FI127281B - Method of separating metals - Google Patents

Method of separating metals Download PDF

Info

Publication number
FI127281B
FI127281B FI20165207A FI20165207A FI127281B FI 127281 B FI127281 B FI 127281B FI 20165207 A FI20165207 A FI 20165207A FI 20165207 A FI20165207 A FI 20165207A FI 127281 B FI127281 B FI 127281B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
metals
precipitate
metal
borate
temperature
Prior art date
Application number
FI20165207A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI20165207A (en
Inventor
Vesa Rissanen
Original Assignee
Global Ecoprocess Services Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Global Ecoprocess Services Oy filed Critical Global Ecoprocess Services Oy
Priority to FI20165207A priority Critical patent/FI127281B/en
Priority to PCT/FI2017/050148 priority patent/WO2017153634A1/en
Publication of FI20165207A publication Critical patent/FI20165207A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI127281B publication Critical patent/FI127281B/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B35/00Boron; Compounds thereof
    • C01B35/08Compounds containing boron and nitrogen, phosphorus, oxygen, sulfur, selenium or tellurium
    • C01B35/10Compounds containing boron and oxygen
    • C01B35/12Borates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/58Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds
    • C02F1/62Heavy metal compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B3/00Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes
    • C22B3/20Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching
    • C22B3/44Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching by chemical processes
    • C22B3/46Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching by chemical processes by substitution, e.g. by cementation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00General methods of reducing to metals
    • C22B5/02Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
    • C22B5/06Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes by carbides or the like
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00General methods of reducing to metals
    • C22B5/02Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
    • C22B5/10Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes by solid carbonaceous reducing agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/02Refining by liquating, filtering, centrifuging, distilling, or supersonic wave action including acoustic waves
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

In a method for separating metals from metal borate precipitates obtained from recovering metals from solutions, solid metal borate precipitate is heated under reducing conditions to a temperature at which the metal is separated from the precipitate in molten state, and the melt is separated from the remaining solid material.

Description

Monet prosessit synnyttävät nesteitä, joissa metallit ovat liuenneessa muodossa. Tällaisia prosesseja ovat monenlaiset prosessit, joissa käsitellään kiinteässä olomuodossa olevia metalleja tai metallipitoisia kiinteitä aineita. Tuloksena on usein jätteiksi luokiteltavia nestemäisiä aineita, joissa metallit ovat liuenneina, esimerkiksi jonkun suolan muodossa. Tarkoituksella suoritettujen käsittelyprosessien lisäksi tällaisia jätteitä voi syntyä metallien tai metallipitoisten aineiden joutuessa muuten kosketuksiin nesteiden kanssa.Many processes generate liquids in which metals are in dissolved form. Such processes include a variety of processes involving the treatment of solid state metals or metallic solids. The result is often liquid substances classified as waste in which the metals are dissolved, for example in the form of a salt. In addition to purposeful treatment processes, such wastes may be generated when metals or metallic substances are otherwise in contact with liquids.

Tällaisten nesteiden puhdistusta metalleista, joista monet (esimerkiksi raskasmetallit) ovat terveydelle tai ympäristölle haitallisia, vaikeuttaa niiden pieni pitoisuus tai muut liuoksessa läsnäolevat aineet. On esimerkiksi käytetty ioninvaihtoa, joissa haitallinen metallikationi vaihdetaan harmittomaan kationiin. Tällaiset ioninvaihtosovellukset ovat kuitenkin kalliita.The purification of such fluids from metals, many of which (for example, heavy metals) are harmful to health or the environment, is hindered by their low concentration or other substances present in the solution. For example, ion exchange has been used in which the harmful metal cation is replaced by a harmless cation. However, such ion exchange applications are expensive.

Lisäksi tunnetaan menetelmiä, joissa liuennut metalli saostetaan liuoksesta sopivalla kemikaalilla, joka sisältää anionia, joka muodostaa kyseisen metallikationin kanssa liukenemattoman suolan. Vesienpuhdistuksessa tunnetaan monia saostuskemikaaleja, jotka perustuvat esimerkiksi hydroksideihin, jotka saostavat metalleja liukenemattomina hydroksideina. Näiden toimivuus on kuitenkin riippuvainen muista olosuhteista, kuten veden sisältämistä muista aineista ja esimerkiksi pH.sta.In addition, methods are known for precipitating a dissolved metal from a solution with a suitable chemical containing an anion which forms an insoluble salt with the metal cation. Many precipitation chemicals are known in water purification, for example based on hydroxides, which precipitate metals as insoluble hydroxides. However, their functionality depends on other conditions, such as other substances in the water and, for example, pH.

Kansainvälisestä julkaisusta WO2014/076375 tunnetaan menetelmä muodostaa metalleista pysyviä saostumia booriyhdisteiden avulla. Menetelmässä metallien saostukseen käytetään hydroksidia yhdessä booriyhdisteen, esimerkiksi booraksin tai boorihapon kanssa, jolloin saadaan niukkaliukoista boraattia, johon metalli on sitoutunut. Saostus tapahtuu lisäämällä metalleita sisältävään nesteeseen ensin booriyhdistettä riittävä määrä, ja tämän jälkeen nesteen pH:ta nostetaan vähitellen lisäämällä alkalista yhdistettä, jonka mukana tulee hydroksidi-ioneja. Eri metalleja voidaan erottaa toisistaanFrom International Publication WO2014 / 076375 there is known a method for forming stable metal precipitates by means of boron compounds. In the process, hydroxide is used in the precipitation of metals together with a boron compound, for example borax or boric acid, to give a sparingly soluble borate to which the metal is bound. Precipitation occurs by first adding a sufficient amount of the boron compound to the metal-containing fluid, and then gradually increasing the pH of the liquid by adding an alkaline compound which contains hydroxide ions. Different metals can be separated

20165207 prh 11 -03- 2016 erottamalla tietyssä saostus-pH:ssa saatu saostuma ennen pH:n nostoa seuraavan metallin saostumisalueelle.20165207 prh 11 -03-2016 by separating the precipitate obtained at a specific precipitation pH before raising the pH to the precipitation region of the following metal.

Kansainvälisessä julkaisussa WO2015/036658 on esitetty tapa suorittaa 5 kahden tai useamman metallin saostus metalliboraatteina käyttämällä hyväksi pH:n noston seurauksena syntyviä saostusytimiä.International Publication No. WO2015 / 036658 discloses a method for carrying out the precipitation of two or more metals as metal borates by utilizing the precipitation cores produced by raising the pH.

Menetelmää voidaan käyttää metallien loppusijoitukseen pysyvänä saostumana, erityisesti vahingollisten raskasmetallien tapauksessa. Tässä tapauk10 sessa metalli ei ole enää käytettävissä. On kuitenkin tarvetta ottaa myös metalleita talteen erilaisista jäteliuoksista ja muista nesteistä siten että ne saadaan metallisina ja mahdollisesti vielä toisistaan erotellen.The method can be used for the final deposition of metals, especially in the case of harmful heavy metals. In this case, the metal is no longer available. However, there is also a need to recover metals from various waste solutions and other liquids so that they can be recovered as metals and possibly separated.

Wang G. et al. esittävät artikkelissa ’’New Separation Method of Boron andWang G. et al. in the article '' New Separation Method of Boron and

Iron from Ludwigite Based on Carbon Bearing Pellet Reduction and Melting Technology”, ISIJ International, Vol. 52 (2012), No. 1, pp. 45-51 raudan erotuksen luonnossa esiintyvästä ludwigiittimalmista hiilellä pelkistämällä. Rauta ja boori ovat malmissa eri mineraaleissa, ja tarkoitus on nostaa booripitoisuutta erottamalla malmissa magnetiittimineraalin muodossa oleva rauta.Iron from Ludwigite Based on Carbon Bearing Pellet Reduction and Melting Technology ”, ISIJ International, Vol. 52 (2012), no. 1, p. 45-51 separation of iron from naturally occurring ludwigite ore by carbon reduction. Iron and boron are present in different minerals in the ore, and the purpose is to increase the boron content by separating the iron in the form of a magnetite mineral.

Menetelmällä saadaan sula metallinen rautajae ja booririkas kuona, jota voidaan käyttää booriteollisuuden raaka-aineena.The process yields a molten metal iron fraction and a boron rich slag that can be used as a raw material for the boron industry.

Keksinnön tarkoituksena on esittää menetelmä metallien ottamiseksi talteen liukenemattomina metallimuodossa lähtien boraattisaostumista siten, että ne voidaan ottaa talteen siitä suoraan ilman kemiallisten välituotteiden muodostamista. Keksinnön tarkoituksena on myös mahdollistaa metallien kierrätys. Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.It is an object of the invention to provide a process for recovering metals insoluble in the metal form starting from borate precipitation so that they can be recovered directly therefrom without formation of chemical intermediates. Another object of the invention is to enable the recycling of metals. To accomplish this purpose, the method according to the invention is essentially characterized in what is set forth in the characterizing part of the appended claim 1.

Menetelmässä boraattisaostumasta erotetaan yksi tai useampi metalli kuumentamalla pelkistävissä olosuhteissa. Pelkistimenä voidaan käyttää esimerkiksi hiiltä, joka on tunnettu pelkistin.In the process, one or more metals are separated from the borate precipitate by heating under reducing conditions. For example, carbon, which is a known reducing agent, can be used as the reducing agent.

Kuumennusmenetelmää voidaan käyttää yhden metallin erottamiseen tai kahden tai useamman metallin erottamiseen boraattisaostumasta. Kun useitaThe heating process can be used to separate one metal or two or more metals from a borate precipitate. After several

20165207 prh 11 -03- 2016 metalleja erotetaan saostumasta, ne voidaan erottaa käyttämällä hyväksi niiden eri sulamislämpötiloja niin, että kukin metalli saadaan talteen sulana sille ominaisessa sulamislämpötilassa nostamalla saostuman lämpötilaa. Huomionarvoista on se, että erottelumenetelmässä metalliboraatteina metallien sulamislämpötilat, joissa ne voidaan erottaa, ovat matalammat kuin vastaavilla puhtailla metalleilla.20165207 prh 11 -03-2016 metals are separated from the precipitate, they can be separated by utilizing their different melting temperatures so that each metal is recovered molten at its characteristic melting temperature by increasing the precipitation temperature. It is noteworthy that in the separation process, as metal borates, the melting points of the metals at which they can be separated are lower than those of the corresponding pure metals.

Kuumennettaessa metallit muodostavat herkästi oksideita boraattien sisältämän hapen johdosta. Saostumasta erottuvien metallien hapettumisen estämiseksi käytetään pelkistintä, joka hapettuu metallien sijasta.When heated, metals are sensitive to oxides due to oxygen in the borates. To prevent the oxidation of the precipitated metals, a reducing agent is used which oxidizes instead of the metals.

Metallien erotuksen jälkeen lämpötilan nostoa jatketaan 1300 asteeseen, jolloin sakan jäänteen kiinteytyvät kuonaksi. Kuona on liukenematonta ja se voidaan poistaa pysyvänä jätteenä.After separation of the metals, the temperature is raised to 1300 degrees, whereupon the precipitate solidifies into slag. The slag is insoluble and can be disposed of as permanent waste.

Käytännössä menetelmä voidaan toteuttaa siten, että boraattisaostuma sijoitetaan lämpötilaltaan säädettävään uuniin sopivaan upokkaaseen tai vastaavan kaltaiseen säiliöön, ja uunin lämpötilaa nostetaan. Uunin lämpötila on edullisesti nostettavissa ennalta määrätyllä lämpötila-aika-ohjelmalla, eli lämpötila nousee halutulla tavalla ajan funktiona. Erityisesti lämpötilaa voidaan pitää kerrallaan tietyssä arvossa pidemmän aikaa, jos tässä lämpötilassa tapahtuu tietyn metallin erottuminen sulana.In practice, the process may be carried out by placing the borate precipitate in a suitable crucible or the like in a temperature controlled oven and raising the temperature of the oven. Preferably, the furnace temperature can be increased by a predetermined temperature time program, i.e. the temperature increases as desired over time. In particular, the temperature may be held at a certain value for a longer period of time if at that temperature a particular metal is molten.

Teollisessa mittakaavassa kysymykseen tulee lämpötilaltaan säädettävä sulatusuuni, jonka sisälle sakka sijoitetaan. Uunin pohjaosassa on poistoyhde yhden tai useamman erottuvan metallin poistamiseksi sulana.On an industrial scale, it is a temperature-controlled melting furnace in which the precipitate is placed. The bottom of the furnace has a discharge connection for molten removal of one or more distinctive metals.

Boraattisaostuma voi olla peräisin metallien talteenotosta liuoksista käyttäen hyväksi esimerkiksi edellä mainituissa julkaisuissa WO2014/076375 jaThe borate precipitate may be derived from the recovery of metals from solutions utilizing, for example, the aforementioned WO2014 / 076375 and

WO2015/036658 esitettyä periaatetta. Erityisesti metalli voidaan erottaa liuosmuodosta saostamalla metalli boraattina saostumiselle suotuisissa olosuhteissa, joihin kuuluu oikea pH ja saostumisytimien läsnäolo. Käytännössä saostaminen suoritetaan lisäämällä liuokseen booriyhdistettä, nostamalla liuoksen pH saostumiselle suotuisalle alueelle, ja erottamalla saatu boraattisaostuma liuoksesta. Menetelmää voidaan käyttää myös kahden tai useamman metallin saostamiseksi. Saostusytminä voidaan käyttää alem20165207 prh 11 -03- 2016 massa pH:ssa muodostuvaa metallin, erityisesti raudan, hydroksidisaostumaa, joka saa aikaan korkeammassa pH:ssa hydroksidina saostuvan metallin saostumisen boraattina. Saostusytimiä voidaan tuoda myös ulkoa esimerkiksi jo saostettujen boraattien muodossa.WO2015 / 036658. In particular, the metal may be separated from the solution form by precipitating the metal as borate under conditions favorable to the precipitation, which include the correct pH and the presence of precipitating cores. In practice, the precipitation is carried out by adding boron compound to the solution, raising the pH of the solution to a region favorable for precipitation, and separating the resulting borate precipitate from the solution. The process can also be used to precipitate two or more metals. As the precipitation nucleus, a hydroxide precipitate of a metal, especially iron, formed at a higher pH, which results in the precipitation of a metal precipitated at a higher pH as a hydroxide as borate, may be used as the precipitation step. Precipitating cores can also be introduced externally, for example in the form of already precipitated borates.

Käytettävä booriyhdiste voi olla jotakin sopivaa boorin hydroksoyhdistettä tai booria oksoanionina sisältävää yhdistettä. Edellisestä on esimerkkinä boorin hapot (happihapot), erityisesti boorihappo H3BO3. Jälkimmäisestä esimerkkinä ovat boraattisuolat, erityisesti alkalimetalliboraatit, kuten booraksi.The boron compound to be used may be any suitable boron hydroxy compound or boron oxoanion compound. The foregoing is exemplified by boric acids (oxygenates), in particular boric acid H3BO3. An example of the latter is borate salts, especially alkali metal borates such as borax.

Boorihappo H3BO3 on tavallisin boorin happo ja hinnaltaan huokea saostuskemikaali, joka pystyy muodostamaan niukkaliukoisia saostumia metallihydroksidien kanssa. Booraksi (Na-boraatti) on puolestaan yleinen boorin esiintymismuoto, joka toimii samalla tavalla. Myöhemmät olosuhteiden muutokset, kuten pH:n muutokset, eivät myöskään pääse vaikuttamaan saostumaan, koska metallihydroksidit muodostavat booriyhdisteiden kanssa hyvin pysyviä sakkoja, joita pitävät yhdessä OH-ryhmät. Tietyille booriyhdisteille, joissa boori on happeen sitoutuneena, on taipumus ketjuuntua tai verkkoontua juuri hydroksiryhmien muodostamien vetysidosten ansiosta. Saostuma on boraatti, johon erotettava metalli on sitoutunut.Boric acid H3BO3 is the most common boron acid and inexpensive coagulant that can form sparingly soluble precipitates with metal hydroxides. Borax (Na-borate), on the other hand, is a common form of boron that functions in the same way. Subsequent changes in conditions, such as changes in pH, also have no effect on the precipitation, since the metal hydroxides, together with the boron compounds, form very stable precipitates which are held together by OH groups. Certain boron compounds in which boron is attached to oxygen have a tendency to chain or crosslink due to hydrogen bonds formed by hydroxy groups. The precipitate is borate to which the metal to be separated is bound.

Talteenotettu yksi tai useampi alun perin liuenneena ollut metalli voi olla peräisin teollisuuden prosessien jäteliuoksista ja jätevesistä, kaivosteollisuuden varastoaltaista, taikka lentotuhkasta tai saastuneesta maa-alueesta, joka on lietetty metallien saattamiseksi nestefaasiin.The recovered one or more metals that were initially dissolved may be derived from industrial process waste water and wastewater, mining storage basins, or fly ash or contaminated land slurried to liquefy the metals.

Edellä kuvatulla talteenottomenetelmällä saatuja metalliboraatteja pidetään pysyvinä, koska ne ovat käytännössä liukenemattomia. Näin onkin, jos boraatit ovat normaaleissa lämpötiloissa ja ympäristössä, yleisesti ympäristöolosuhteissa, jotka vallitsevat niiden loppusijoituspaikoissa. Nyt on havaittu, että saattamalla metalliboraatit säädettyihin olosuhteisiin, riittävän korkeaan lämpötilaan ja pelkistävän aineen vaikutuksen alaiseksi, metallit voidaan irrottaa boraateista.The metal borates obtained by the recovery process described above are considered to be stable because they are practically insoluble. This is the case if the borates are at normal temperatures and ambient conditions, generally the environmental conditions prevailing at their disposal sites. It has now been found that by bringing the metal borates under controlled conditions, at a sufficiently high temperature and under the action of a reducing agent, the metals can be removed from the borates.

Erään edullisen suoritusmuodon mukaan menetelmä onkin kaksivaiheinen, jolloin ensimmäisessä vaiheessa yksi tai useampi metalli otetaan talteen boraattisaostumana, ja toisessa vaiheessa metalli erotetaan boraattisaostumasta säädetyssä lämpötilassa pelkistävän aineen läsnäollessa. Keksintö ei ole kuitenkaan rajoittunut siihen, mistä metalliboraatti on peräisin tai millä tavalla se on muodostettu.Thus, according to a preferred embodiment, the process is biphasic, in which, in the first step, one or more metals are recovered as a borate precipitate, and in a second step, the metal is separated from the borate precipitate at a controlled temperature in the presence of a reducing agent. However, the invention is not limited to where the metal borate originates or how it is formed.

20165207 prh 11 -03- 201620165207 prh 11 -03- 2016

Menetelmä sopii erityisen hyvin raudan, nikkelin, kuparin, molybdeenin, kromin, kadmiumin ja sinkin talteenottamiseksi, mutta keksintöä voidaan käyttää myös muille metalleille, ja myös puolimetalleille kuten antimonille ja arseenille.The process is particularly well suited for the recovery of iron, nickel, copper, molybdenum, chromium, cadmium and zinc, but the invention can also be applied to other metals and also to semi-metals such as antimony and arsenic.

Keksintö soveltuu sekä vain yhden halutun metallin erottamiseksi boraattisaostumasta tai kahden tai useamman metallin erottamiseksi, erityisesti siten että metallit vodaan erottaa samalla toisistaan.The invention is also suitable for separating only one desired metal from a borate precipitate or for separating two or more metals, particularly so that the metals can be separated at the same time.

Keksintö soveltuu esimerkiksi nikkelin erottamiseksi metallina, lähtien oksi15 disista malmeista jotka sisältävät nikkeliä. Oksidiset nikkeliesiintymät sijaitsevat maanpinnalta syvemmälle mentäessä tyypillisesti seuraavassa järjestyksessä: punaisena limoniittiina, keltaisena limoniittina ja rapautuneessa saproliitissa garnieriittina ja serpentiininä. Keltaisen limoniitin ja saproliittirapauman välissä on siirtymäkerros.The invention is suitable, for example, for the extraction of nickel as a metal, starting with oxy-dic ores containing nickel. Oxidic nickel deposits are located below ground level, typically in the following order: red limonite, yellow limonite and weathered saprolite as garnishite and serpentine. There is a transition layer between yellow limonite and saprolite rauma.

Voidaan käyttää erityisesti suomalaisessa patentissa FI-124419 ja kansainvälisessä julkaisussa WO2014/118439 kuvattua menetelmää, jossa lähtöaineena on oksidinen emäksinen malmi, erityisesti lateriittimalmi, josta otetaan talteen nikkeliä ja mahdollisesti myös kobolttia. Lähtöaineena käy25 tetty lateriitiimalmi käsittää edullisesti limoniittia.In particular, the process described in Finnish Patent No. FI-124419 and International Publication No. WO2014 / 118439 can be used in which the starting material is an oxide-based ore, in particular laterite ore, from which nickel and possibly also cobalt are recovered. The laterite ore used as starting material preferably comprises limonite.

Menetelmä on myös tässä tapauksessa kaksivaiheinen, jolloin ensimmäisessä vaiheessa yksi tai useampi metalli (erityisesti Ni ja Co) otetaan talteen boraattisaostumana, ja toisessa vaiheessa metalli erotetaan boraatti30 saostumasta säädetyssä lämpötilassa pelkistävän aineen läsnäollessa. Menetelmän ensimmäisessä vaiheessa nikkeli ja mahdollisesti koboltti erotetaan hydrometallurgisella menetelmällä em. julkaisujen esittämällä tavalla, jossa vältetään happamien liuosten käyttö. Malmilähtöaine, esimerkiksi limoniitti, jauhetaan tarvittaessa aluksi hienoksi murskeeksi (edullisesti alle 1 mm raekokoon), minkä jälkeen se lietetään veteen, ja saatua lietettä sekoitetaan voimakkaasti riittävän pitkä aika niin että pH alkaa nousta arvoonAlso in this case, the process is biphasic, in which, in the first step, one or more metals (especially Ni and Co) are recovered as the borate precipitate, and in the second step, the metal is separated from the borate precipitate at a controlled temperature in the presence of a reducing agent. In the first step of the process, the nickel and optionally the cobalt are separated by a hydrometallurgical method as disclosed in the above publications, which avoids the use of acidic solutions. The ore starting material, for example limonite, is first ground to a fine grit (preferably less than 1 mm grain size), then slurried in water, and the resulting slurry is stirred vigorously for a sufficient time to begin to reach pH

20165207 prh 11 -03- 2016 yli 7. Metallipitoinen vesiliuos erotetaan lietteen kiintoaineesta, ja sen pH nostetaan nikkelin saostumiseen sopivalle alueelle booriyhdisteen läsnäollessa, joka saa aikaa nikkelin saostumisen boraattina. Edullisesti käytetään booraksia (dinatriumtetraboraattia), jolla voidaan samalla saada pH nostettua sopivalle saostusalueelle yli arvon 9, esimerkiksi nikkelin saostumiselle edulliseen pH-arvoon n. 9,3.20165207 prh 11 -03-2016 over 7. The aqueous metal solution is separated from the slurry solids and its pH is raised to a range suitable for nickel precipitation in the presence of a boron compound which provides nickel precipitation as borate. Borax (disodium tetraborate) is preferably used, while at the same time it is possible to raise the pH to a suitable precipitation range above 9, for example to precipitate nickel to a preferred pH of about 9.3.

Toisessa vaiheessa nikkeli ja mahdollisesti koboltti erotetaan metalleina kuumentamalla boraattisaostumaa pelkistävissä olosuhteissa kuten edellä on esitetty. Menetelmää voidaan käyttää myös nikkelin ja koboltin erottamiseksi toisistaan erottamalla ne eri sulamislämpötilojen pohjalta edellä esitetyn periaatteen mukaisesti.In the second step, the nickel and optionally cobalt are separated as metals by heating the borate precipitate under reducing conditions as described above. The process can also be used to separate nickel and cobalt by separating them based on different melting temperatures according to the above principle.

Seuraavassa keksintöä selostetaan tarkemmin kuvaamalla boraatti15 saostumalla suoritettuja kokeita.In the following, the invention will be described in more detail by describing experiments performed on borate15 precipitation.

EsimerkkiExample

Metallisakka valmistettiin erään kaivosyhtiön toimittamasta näytteestä, joka oli erä kuonarikastamon rikastetta ennen vaahdotusta. Sakan valmistus tapahtui suomalaisessa patenttihakemuksessa nro 20135921 ja kansainvälisessä julkaisussa WO2015/036658 ’’Menetelmä metallien käsittelemiseksi” kuvatulla tavalla saostamalla näytteen sisältämät metallit boraattiligandiksi boorihapon ja natriumhydroksidin avulla. Näyte sisälsi useita metallikomponentteja, mm. natriumia, magnesiumia, alumiinia, piitä, kaliumia, kalsiumia, rautaa, kuparia, sinkkiä, lyijyä, bariumia, antimonia ja arseenia. Kokeisiin sakka esivalmisteltiin jauhamalla se homogeeniseksi.The metal precipitate was prepared from a sample supplied by a mining company, a batch of concentrate from the slag concentrate before flotation. The precipitate was prepared as described in Finnish Patent Application No. 20135921 and International Publication No. WO2015 / 036658 by 'Precipitation of metals in a sample with boric acid and sodium hydroxide as a method for treating metals'. The sample contained several metal components, e.g. sodium, magnesium, aluminum, silicon, potassium, calcium, iron, copper, zinc, lead, barium, antimony and arsenic. For the experiments, the precipitate was prepared by grinding it to homogeneity.

Metalliboraateista saatava kirjallisuustieto on vähäistä. Eräistä lähteistä peräisin olevien tietojen mukaan esim. sinkkiboraatti kiteytyy optisesti hyväksikäytettäväksi linssiaihioksi n. 1550 °C:ssa, joten lähtökohdaksi otettiin 1500 °C:een lämpötila.The literature on metal borates is limited. According to information from some sources, for example, zinc borate crystallizes into an optically usable lens blank at about 1550 ° C, so the starting point is a temperature of 1500 ° C.

Koejärjestelyssä käytettiin pienehköä upokasta, joka annosteltiin noin 2/3 tilavuuteen homogenisoitua sakkaa. Koeuuni oli sellainen, ettei sulamistapahtumaa voitu havainnoida ajan funktiona, vaan havainnot tehtiin, kunA smaller crucible was used in the assay, which was dosed with about 2/3 of a volume of homogenized pellet. My experimental furnace was such that the melting event could not be observed as a function of time, but was observed when

20165207 prh 11 -03- 2016 asetettu loppulämpötila oli saavutettu ja koepanos oli saanut viipyä siinä 10 minuutin ajan. Uunin lämpötilannostaminen tapahtui hitaasti, 2 °C / min.20165207 prh 11 -03-2016 the set end temperature was reached and the test batch was allowed to dwell there for 10 minutes. The oven temperature was increased slowly at 2 ° C / min.

Kokeita suoritettiin peräkkäin niin, että kuumennuksen loppulämpötilaa 5 alennettiin 50 °C kerrallaan.The experiments were performed sequentially with the final heating temperature 5 being lowered by 50 ° C at a time.

Todettiin, että loppulämpötilan ollessa >= 1350 °C sakkapanos sulamisen yhteydessä alkaa kuohua voimakkaasti ja kuohumisen seurauksena ’’kiipeää” pois upokkaasta. Tulkittiin sen todennäköisesti johtuvan voimakkaasta oksidoitumisesta, joka on ilmeistä, koska boraatti kemiallisesti muodostuu kolmesta yhteen booriatomiin kiinnittyneestä happiatomista. Kokeissa, joissa loppulämpötila oli 1350 °C tai enemmän, ei kuohumisen ohella tehty muita havaintoja kuin että kaikki metallit olivat sulaneet ja että jäähtymisen jälkeen muodostunut kuona oli liukenematonta.It was found that at a final temperature of> = 1350 ° C, the precipitated charge upon thawing begins to flush vigorously, and as a result of the effervescence, "climbs" out of the crucible. It was interpreted as probably due to strong oxidation, which is evident since borate is chemically composed of three oxygen atoms attached to one boron atom. In experiments with a final temperature of 1350 ° C or more, no observations were made besides effervescence except that all the metals had melted and that the slag formed after cooling was insoluble.

Kokeessa, jossa loppulämpötila oli 1300 °C, sulanut sakka pysyi upokkaassa. Sulaa tutkimalla voitiin todeta, että kaikki läsnä olleet metallit olivat sulaneet. Jäähtymisen jälkeen upokas sularakenteineen halkaistiin timanttilaikalla, valettiin epoksihartsiin ja niistä valmistettiin poikkileikkaus20 hieet, jolloin materiaalissa esiintyvät metallipartikkelit olivat luotettavasti tutkittavissa. Näytteitä tutkittiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM) ja analysoitiin energiadispersiivisellä alkuaineanalysaattorilla (EDS). Ennen mikroskooppitarkastelua näytteet vielä hiiletettiin, jotta tarkastelupinnat saatiin sähköäjohtaviksi.In a test at a final temperature of 1300 ° C, the melted precipitate remained in the crucible. Examination of the melt showed that all the metals present were melted. After cooling, the crucible and its molten structures were slit on a diamond blade, cast into an epoxy resin and made into a cross section20, so that the metal particles in the material could be reliably investigated. Samples were examined by scanning electron microscope (SEM) and analyzed by energy dispersive elemental analyzer (EDS). Prior to microscopic examination, the samples were further charcoalized to render the examination surfaces electrically conductive.

SEM-poikkileikkauskuvassa erottui kolme faasia: keraamioksidi (AIO), runsaasti rautaa sisältäviä rakeita ja kiteinä esiintyviä muita metalleja. EDStutkimuksella selvitettiin, että faasi 1, tummana esiintyvä matriisi, koostui pääosin alumiini- ja silikaattioksideista ja että alkuaine-happea esiintymässä oli yli kolmannes (34,93%). Faasissa 2 löytyi useita metalleja, nekin hyvin oksidisina. Faasissa 3 esiintyi pääosin rautarakeita, mutta jonkin verran myös alumiinia ja piitä.In the SEM cross-section, three phases were distinguished: ceramic oxide (AIO), iron-rich granules, and other metals in the form of crystals. The ED study revealed that phase 1, the dark matrix, consisted mainly of aluminum and silicate oxides and that more than one third (34.93%) of the elemental oxygen was present. In Phase 2, several metals were found, also very oxidizing. In phase 3 predominantly iron granules were present, but also to some extent aluminum and silicon.

Todettiin, että boraattimetallien sulamislämpötilat ovat alkuainemetallien sulamislämpötiloja alhaisemmat. Todettiin myös, että pelkästään sulattamalla eivät metallit kerrostu, mikä olisi sulattamallaerottelun edellytys, vaan läsnä20165207 prh 11 -03- 2016 olevan hapen suuri määrä aiheuttaa oksidoitumisen, minkä seurauksena faasit kerrostumisen sijaan järjestyvät sulaan epäjärjestykseen.It was found that the melting points of borate metals are lower than the melting points of the elemental metals. It was also found that by melting alone, the metals do not deposit, which would be a prerequisite for the melt separation, but that the high amount of oxygen present20165207 prh 11 -03-2016 causes oxidation, which results in phases instead of being deposited in a molten disorder.

Kokeita jatkettiin hiilireduktiolla. Metallisakkaan lisätyn hiilen tarkoituksena on 5 pelkistää metallipohjaiset komponentit takaisin metallisiksi esim. seuraavasti:The experiments were continued with carbon reduction. The purpose of the carbon added to the metal precipitate is to reduce the metal-based components back to metal, e.g.

Fe2O3 + 3C -> 2Fe (met) + 3CO.Fe 2 O 3 + 3C -> 2Fe (meth) + 3CO.

Tässä kokeessa metallisakkaa käsiteltiin kahdessa eri tilassa:In this experiment, the metal precipitate was treated in two different modes:

1. metallisakkaa, jota ei lämpökäsitelty (referenssi), ja1. metal precipitate not heat-treated (reference); and

2. metallisakkaa, joka lämpökäsiteltiin hiilen kanssa 1300 °C lämpötilassa2. a metal precipitate which was heat treated with carbon at 1300 ° C

Metallisakkaa oli 2 tilavuusosaa ja hiiltä 1 tilavuusosa.The metal precipitate was 2 parts by volume and carbon 1 part by volume.

Kokeen jälkeen todettiin, että referenssi näytteessä (liite 1) partikkelit eivät olleet kiinni toisissaan kovin lujasti eikä näytteestä siksi voitu valmistaa hyvää poikkileikkaushiettä. Alkuaineet ja eräiden yhdisteiden, kuten boraattien, olemassaolo voitiin kuitenkin tunnistaa.After the experiment it was found that in the reference sample (appendix 1) the particles were not very firmly attached to each other and therefore no good cross-sectional carbon could be produced from the sample. However, the elements and the presence of some compounds, such as borates, could be identified.

Lämpökäsitelty näyte (liite 2) todettiin sintraantuneeksi ja poikkileikkauspinta sileäksi. Kuonamateriaali koostui alumiinin, natriumin, magnesiumin, kaliumin, kalsiumin ja raudan silikaatti- ja boraattikidetyypeistä. Tarkastelluilta alueilta ei löydetty referenssi näytteessä löydettyjä kromia, nikkeliä, bariumia, arseenia tai antimonia. Sen voi selittää vain niin, että ne esiintyvät boraatti25 suolakiteinä. Lämpökäsittelyn jälkeen havaittiin useita metalleja metallisina. EDS-analyysillä ei suoraan selviä materiaalin kiderakenne. Kiderakenteen selvittelyssä EDS:n tukena voidaan käyttää röntgendiffraktiomenetelmää (XRD), mutta sen hankaluutena on, että monikomponenttitapauksessa myös komponenttien määrä vaikuttaa niiden tunnistettavuuteen. XRD-menetelmää ei tässä tutkimuksessa testattu. Faasien struktuurissa on havaittavissa taipumusta jonomuotoiseen järjestäytymiseen, joten on oletettavaa, että jos näyte-erä olisi suurempi, kerrostumia syntyisi.The heat-treated sample (Appendix 2) was found to be sintered and the cross-sectional surface smooth. The slag material consisted of silicate and borate crystal types of aluminum, sodium, magnesium, potassium, calcium and iron. No chromium, nickel, barium, arsenic or antimony found in the sample were found in the reference areas. It can only be explained by their presence as borate25 salt crystals. After the heat treatment, several metals were observed as metals. EDS analysis does not directly determine the crystal structure of the material. The X-ray diffraction (XRD) method can be used to support the crystal structure, but its difficulty is that in the case of a multicomponent, the number of components also affects their identifiability. The XRD method was not tested in this study. There is a tendency in the structure of the phases to arrange in a queuing order, so it is expected that if the sample batch were larger, deposits would occur.

Keskeiset tavoitteet tutkimuksella siis saatiin osoitetuiksi. Metallien erottaminen sulattamalla on sekametalliboraattisakasta mahdollista reduktion avulla, sulamislämpötilat ovat alkuainemetallien sulamislämpötiloja alhaisemmat ja sakkajäänteistä muodostuva kuona on liukenematonta.Thus, the main objectives of the study were identified. Separation of metals by melting from the mixed metal borate precipitate is possible by reduction, melting temperatures are lower than those of the elemental metals, and slag from the precipitate residues is insoluble.

On havaittu, että kun boraattisakkaa kuumennetaan yli 1200°C lämpötilaan, 5 jäljelle jäävä kiinteä materiaali, kuona, muuttuu täysin liukenemattomaksi.It has been found that when the borate precipitate is heated to above 1200 ° C, the remaining solid material, the slag, becomes completely insoluble.

Metallien erotuksesta jäljelle jäänyt kuona voidaankin luokitella pysyväksi (inertiksi) jätteeksi, ja se on helppo loppusijoittaa. Kuona on myös hyöty käytettävissä rakennusmateriaalina, esim. infrarakentamisessa, koska se on liukenemattomuuden ohella myös vettä läpäisemätöntä ja siksi erittäin hyvä tiivistysmateriaali.The slag remaining from the separation of metals can therefore be classified as inert waste and is easy to dispose of. Slag is also useful as a building material, for example in infra construction, because it is not only insoluble but also impermeable to water and therefore a very good sealing material.

Claims (8)

Patentkrav:Claim: 20165207 prh 29 -05- 201720165207 prh 29 -05- 2017 1. Förfarande för separering av metaller frän metallboratfällningar med ursprung i lösningar frän metallätervinning, kännetecknat av att upphetta en1. A method for separating metals from metal borate precipitates originating from solutions from metal recovery, characterized by heating a 5 fast metallboratfällning under reducerande förhällanden tili en temperatur, vid vilken metallen skiljer sig som en smälta frän fällningen, och att separera smältan frän det kvarblivande fasta materialet.Solid metal borate precipitate under reducing conditions to a temperature at which the metal differs as a melt from the precipitate, and to separate the melt from the remaining solid material. 2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att använda förfarandet 10 för separering av tvä eller flera olika metaller frän densamma boratfällningen genom att separera metallerna frän varandra efter varandra vid temperaturer specifika för dem, när temperaturen höjs.Process according to claim 1, characterized in that the method 10 separates two or more different metals from the same borate precipitate by separating the metals from one another at temperatures specific to them as the temperature is raised. 3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av att använda koi 15 som reduktionsmedel.Method according to claim 1 or 2, characterized by using koi 15 as a reducing agent. 4. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att höja temperaturen tili 1300°C.Process according to any of the preceding claims, characterized by raising the temperature to 1300 ° C. 2020 5. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att upphettningens sluttemperatur är lägre än 1350°C.Process according to any of the preceding claims, characterized in that the final temperature of the heating is lower than 1350 ° C. 6. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att mala upp boratfällningen och blanda den med reducerande material föreProcess according to any of the preceding claims, characterized in grinding the borate precipitate and mixing it with reducing material before 25 upphettningen.Heating. 7. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att det omfattarProcess according to any of the preceding claims, characterized in that it comprises - fällning av en eller flera metaller som en boratfällning frän vätskefas under 30 förhällanden som är gynnsamma för fällning, och- precipitation of one or more metals as a borate precipitate from liquid phase under conditions favorable to precipitation, and - separering av sagda en eller flera metaller frän boratfällningen genom upphettning under reducerande förhällanden.- separating said one or more metals from the borate precipitate by heating under reducing conditions. 8. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av 35 att deponera slagg som erhällits efter separeringen av smältan, i form av avfall, eller att använda den som byggmaterial.Process according to any of the preceding claims, characterized by depositing slag obtained after the separation of the melt, in the form of waste, or using it as a building material.
FI20165207A 2016-03-11 2016-03-11 Method of separating metals FI127281B (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20165207A FI127281B (en) 2016-03-11 2016-03-11 Method of separating metals
PCT/FI2017/050148 WO2017153634A1 (en) 2016-03-11 2017-03-06 Method for separating metals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20165207A FI127281B (en) 2016-03-11 2016-03-11 Method of separating metals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI20165207A FI20165207A (en) 2017-09-12
FI127281B true FI127281B (en) 2018-02-28

Family

ID=59789079

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20165207A FI127281B (en) 2016-03-11 2016-03-11 Method of separating metals

Country Status (2)

Country Link
FI (1) FI127281B (en)
WO (1) WO2017153634A1 (en)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6454832B1 (en) * 1999-11-15 2002-09-24 Pechiney Rhenalu Aluminium alloy semi-finished product manufacturing process using recycled raw materials
FR2902800B1 (en) * 2006-06-23 2008-08-22 Alcan Rhenalu Sa PROCESS FOR RECYCLING SCRAP OF ALUMINUM ALLOY FROM THE AERONAUTICAL INDUSTRY
CN102344981A (en) * 2011-09-22 2012-02-08 李志忠 Separation and direct reduction process of iron and boron in boron-containing iron ore concentrate
FI124262B (en) * 2012-11-16 2014-05-30 Global Ecoprocess Services Oy Process for the recovery of metals
CN103602773B (en) * 2013-11-27 2015-06-03 北京科技大学 Method for comprehensive utilization of paigeite through direct reduction-electric furnace melting separation of rotary hearth furnace

Also Published As

Publication number Publication date
FI20165207A (en) 2017-09-12
WO2017153634A1 (en) 2017-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Archambo et al. Red mud: Fundamentals and new avenues for utilization
Zhang et al. Process development for the recovery of rare earth elements and critical metals from an acid mine leachate
Umeda et al. Recovery and concentration of precious metals from strong acidic wastewater
Palden et al. Selective metal recovery from jarosite residue by leaching with acid-equilibrated ionic liquids and precipitation-stripping
Şahin et al. Cleaning of high lead-bearing zinc leaching residue by recovery of lead with alkaline leaching
AU2007236501B2 (en) Precious metal recovery from solution
Mohamed et al. Process development for elemental recovery from PGM tailings by thermochemical treatment: Preliminary major element extraction studies using ammonium sulphate as extracting agent
Zheng et al. Selective recovery of Cr from electroplating nanosludge via crystal modification and dilute acid leaching
Vemic et al. Recovery of molybdenum, nickel and cobalt by precipitation from the acidic leachate of a mineral sludge
Liu et al. Arsenic and cation metal removal from copper slag using a bipolar membrane electrodialysis system
Hu et al. Resource recycling of gallium arsenide scrap using leaching‐selective precipitation
Erdem et al. Kinetics of Pb and Zn leaching from zinc plant residue by sodium hydroxide
Sronsri et al. Optimization of elemental recovery from electronic wastes using a mild oxidizer
Figueroa et al. Recovery of gold and silver and removal of copper, zinc and lead ions in pregnant and barren cyanide solutions
Paz-Gómez et al. Arsenic removal procedure for the electrolyte from a hydro-pyrometallurgical complex
Xi et al. Mechanism of zero-valent lead reduction for removing high concentration of arsenic from waste acid of lead smelting system
Wang et al. Experimental and kinetic study of zinc leaching from metallurgical slag by 5-sulfosalicylic acid
FI127281B (en) Method of separating metals
Kurama et al. Recovery of zinc from waste material using hydro metallurgical processes
Kochetov et al. Integrated treatment of rinsing cooper-containing wastewater
CA2648491C (en) Precious metal recovery from solution
Medi et al. Hydrometallurgical route for copper, zinc and chromium recovery from galvanic sludge
CA2874054C (en) Metalloid contaminated water solution purification process for safe human consumption-rated reduction of contaminant concentration therein, by precipitation without oxidation
Yildirim et al. Selective Iron Dissolution from Zinc Plant Residue
Sayilgan Comparison of different leaching media on calcium, iron, magnesium and manganese removal from flotation tails

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 127281

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B