FI71344C - Foerfarande foer separation och utvinning av nickel och kopparur komplexmaterial - Google Patents

Description

1 71344

Menetelmä nikkelin ja kuparin erottamiseksi ja tal-teenottamiseksi seka-aineksista

Keksinnön kohteena on menetelmä nikkelin ja ku-5 parin erottamiseksi ja talteenottamiseksi sekasulfidi- mineraaleista, saattamalla mineraalit pasutus-, sulfa-toimis- ja uuttoprosesseihin.

Nikkeliä ja kuparia sisältävien sekasulfidimi-neraalien jalostaminen edustaa ongelmaa, joka ei ole 10 helposti ratkaistavissa. Lukuisia yleisesti tunnettuja pyrometallurgisia menetelmiä ei voida vaikeuksitta käyttää sekasulfidimineraaleille. Sekasulfidimineraa-lit, jotka sisältävät nikkeliä, sisältävät miltei aina myös kuparia ja rautaa. Tällaisia mineraaleja 15 ovat pentlandiitti, kakopyriitti ja pyrrotiitti. Kun halutaan tuottaa puhtaita kupari- ja nikkelirikasteita, on menetelmä, johon tavallisesti turvaudutaan, menetelmä, joka käsittää nestemetallurigsen erottamisen vaahdottamalla kuparirikasteen, nikkelirikasteen ja 20 jätteen siten talteenottamiseksi, joka jäte on pää asiassa pyrrotiittia, joka sisältää suhteellisen suuren prosenttimäärän nikkeliä ja kuparia.

Tarvitaan suhteellisen suuri energiapanos seka-rikasteen hienoksi jakamiseksi erotettaessa sen yksit-25 täiset aineosat vaahdottamalla, ja erotusprosessi an taa rikasteita, jotka ovat aivan liian epäpuhtaita suoraa käyttöä varten erottamatta niistä muita, arvokkaita jäämämineraaleja. Kuten edellä esitettiin aiheuttavat pyrometallurgiset menetelmät edellä mainitunlais-30 ten sekasuldifimineraalien jalostamista varten monia ongelmia, joita tämän jälkeen yksityiskohtaisemmin kuvataan. Siten täydellisestä pasutuksesta on seurauksena kupari- ja nikkeliferriittien muodostuminen, jotka ovat kemiallisesti pysyviä korotetuissa lämpötilois-35 sa. Klooraava pasutus on kallista, koska kupari ja nik- 2 71344 keli kloorautuvat samanaikaisesti ja ne täytyy erottaa erillisessä prosessissa. Sulfatoivan pasutuksen tapauksessa on vaikeata sulfatoida nikkeli tehokkaasti, mistä aiheutuu nikkelihukkaa.

5 Sulatusmenetelmät, joita käytetään esimerkiksi tuotettaessa malmin ensisulate sekasulfidiaineksesta, joka sisältää kuparia ja nikkeliä, aiheuttavat myös ongelmia, jotka johtuvat siitä, että on vaikeata estää nikkeliä kulkeutumasta rautakuonaan, ja siitä, että 10 kupari- ja nikkelisisältöä ei voida helposti erottaa ensisulatteesta ja että ei päästä tyydyttäviin saantoihin .

Siten on selvää, että on olemassa tarve löytää tyydyttävä menetelmä, jolla nikkeli voidaan ottaa 15 talteen pyrometallurgisesti sekasulfidimineraaleista tavalla, jolla kaikki läsnäoleva rauta poistuu.

On myös tunnettua käsitellä pienempiä nikkeli-määriä sisältäviä sekasulfidimineraaleja yhdistämällä sulfatoiva pasutus- ja uuttoprosessi, jolloin mineraa-20 li pasutetaan, sulfatoidaan ja uutetaan, minkä jälkeen kupari ja nikkeli erotetaan elektrolyyttisesti saos-tamalla kupari ja ottamalla nikkelisulfaatti talteen elektrolyytistä. Kuten edellä mainittiin on tämän menetelmän haittana, että nikkelistä jää liian suuri 25 osa uuttojäännökseen, tehden siten menetelmän epäta loudelliseksi, kun mineraali sisältää suuria määriä nikkeliä; ks. esim. kanadalainen patenttihakemus no. 892475.

Nyt on keksitty, että nikkeli voidaan taloudel-30 lisesti ottaa talteen sekasulfidimineraaleista, jotka sisältävät runsaasti nikkeliä, tyydyttävämmällä tavalla käyttäen uutta menetelmävaiheiden yhdistelmää.

Tämä uusi menetelmä esitetään seuraavissa patenttivaatimuksissa .

35 Uuden menetelmän mukaisesti pasutetaan kuparia 3 71344 ja nikkeliä sisältävää sekasulfidi-rikastetta olosuhteissa, joilla vältetään ferriittien muodostuminen läsnäolevan raudan kanssa. Pasutetut tuotteet eli pasutteet sulfatoidaan sitten erillisessä reaktorias-5 tiassa olosuhteissa, jotka ovat ferriittien termody naamisten pysyvyysrajojen ulkopuolella. Käytetty sulfa-toimisaine on joko rikkitrioksidi, rikkihappo, metalli-sulfaatit tai rikkidioksidi yhdessä hapen kanssa. Sulfa-toimisvaihe on sinänsä tunnettu; ks. esimerkiksi kana-10 dalainen patenttihakemus no. 892475. Sulfatoimisvaiheen aikana lämpötila pidetään välillä 600-750°C, edullisesti välillä 625-700°C.

Termodynaamisesti kupari ja nikkeli ovat hyvin lähellä toisiaan ja on vaikeata erottaa nikkeliä ja 15 kuparia selektiivisillä sulfatoimismenetelmi1lä, jotka toteutetaan termodynaamisesti. Siten aikaisemmat yritykset on aina tehty kuparin ja nikkelin sulfatoimiseksi suurimpaan mahdolliseen määrään (Thornhill, Trans CIMM. 64:601 (1961)). On tunnettua, että nikkeliä on 20 vaikea sulfatoida, koska syntyvä nikkelisulfaatti muo dostaa nikkelioksidi-rakeiden pinnalle läpäisemättömän kerroksen, joka estää enemmän sulfatoimisen. Siten on ollut tarpeen lisätä alkalisulfaatteja estämään tämän läpitunkemattoman nikkelisulfaatti-keton muodostuminen 25 nikkelioksidirakeille. Saannon saamiseksi, joka on suu rempi kuin 60 % sulfatoitua nikkeliä, on tarpeen lisätä 4-6 % natriumsulfaattia. (Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy, elokuu 1979, sivut 365-371). Natriumsulfaatin tästä lisäämisestä 30 aiheutuvat kustannukset tekevät vaikeaksi aikaansaada menetelmä, joka on taloudellisesti tuottava.

Tämä ehdotus sulfatoida kuparia selektiivisesti ja jättää nikkeli pääasiallisesti oksidi-muotoonsa on yllättävä normaalisti alaan perehtyneelle, koska 35 ei voitaisi odottaa, että sekä kupari että nikkeli voitaisiin ottaa tehokkaasti talteen sulfatoimalla selek- 4 71 344 tiivisesti pelkästään kupari. Tässä suhteessa on tärkeätä, että nikkeli otetaan talteen pääasiallisesti täydellisesti menetelmässä. Toteutettaessa keksinnön mukaista menetelmää, on sallittua, että kupari sulfatoi-5 daan vähemmän tehokkaasti kuin mitä pidetään välttä mättömänä aikaisemmin tunnettujen sulfatointimenetel-mien mukaan, pysyvän kokonaissaannon saamiseksi. Tämä on vähemmän merkitsevää taloudellisuuden kannalta, koska kupari uuttojäännöksessä, joka saadaan sulfatoimis-10 ja uutto-prosessien jälkeen, voidaan ottaa talteen yhdessä nikkelin kanssa, esim. kupari/nikeli-lejee-rinkinä, tai jalostamalla uuttojäännös nikkelilaitok-sessa, esim. sulattamalla ja muuttamalla uuttojäännös yhdessä nikkeli-ensisulatteen ja/tai sulfidi-nikkeli-15 rikasteen kanssa muodostamaan tavallinen Bessemer- ensisulate n. 20 paino-%:n kanssa rikkiä tai niukkarik-kinen ns. hyvälaatuinen ensisulate, jossa ei ole enempää kuin 10 % rikkiä ja jonka rautapitoisuus on pieni.

Uuttunutta kuparisulfaattia käsitellään edel-20 leen tavalliseen tapaan, elektrolyysillä tai sitomal la kuparimetallin talteenottamiseksi. Kaikki elektrolyysi-vaiheen jälkeen jäljellejäänyt elektrolyytti palautetaan pasutusvaiheeseen; ja osa tästä elektrolyytistä voidaan myös palauttaa sulfatoimis- ja uuttovai-25 heisiin. Pasutusvaiheeseen palautettuna sulfatoitu nikkeli pilkkoutuu muodostamaan nikkelioksidia. Tällä tavalla saavutetaan se etu, että ainoa prosessista poistuva nikkeli on oksidin muodossa uuttojäännöksessä, joka saadaan uuttovaiheesta. Uuttojäännöstä, joka 30 saadaan, kun sulfaatit uutetaan pois, voidaan käsitel lä eri tavoin. Siten jalometallit voidaan uuttaa pois, jolloin mukana uuttuu myös tietty määrä nikkeliä. Jalo-metallit voidaan sitoa erilleen kupari- tai nikkelimetallilla ja uuttoliuoksessa oleva jäämänikkeli voi-35 daan saostaa nikkelihydroksidina neutraloimalla liuos 5 71344 ja palauttaa sitten pasutusvaiheeseen tai yhdistää uuttojäännöksiin uuttovaiheista.

Uuttovaiheesta tai -vaiheista saatu uuttojäännös voidaan sopivasti kuivata ja sulattaa syöttämällä sii-5 hen pelkistintä kuten hiiltä tai öljyä.

Tällä tavalla saadaan lejeerinki, joka sisältää rautaa, nikkeliä ja kuparia. Jos rauta hapetetaan suihkuttamalla ilmaa tai happikaasua sulan raudan, kuparin ja nikkelin kylpyyn, saadaan kupari/nikkeli-10 lejeerinki. Syntyneet nikkelituotteet, kupari/nikkeli- lejeerinki (Monel) ja nikkelihydroksidi voidaan jalostaa edelleen tai myydä tässä muodossa.

Siten keksinnön mukainen menetelmä tekee mahdolliseksi mineraalin nikkeli- ja kuparisisällön talteen-15 ottamisen käytännöllisesti täydellisesti kaupallises ti arvokkaina tuotteina.

Keksintöä selostetaan nyt oheiseen piirrokseen viitaten, jonka ainoa kuva on lohkokaavio tämän keksinnön edullisesta suoritusmuodosta.

20 Pasutusuuniin 1 syötetään johdon 2 kautta ku- pari/nikkeli-sekarikastetta, joka sisältää esimerkiksi pentlandiittia, kalkopyriittiä ja pyrrotiittiä sekoitettuina. Pasutuskaasut uunista 1 viedään johdon 3 kautta sopivaan laitteeseen (ei esitetty kuvas-25 sa) lämpösisällön ja rikkidioksidin hyödyntämiseksi, kun taas pasutetut tuotteet viedään sulfatoimisreakto-riastiaan 5 johdon 4 kautta. Sulfatoidut pasutetut tuotteet eli pasutteet viedään johdon 6 kautta uutto-vaiheeseen 7, jossa sulfatoitua pasutettua tuotetta 30 uutetaan heikosti happamella sulfaattiliuoksella.

Uutettu tuote ja uuttoliuos viedään uuttovaiheesta 7 johdon 8 kautta erotuslaitteeseen 9, josta uuttoliuos viedään johdon 10 kautta sähkötalteenotto-laitteeseen 11, jossa kupari saostetaan kuparikato-35 deille ja jossa käytetyt anodit ovat kulumatonta metal- 6 71344 lia kuten lyijyä, tai jossa käytetään kuluvia anodeja, jotka ovat nikkeliä ja kuparia. Kuparituotteen poisto systeemistä on osoitettu nuolella 12. Kuparista tyhjennetty elektrolyytti viedään johdon 13 kautta valinnai-5 seen haihdutuslaitteeseen 14, ja siitä johtoa 15 pitkin pasutusuuniin 1 tai johtoa 16 pitkin sulfatoimisvaihee-seen 5 ja/tai johdon 17 kautta uuttovaiheeseen 7. Uut-toliuos jaetaan sopivasti johtojen 15, 16 ja 17 kesken.

Uuttojäännökset viedään erotuslaitteesta 9 10 johdon 18 kautta toiseen uuttovaiheeseen 19, jossa jalo- metallit uutetaan pois klooria sisältävällä kloridi-liuoksella. Uuttoliuos viedään johdon 20 kautta sito-misvaiheeseen 21, jossa jalometallit saostetaan. Kuten nuolella 22 on osoitettu lisätään nikkeliä tai kuparia 15 sitomismetalleiksi. Jalometallisaostumien poisto on osoitettu nuolella 23. Uuttoliuos viedään sitten johdon 24 kautta neutraloimisvaiheeseen 25, johon syötetään kalsiumhydroksidia, kuten on osoitettu nuolella 26. Nikkelihydroksidi-sakkaa ja mahdollisesti kuparihydrok-20 sidia poistetaan, kuten nuolella 27 on osoitettu.

Toisesta uuttovaiheesta 19 saadut uuttojäännökset viedään johdon 28 kautta kuivausvaiheeseen 29, ja siitä sulatusuuniin 31 johdon 30 kautta. Syntynyt sulate, joka on rauta/kupari/nikkeli-lejeerinki, viedään 25 johdon 32 kautta pelkistysvaiheeseen 33, johon syötetään pelkistintä ja kuonanmuodostajaa johdon 34 kautta, ja fajaliitti-kuonaa poistetaan, kuten nuolella 35 on osoitettu. Sulatus- ja pelkistysvaiheet voidaan, edistämistä varten, toteuttaa myös yhdessä ja samassa 30 uuniyksikössä, esimerkiksi valokaariuunissa. Tällä pelkistyksellä muodostettu lejeerinki kuljetetaan johdon 36 kautta konvertteriin 37, johon syötetään happea sisältävää kaasua johdon 38 kautta ja josta poistetaan sula kupari/nikkeli-lejeerinki johdon 39 kautta. Kuona 35 viedään konvertteristä 37 joko sulatusuuniin 31 johdon 40 7 71344 kautta tai pelkistysvaiheeseen 33 johdon 41 kautta.

Kuten nuolella 42 on osoitettu voidaan ottaa ulos nik-keli/rauta-lejeerinki, joka sisältää myös jonkinverran kuparia.

5 Esimerkki 108,5 tonnia kupari/nikkeli-sekarikastetta, jolla oli seuraava koostumus, syötettiin joka päivä leiju-patjauuniin.

Cu 12 ,8 % 13,9 tonnia 10 Ni 5,1 % 5,5

Fe 38,5 % 41,8 S 31,4 % 34,0 jäännös 12,2 % 13 ,3 100 % 108,5 tonnia 15 Rikaste saatettiin magnetiittia antavaan pasutuk- seen; ja magnetiitti-pasute sulfatoitiin ja uutettiin sitten keksinnön mukaisesti.

Ensimmäisessä uuttovaiheessa uuttui n. 80 % kuparisisällöstä pysyvässä olotilassaan ja n. 10 % nik-20 kelisisällöstä.

Pysyvässä olotilassa, ts. uuttoliuoksen palauttamisen jälkeen pasutusvaiheeseen , kun kupari oli otettu siitä talteen, rikasteen koko nikkeli-, rauta- ja jalo-metallisisältö oli uuttojäännöksessä, joten jäännös si-25 sälsi siten kuivaamisen jälkeen

Cu 4,4 % 2,8 tonnia/päivä

Ni 8,7 % 5,5 tonnia/päivä

Fe 65,9 % 41,8 tonnia/päivä jäännös 21,0 % 13,3 tonnia/päivä 30 63,4 tonnia/päivä

Kun aines ei sisältänyt huomattavia määriä jalo-metalleja, vietiin kuivattu uuttojäännös suoraan sula-tusvaiheeseen. Sulatusvaiheessa rautasisältö kuonat-tiin 75-%:sesti 31i 32,0 tonnia/päivä. Saatiin rauta/ 35 kupari/nikkeli-lejeerinki, jolla oli seuraava koostumus 8 71344

Ni 29,7 % 5,4 tonnia/päivä

Cu 15 ,3 % 2,8 tonnia/päivä

Fe 55,0 % 10,0 tonnia/päivä 18,2 tonnia/päivä 5 Lopuksi rautasisältö kuonattiin n. 90-%:sesti, jolloin saatiin lejeerinki, jolla oli seuraava koostumus :

Ni 58,9 % 5,3 tonnia/päivä

Cu 31,1 % 2,8 tonnia/päivä 10 Fe 10,0 % 0,9 tonnia/päivä 9 ,0 tonnia/päivä

Siten menetelmä antoi joka päivä 9 tonnia Monel'ia, 40 tonnia rautaa fajaliittikuonan muodossa ja 11 tonnia kuparia.

15

II

Claims (9)

9 71344

1. Menetelmä kuparin ja nikkelin talteenottami-seksi sulfidi-mineraaleista, jotka sisältävät kuparia, 5 nikkeliä ja rautaa, jossa menetelmässä mineraalit pa- sutetaan ja pasutetut mineraalit sitten sulfatoidaan erillisissä vaiheissa ja sulfatoitu aines uutetaan ja kupari otetaan talteen uuttoliuoksesta, tunnettu siitä, että kaikki tai osa uuttoliuoksen nikkelisisäl- 10 löstä palautetaan pasutusvaiheeseen; ja nikkelisisältö poistetaan oksidin muodossa yhdessä uuttojäännöksen kanssa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kupari otetaan talteen 15 uuttoliuoksesta elektrolyysiprosessin avulla.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä , että uuttoliuos palautetaan kuparin talteenottamisen jälkeen siitä.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että käytetty sulfatoimisaine on joko rikkihappo, rikkitrioksidi , metallisulfaatti ja/tai rikkidioksidi, yhdessä hapen kanssa.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin osa sulfatoimis- 25 aineesta on uuttoliuosta, joka on palautettu kuparin talteenottamisen jälkeen siitä.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pasutusvaihe on magnetiittia antava pasutus ja toteutetaan lämpötilassa välil- 30 tä 800-1100°C rajoitetulla hapen syötöllä.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nikkeli otetaan talteen uuttojäännöksestä sulattamalla ja pelkistämällä muodostamaan nikkeli/rauta-lejeerinki , joka sisältää pieniä 35 määriä kuparia. _____ - II. 10 71344

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että uuttojäännöksestä otetaan talteen jalometallia ennen sulatusvaihetta.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että uuttojäännökset sulatetaan yhdessä nikkeli-ensisulatteen ja/tai sulfidi-nikkeli-rikasteen kanssa; ja että syntynyt sulate muutetaan nikkeliensisulatteeksi, joka sisältää niukasti rautaa ja joka sitten jalostetaan nikkelimetalliksi, kupari-10 metalliksi ja jalometalleiksi. n 71344