JP2017052992A - 鉱石スラリーの処理方法、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法 - Google Patents
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Abstract
Description
工程(a):スラリー化した鉱石を、工程(b)で得られた加圧酸浸出液により、硫酸酸性下で常圧浸出し、常圧浸出液と常圧浸出残留物を得る。
工程(b):工程(a)で得られた常圧浸出残留物を、高温高圧下の酸化性雰囲気で硫酸と反応させて加圧酸浸出液を得る。
工程(c):工程(a)で得られた常圧浸出液に中和剤を加えて中和し、次いで硫化アルカリ化合物を添加して、浸出液中のニッケル及びコバルトを硫化物として回収する。
(i)浸出工程:鉱石をスラリー化して硫酸を添加し、220〜280℃の温度で撹拌処理し、浸出スラリーを形成する。
(ii)固液分離工程:浸出スラリーを、多段階のシックナーを用いて洗浄し、ニッケル及びコバルトを含む浸出液と浸出残渣とに分離する。
(iii)中和工程:浸出液の酸化を抑制しながら、炭酸カルシウムを用いてpHが4以下となるよう調整し、3価の鉄を含有する中和澱物を生成し、中和澱物スラリーとニッケル回収用母液とに分離する。
(iv)硫化工程:ニッケル回収用母液に硫化水素ガスを吹きこみ、ニッケル及びコバルトを含む硫化物を生成し、ニッケル及びコバルトを含む硫化物と貧液とに分離する。
前記第3の装置により分離した前記ゲーサイトを含む混合物を、前記酸浸出処理に供する鉱石スラリーに含めることを特徴とする鉱石スラリーの処理方法である。
本実施の形態に係る鉱石スラリーの処理方法は、ニッケル酸化鉱石を原料とした湿式製錬プロセスにおける、例えば高温高圧下での酸浸出処理に供する鉱石スラリーを処理するための方法であり、鉱石スラリーに対する酸浸出処理に先立つ前処理方法である。
分級工程(第1の分級工程)S21では、ニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーに対し、第1の装置としてハイドロサイクロンを使用して分級処理を施し、オーバーフロー(O/F)としてゲーサイトを含む混合物を分離し、アンダーフロー(U/F)としてクロマイトを含む混合物を分離する。ここで、オーバーフローとして分級されたゲーサイトを含む混合物は、クロマイトが分離除去された鉱石スラリーであり、そのまま、湿式製錬プロセスのオートクレーブ等の加圧反応容器にて行われる酸浸出処理に供給する鉱石スラリーとなる。
比重分離工程S22では、分級工程S21にてアンダーフローとして分離したクロマイトを含む混合物に対して、第2の装置として所定の比重分離装置を使用して比重分離処理を行い、そのクロマイトを含む混合物に含まれるゲーサイトを分離してクロマイトを濃縮させた混合物を得る。
スパイラルコンセントレーターによる比重分離処理では、特に限定されないが、これに供給するスラリーのパルプコンテントを、15重量%を超えて35重量%未満とすることが好ましく、20重量%を超えて30重量%未満とすることがより好ましい。パルプコンテントが15重量%以下であると、分離性能が悪化する可能性があり、一方で、35重量%以上であると、比重分離処理中にクロマイト濃縮側、すなわちスパイラルコンセントレーターの内側で粒子の流れが滞留してビルドアップが起こり、分離が十分に行われなくなる可能性がある。
デンシティーセパレーターによる比重分離処理では、特に限定されないが、Teeter Water量を0.5〜7.0m3・h−1/m2とすることが好ましい。Teeter Water量が0.5m3・h−1/m2未満であると、干渉落下の効果が小さくなり、比重分離が効率よく行われない可能性がある。一方、7.0m3・h−1/m2より大きいと、クロマイト粒子まで上昇させ、オーバーフロー側に移行してしまう可能性がある。なお、この場合には浸出処理に供給されるスラリー中のクロマイト量が多くなり、クロマイトの回収のみならず、ヘマタイト中に含まれるようなるCr量、すなわちヘマタイト中のCr品位を効果的に低減させることができなくなる。
シェーキングテーブルによる比重分離処理では、特に限定されないが、これに供給するスラリーのパルプコンテントを、15重量%を超えて35重量%未満とすることが好ましく、20重量%を超えて30重量%未満とすることがより好ましい。
さて、ニッケル酸化鉱石のスラリーに対して、上述した第1の分級工程S21における分級処理と、続く比重分離工程S22における比重分離処理とを行うことによって、ゲーサイトを含む混合物と、クロマイトを含む混合物とに効果的に分離させることができる。例えば、そのクロマイトとしてはCr2O3品位で41〜50重量%以上程度までの濃縮が可能である。ところが、さらにクロマイトを濃縮する観点から、分離されたクロマイトを含む混合物に微量に含まれる微細なゲーサイトを除去することが望ましい。
さらに、第3の分級工程S24として、第2の分級工程S23により分級分離されたアンダーフローのクロマイトを含む混合物に対して、第4の装置であるハイドロサイクロンを使用して分級処理を施すようにすることができる。これにより、そのクロマイトを含む混合物に微量に存在する微細なゲーサイトをさらに除去することができる。
上述したように、本実施の形態に係る鉱石スラリーの処理方法によれば、ニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーからクロマイトを濃縮分離することができる。ここで、濃縮分離されたクロマイトは、その水分含有率が40%程度と高い。
次に、上述した鉱石スラリーの処理方法を適用した、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスについて具体的に説明する。ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスは、例えば高圧酸浸出法(HPAL法)を用いて、ニッケル酸化鉱石からニッケルを浸出させて回収する製錬プロセスである。
鉱石処理工程S1では、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石に対して、所定の分級点で分級してオーバーサイズの鉱石粒子を除去した後に、アンダーサイズの鉱石粒子に水を添加して粗鉱石スラリーとする。
本実施の形態においては、鉱石スラリーに対して浸出工程S3にて酸浸出処理を施すに先立ち、鉱石処理工程S1を経て得られた鉱石スラリーに対して、クロマイトを分離除去する処理を施すことを特徴としている。
浸出工程S3では、鉱石スラリー処理工程S2を経てクロマイトが分離除去された後の鉱石スラリーに対して、例えば高圧酸浸出法を用いた酸浸出処理を施す。具体的には、オートクレーブ等の加圧反応容器内で、原料となる鉱石スラリーに硫酸を添加し、220〜280℃、好ましくは240〜270℃の高温の温度条件下で加圧しながら鉱石スラリーを攪拌し、浸出液と浸出残渣とからなる浸出スラリーを生成させる。
MO+H2SO4⇒MSO4+H2O・・・(i)
(なお、式中Mは、Ni、Co、Fe、Zn、Cu、Mg、Cr、Mn等を表す)
2Fe(OH)3+3H2SO4⇒Fe2(SO4)3+6H2O・・・(ii)
FeO+H2SO4→FeSO4+H2O・・・(iii)
・高温熱加水分解反応
2FeSO4+H2SO4+1/2O2⇒Fe2(SO4)3+H2O・・・(iv)
Fe2(SO4)3+3H2O⇒Fe2O3+3H2SO4・・・(v)
固液分離工程S4では、浸出工程S3を経て得られた浸出スラリーを多段で洗浄しながら、ニッケル及びコバルトのほか不純物元素を含む浸出液と、浸出残渣とを分離する。
中和工程S5では、固液分離工程S4にて分離された浸出液のpHを調整し、不純物元素を含む中和澱物を分離して、ニッケルやコバルトを含む中和終液を得る。
亜鉛除去工程S6では、ニッケル及びコバルトを硫化物として分離するに先立って、中和工程S5で得られた中和終液に対して、硫化水素ガス等の硫化剤を添加して硫化反応を生じさせ、亜鉛を含む硫化物を生成し、その硫化亜鉛澱物のスラリーとニッケル回収用の母液とを生成する。
硫化工程S7では、亜鉛除去工程S6を経て得られたニッケル回収用の母液に対して、硫化水素ガス等の硫化剤を添加して硫化反応を生じさせ、ニッケル及びコバルトを含む硫化物(以下、「ニッケル・コバルト混合硫化物」ともいう)と貧液とを生成させる。
最終中和工程S8では、上述した硫化工程S7にて排出された鉄、マグネシウム、マンガン等の不純物元素を含む貧液に対して、排出基準を満たす所定のpH範囲に調整する中和処理(無害化処理)を施す。この最終中和工程S8では、固液分離工程S4における固液分離処理から排出された浸出残渣のスラリーも併せて処理することもできる。また、必要に応じて、亜鉛除去工程S6にて得られる硫化亜鉛澱物のスラリーを併せて処理することもできる。
ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセス(図1の工程図を参照)において、オートクレーブを使用した硫酸による酸浸出処理を行うにあたって、ニッケル酸化鉱石から調製した鉱石スラリーのうち、その酸浸出処理に供する鉱石スラリーからクロマイトを分離する鉱石スラリーの処理(図2の工程図を参照)を行った。
先ず、第1の分級工程として、湿式製錬の原料となるニッケル酸化鉱石から調製した鉱石スラリーに対し、第1の装置としてハイドロサイクロン(アタカ大機株式会社製、MD−9型)を使用して分級処理を行った。なお、ハイドロサイクロンにおいては、スラリー濃度を15重量%、スラリー温度を常温とし、その運転圧力を0.2MPaとして分級処理を行った。また、下記表2に、分級処理の対象とした鉱石スラリーの組成と、ハイドロサイクロンのアンダーフロー(ハイドロサイクロンU/F)の組成を併せて示す。表2中の組成数値の単位は「重量%」である。
次に、デンシティーセパレーター、スパイラルコンセントレーターによる分離性を把握するための実証試験を行った。
先ず、デンシティーセパレーターによる分離性を把握するために、第1の分級工程にて得られたハイドロサイクロンU/F(スラリー濃度:33重量%)を、デンシティーセパレーター(Density Separator:OutotecInc.社製,「Tanksizer TS−Lab」,タンク内径228.6mm)に供給して比重分離試験を行った。なお、デンシティーセパレーターへのスラリーの供給速度は56kg/Hrとし、スラリーの温度は常温とした。また、このときのTeeterWater量は、6.9m3・h−1/m2、SetPoint(密度計の設定値)を20として行った。
次に、スパイラルコンセントレーターによる分離性を把握するために、第1の分離工程にて得られたハイドロサイクロンU/F(スラリー濃度:33重量%)を、スパイラルコンセントレーター(Spiral Concentrator:OutotecInc.社製、「MC7000」)に供給して比重分離試験を行った。
上述した比重分離の実証試験を踏まえて、上述した第1の分級工程に続く比重分離工程として比重分離処理を行った。この比重分離工程では、第2の装置として、デンシティーセパレーターと、スパイラルコンセントレーターとを用いて比重分離処理を行った。
実施例2では、実施例1における比重分離処理、具体的にはスパイラルコンセントレーターによる処理で得られた『Concentrate』をスラリー濃度20重量%に希釈し、第3の装置としてハイドロサイクロンを用いた第2の分級処理を行った(第2の分級工程)。なお、このハイドロサイクロンによる運転圧力は0.2MPaとした。
次に、実施例2にて行った最終のハイドロサイクロン、すなわちハイドロサイクロンを用いた第2の分級処理における条件を検討した。
ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセス(図1の工程図を参照)において、オートクレーブを使用した硫酸による酸浸出処理を行うにあたって、ニッケル酸化鉱石から調製した鉱石スラリーのうち、その酸浸出処理に供する鉱石スラリーからクロマイトを分離する鉱石スラリーの処理(図2の工程図を参照)を行った。
先ず、第1の分級工程として、湿式製錬の原料となるニッケル酸化鉱石から調製した鉱石スラリーに対し、第1の装置としてハイドロサイクロン(アタカ大機株式会社製、MD−9型)を使用して分級処理を行った。なお、ハイドロサイクロンにおいては、スラリー濃度を15重量%、スラリー温度を常温とし、その運転圧力を0.2MPaとして分級処理を行った。また、下記表9に、分級処理の対象とした鉱石スラリーの組成と、ハイドロサイクロンのアンダーフロー(ハイドロサイクロンU/F)の組成を併せて示す。表9中の組成数値の単位は「重量%」である。
(1)1段目のデンシティーセパレーターによる比重分離
次に、第1の分級工程にて得られたハイドロサイクロンU/F(スラリー濃度:33重量%)を、デンシティーセパレーター(Density Separator:OutotecInc.社製,「Tanksizer TS−Lab」,タンク内径228.6mm)に供給した。なお、デンシティーセパレーターへのスラリーの供給速度は56kg/Hrとし、スラリーの温度を常温とした。また、このときのTeeterWater量は、6.9m3・h−1/m2、SetPoint(密度計の設定値)を20として行った。
続いて、そのデンシティーセパレーター[1]U/F(スラリー濃度75重量%)を水で希釈してスラリー濃度を40重量%とし、再度デンシティーセパレーターを用いた比重分離処理を行った。
次に、デンシティーセパレーター[2]で得られたデンシティーセパレーター[2]U/F(スラリー濃度75重量%)を水で希釈してスラリー濃度を25重量%とし、スパイラルセパレーター(Spiral Concentrator:OutotecInc.社製,「MC7000」)を用いて比重分離処理を行った。
続いて、Cr2O3濃度30.3重量%となった1段目のスパイラルコンセントレーターの『Middling』に対して、再度スパイラルコンセントレーターを用いた比重分離処理を施した。
次に、比重分離工程を経て、1段目及び2段目のスパイラルコンセントレーターで得られた『Concentrate』を混合して、スラリー濃度を20重量%に希釈し、ハイドロサイクロンを用いて第2の分級処理を行った(第2の分級工程)。なお、このハイドロサイクロンによる運転圧力は0.2MPaとした。
実施例4にて得られたハイドロサイクロンU/Fのスラリー(水分含有率40%)、すなわちクロマイトを濃縮させたすラリーを、過熱蒸気方式の脱水装置(蒸気圧力0.6MPa、温度165℃)に装入して乾燥処理を施した。
(浸出工程)
実施例1及び実施例2において、第1の分級工程でのハイドロサイクロンのオーバーフローと、比重分離工程でのデンシティーセパレーターのオーバーフロー及びスパイラルコンセントレーターの『Tailing』を、オートクレーブにそれぞれ装入し、これに濃度98%の硫酸を添加して、以下の条件で高温加圧下での硫酸浸出を行い、浸出スラリーを生成させた。
<浸出条件>
浸出温度:245℃
浸出時間:60分
最終(浸出終了時の)遊離硫酸濃度:40g/L
スラリー濃度:30重量%
オートクレーブ容量:5L
次に、得られた浸出スラリーに対してシックナーを用いた固液分離処理を施し、浸出液と浸出残渣スラリーとに分離した。
次に、分離した浸出残渣スラリー中のCr2O3品位を測定するために、その浸出残渣スラリーに中和剤として濃度20重量%のMg(OH)2スラリーを添加し、70℃で、pH2.5になるように中和処理を施した。
ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセス(図1の工程図を参照)において、オートクレーブを使用した硫酸による酸浸出処理を行うにあたって、ニッケル酸化鉱石から調製した鉱石スラリーに対して、実施例1で行ったようなハイドロサイクロンによる分級処理、デンシティーセパレーター及びスパイラルコンセントレーターによる比重分離処理を行うことなく、そのままオートクレーブに装入して酸浸出処理を行った。なお、酸浸出処理以降については、実施例1と同様に処理した。
ニッケル酸化鉱石から調製した鉱石スラリーに対して、ハイドロサイクロンを用いた分級処理を行わずに、デンシティーセパレーターとスパイラルコンセントレーターとを用いた比重分離処理を施し、その後、ハイドロサイクロンによる分級処理を実施した。このこと以外は、実施例1と同じ条件とした。
Claims (7)
- ニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法における酸浸出処理に供する鉱石スラリーの処理方法であって、
前記ニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーに対して、第1の装置としてハイドロサイクロンを使用して分級処理を施し、オーバーフローとしてゲーサイトを含む混合物を分離し、アンダーフローとしてクロマイトを含む混合物を分離する分級工程と、
第2の装置として、少なくともスパイラルコンセントレーター1段を使用して、前記ハイドロサイクロンのアンダーフローとして分離したクロマイトを含む混合物に対して比重分離処理を行い、該クロマイトを含む混合物に含まれるゲーサイトを分離してクロマイトを濃縮させた混合物を得る比重分離工程とを有し、
前記分級工程及び前記比重分離工程にて分離した前記ゲーサイトを含む混合物を、前記酸浸出処理に供する鉱石スラリーとする
ことを特徴とする鉱石スラリーの処理方法。 - 第3の装置としてハイドロサイクロンを使用して、前記第2の装置を使用した比重分離処理で得られたクロマイトを含む混合物に対して分級処理を施し、オーバーフローとしてゲーサイトを含む混合物を分離し、アンダーフローとしてクロマイトを含む混合物を分離する第2の分級工程をさらに有し、
前記第3の装置により分離した前記ゲーサイトを含む混合物を、前記酸浸出処理に供する鉱石スラリーに含める
ことを特徴とする請求項1に記載の鉱石スラリーの処理方法。 - 第4の装置としてハイドロサイクロンを使用して、前記第3の装置を使用した分級処理で得られたクロマイトを含む混合物に対して分級処理を施し、オーバーフローとしてゲーサイトを含む混合物を分離し、アンダーフローとしてクロマイトを含む混合物を分離する第3の分級工程をさらに有し、
前記第4の装置により分離した前記ゲーサイトを含む混合物を、前記酸浸出処理に供する鉱石スラリーに含める
ことを特徴とする請求項2に記載の鉱石スラリーの処理方法。 - 前記第2の分級工程では、アンダーフロー粒子のうち、粒子サイズ−45μmのものの存在比率が30%以下となるように、前記第3の装置であるハイドロサイクロンの圧力と該分級処理の対象とするスラリーの濃度を調整する
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の鉱石スラリーの処理方法。 - 前記第3の分級工程では、アンダーフロー粒子のうち、粒子サイズ−45μmのものの存在比率が30%以下となるように、前記第4の装置であるハイドロサイクロンの圧力と該分級処理の対象とするスラリーの濃度を調整する
ことを特徴とする請求項3に記載の鉱石スラリーの処理方法。 - ニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーに対して酸浸出処理を施してニッケルを浸出させて回収するニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法において、
前記ニッケル酸化鉱石から調製した鉱石スラリーのうち、前記酸浸出処理に供する鉱石スラリーからクロマイトを分離する鉱石スラリーの処理工程を含み、
前記鉱石スラリーの処理工程は、
前記ニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーに対して、第1の装置としてハイドロサイクロンを使用して分級処理を施し、オーバーフローとしてゲーサイトを含む混合物を分離し、アンダーフローとしてクロマイトを含む混合物を分離する分級工程と、
第2の装置として、少なくともスパイラルコンセントレーター1段を使用して、前記ハイドロサイクロンのアンダーフローとして分離したクロマイトを含む混合物に対して比重分離処理を行い、該クロマイトを含む混合物に含まれるゲーサイトを分離してクロマイトを濃縮させた混合物を得る比重分離工程とを有し、
前記分級工程及び前記比重分離工程にて分離した前記ゲーサイトを含む混合物を、前記酸浸出処理に供する鉱石スラリーとする
ことを特徴とするニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法。 - 前記鉱石スラリーの処理工程を経て得られたクロマイトを含む混合物に対して、水分率が7%以下となるように乾燥処理を施す
ことを特徴とする請求項6に記載のニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法。
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