetaan edullisesti neste/kiintoaine-erotus. Erotettua liuosta käytetään edullisesti sulfidisen nikkelikiven liuottamiseen. Erotettu liuotus-jäännös sisältää kiven mukana tulevat jalometallit ja vain vähän rautaa. Metallisen nikkelikiven paineliuotus voidaan suorittaa myös yhdessä sulfidisen nikkelikiven liuotuspiirin viimeisen paineliuotuksen kanssa.

20 Metallisen nikkelikiven liuotusjäännös ja sulfidisen nikkelikiven liuotusjäännös voidaan erottaa prosessista erillisinä kiintoaineina, jotka sisältävät kivien sisältämät jalometallit ja liukenemattomat arvometallit. Vaihtoehtoisesti liuotusjäännökset voidaan erottaa prosessista yhteisellä neste/kiintoaine-erotuksella kiintoaineena, joka sisältää molempien kivien sisältämät jalometallit ja liukenemattomat arvometallit.

o 25 Liuotuksissa käytetään liuottimena nikkelin talteenottoelektrolyysistä saatavaa cvi anolyyttiä tai muuta rikkihappoa sisältävää liuosta.

CD

Keksinnön eräiden suoritusmuotojen yksityiskohtainen kuvaus

X

CL

Seuraavassa keksinnön eräitä suoritusmuotoja kuvataan vielä yksityiskohtaisesti, δ Kuvaukseen liittyy piirustus, jossa kuviot 1, 2 ja 3 esittävät nikkelin liuotusproses- o 30 seja kaavioina, δ

CM

Kuvion 1 mukaisessa prosessissa liekkisulatusuunista saatava LSU-kivi jauhetaan hienojakoiseksi ja johdetaan ensimmäiseen atmosfääriseen liuotukseen 1. Tässä vaiheessa osa kiven sisältämästä nikkelistä liukenee liuoksen sisältämän hapon ja 5 vaiheeseen syötettävän hapen vaikutuksesta. Liuoksen neutraloituessa sen sisältämät kupari ja rauta saostuvat. Ensimmäisen liuotusvaiheen jälkeen pH on tyypillisesti yli 4,5. Sen jälkeen on ensimmäinen neste/kiintoaine-erotus 2. Siitä saatava liuos (ns. PLS-liuos) johdetaan liuospuhdistuksen kautta nikkelin talteenottoon ja 5 kiintoaine toiseen atmosfääriseen liuotukseen 3, jossa nikkelin liukeneminen jatkuu happamammissa olosuhteissa. Toiseen liuotusvaiheeseen syötetään happea ja anolyyttiä. Toisen vaiheen jälkeen LSU-kiven sisältämästä nikkelistä lähes puolet on liuennut.

Toisen atmosfäärisen liuotuksen jälkeen on toinen neste/kiintoaine-erotus 4. Siitä 10 saatava liuos johdetaan ensimmäiseen atmosfääriliuotukseen 1 ja kiintoaine ensimmäiseen paineliuotukseen 5. Tähän vaiheeseen syötetään anolyyttiä ja kupari-pitoista nikkelisulfaattiliuosta myöhemmästä paineliuotusvaiheesta. Korotetussa lämpötilassa kiven nikkeli ja rauta liukenevat ja kupari saostuu sulfidimuodossa. Tämän vaiheen jälkeen yli 80 % LSU-kiven sisältämästä nikkelistä on liuennut. 15 Sen jälkeen on kolmas neste/kiintoaine-erotus 6. Siitä saatava liuos johdetaan erilliseen raudan poistoon 7 ja kiintoaine toiseen paineliuotukseen 8. Tässä vaiheessa liuotetaan korotetussa lämpötilassa edeltävän paineliuotusvaiheen tarvitsema kupari ja loput nikkelistä syöttämällä vaiheeseen happea ja anolyyttiä. Vaiheen jälkeen on neljäs neste/kiintoaine-erotus 9, josta saatava liuos johdetaan ensimmäi-20 seen paineliuotukseen ja josta kiintoaineena saadaan kuparipitoista sakkaa, joka sisältää myös LSU-kiven sisältämät jalometallit ja liukenemattomat arvometallit.

Sähköuunista saatava SU-kivi jauhetaan hienojakoiseksi ja johdetaan atmosfääriseen SU-liuotukseen 11. Siinä käytetään liuottimena talteenottoelektrolyysistä saatavaa anolyyttiä. Tässä vaiheessa liuotetaan kaikki kiven sisältämä metallinen faa-25 si. Rajoittamalla hapen syöttöä ja pitämällä liuos riittävän happamana, pH edulli-5 sesti alle 1,5, voidaan rauta pitää liuenneena ja siirtää se saostettavaksi erilliseen , raudanpoistoon. Atmosfääriliuotukseen syötetään sen verran happea, että välte- v tään räjähdysvaarallisten vety- ja rikkivetykaasujen muodostuminen. Atmosfääri-

CD

<- sen vaiheen jälkeen on ensimmäinen SU-neste/kiintoaine-erotus 12. Siitä saatava a 30 liuos johdetaan erilliseen raudanpoistoon 7 ja kiintoaine SU-paineliuotukseen 13.

SU-paineliuotuksessa liuotetaan korotetussa lämpötilassa SU-kiven sisältämät sul-c3 fidiset nikkeli- ja kuparikomponentit syöttämällä vaiheeseen happea ja anolyyttiä.

° Vaiheen jälkeen on toinen SU-neste/kiintoaine-erotus 14. Siitä saatava liuos joh-

O

^ detaan LSU-kiven toiseen atmosfääriseen liuotukseen 3. Erottuva liuotusjäännös, 35 SU-sakka, sisältää SU-kiven jalometallit ja liukenemattomat arvometallit.

6

Eri liuotusvaiheissa voidaan hapen sijasta käyttää myös ilmaa tai hapen ja ilman seosta. Myös anolyyttiä voidaan korvata tarvittaessa rikkihapolla.

Erilliseen raudanpoistoon 7 johdetaan rautapitoiset nikkelisulfaattiliuokset LSU-kiven liuotuksen kolmannesta neste/kiintoaine-erotuksesta 6 ja SU-kiven liuotuk-5 sen ensimmäisestä SU-neste/kiintoaine-erotuksesta 12. Raudanpoistossa rautaa saostetaan jarosiittina korotetussa lämpötilassa syöttämällä happea. Raudanpoistoon voidaan syöttää jarosiitin muodostumisen edistämiseksi vastaioneja, kuten natriumia, kaliumia tai ammoniumia jonain niiden yhdisteenä. Vaiheen jälkeen on neste/kiintoaine-erotus 10, josta saatava liuos johdetaan toiseen atmosfääriliuo-10 tukseen ja josta kiintoaineena saadaan rautasakkaa. Liuos sisältää happoa ja sitä voidaan anolyytin sijasta syöttää myös muihin liuotusvaiheisiin.

Myös raudanpoistossa voidaan hapen sijasta käyttää myös ilmaa tai hapen ja ilman seosta.

Kuvion 2 prosessi eroaa kuvion 1 prosessista vain siinä, että SU-paineliuotuksesta 15 13 liete johdetaan LSU-kiven liuotuksen neljänteen neste/kiintoaine-erotukseen 9.

Tällöin kuparisakka sisältää myös SU-kiven jalometallit ja liukenemattomat arvo-metallit.

Kuvion 3 prosessi eroaa kuvion 1 prosessista siten, että SU-paineliuotus toteutetaan yhdessä LSU-kiven liuotuksen toisen paineliuotuksen kanssa, ohjaamalla 20 kiintoaine ensimmäisestä SU-neste/kiintoaine-erotuksesta 12 LSU-kiven toiseen paineliuotukseen 8. Tässäkin kytkennässä neste/kiintoaine-erotuksesta 9 saatava kuparisakka sisältää myös SU-kiven jalometallit ja liukenemattomat arvometallit.

O

CM

CM

CD

x

X

CL

LO

CO

LO

o δ

CM

7

Patenttivaatimukset 1. Menetelmä kahden pyrometallurgisesti valmistetun nikkelikiven liuottamiseksi, joista nikkelikivistä toinen on metallista nikkelikiveä, jossa suurin osa metallisi-sällöstä on metallisina komponentteina, ja toinen sulfidista nikkelikiveä, jossa suu- 5 rin osa metallisisällöstä on sulfidisina komponentteina, ja joista metallinen nikkeli-kivi sisältää enemmän rautaa kuin sulfidinen nikkelikivi, siten että kumpikin nikkeli-kivi johdetaan liuotettavaksi omaan liuotuspiiriinsä, tunnettu siitä, että metallista nikkelikiveä liuotetaan atmosfäärisessä liuotusvaiheessa (11), minkä jälkeen suoritetaan neste/kiintoaine-erotus (12), erotettua kiintoainetta liuotetaan paineliuotuk-10 sella (13; 8), erotetusta liuoksesta saostetaan rautaa erillisessä raudan poistossa (7) ja että erillisen raudanpoiston jälkeen liuos johdetaan sulfidisen nikkelikiven liuotuspiiriin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että metallisen nikkelikiven liuotusjäännös ja sulfidisen nikkelikiven liuotusjäännös erotetaan pro- 15 sessista erillisinä kiintoaineina, jotka sisältävät kivien sisältämät jalometallit ja liukenemattomat arvometallit.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että metallisen nikkelikiven ja sulfidisen nikkelikiven liuotusjäännökset erotetaan prosessista yhteisellä neste/kiintoaine-erotuksella kiintoaineena, joka sisältää molempien kivi- 20 en sisältämät jalometallit ja liukenemattomat arvometallit.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että metallisen nikkelikiven paineliuotus suoritetaan yhdessä sulfidisen nikkelikiven liuotuspiirin viimeisen paineliuotuksen kanssa.

5 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ^ 25 metallisen nikkelikiven rautapitoisuus on yli 9 paino-%.

i ω 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että x sulfidisen nikkelikiven rautapitoisuus on enintään 9 paino-%.

CL

m co io o δ c\i