JP2020530530A - 黄鉄鉱からの金属の回収 - Google Patents
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Abstract
Description
発明の概要
以下の詳細な説明では、詳細な説明の一部である添付図面を参照する。詳細な説明に記載され、図面に図示され、特許請求の範囲に定義されている例示的な実施形態は、限定することを意図してはいない。その他の実施形態を用いてもよく、提示された主題の思想または範囲から逸脱することなく、その他の変更を加えることができる。本開示の態様は、本明細書に一般的に記載および図面に図示されているように、その全てが本開示で企図されている幅広い種類の異なる構成で、配置、置換、組み合わせ、分離、および設計することが可能であると容易に理解されるだろう。
図1は、ブロック図の形態で工程系統図を示す。この系統図は、黄鉄鉱含有材料を処理して、含有される使用可能な形態の硫黄、鉄および卑金属または貴金属を生成する一般化された実施形態を示す。
熱処理循環路100に送られる黄鉄鉱含有材料を、その他のターゲット金属のための浮選、比重、浸出またはその他の分離段階により用意することが一般的である。例えば、黄鉄鉱を、鉱石から黄鉄鉱(または硫化物)をフロス浮選することにより精鉱してもよい。これにより、循環路100で熱処理される準備のできた精鉱101が製造される。
熱分解循環路100は、供給ホッパーに接続された炉を含むことが一般的である。固形物を不活性ガス(例えば、窒素、アルゴンなど)で覆うことにより不活性雰囲気をもたらす。供給材料を、450℃〜900℃、最適には600℃〜800℃の範囲の温度に加熱する。炉からのオフガスを集めて冷却し、続いて、単体硫黄を凝縮および凍結させる。微粒子フィルターを使用して、オフガス流への固形物の随伴を最小限に抑えることができる。単体硫黄を集めたら、不活性ガスを炉に再循環させてもよい。か焼体(磁硫鉄鉱を含有する固体生成物)を炉から取り出し、一般的には、なおも不活性雰囲気のもと100℃未満に冷却する。この工程は、不所望な酸化反応が起こるのを防ぐためである。炉を加えたプロセス設備の付属品の数、および炉の設計は、処理量と、供給材料の特性、例えば含水量および粒径とに応じて変化する。
浸出循環路200では、か焼体材料(流103)を酸性ハロゲン化物水溶液と混合する。スラリー密度の範囲は、一般的に0.5〜60%w/wであり、しばしば、加工工場の設備のサイズを最小限に抑えるために調整される。磁硫鉄鉱の酸化を確実にするために、酸化還元電位を(Ag/AgClに対して)450mV超に維持することが一般的である。より具体的には、酸化電位は、後の酸化鉄の沈殿のため、第一鉄カチオンを第二鉄カチオンへと酸化させるのに十分である。
浸出循環路200で生成された浸出液残渣は、単体硫黄を含有している。硫黄回収循環路300は、単体硫黄が、粒径選鉱(例えばサイクロン)、比重選鉱(例えば、精鉱機(concentrators)、スパイラル、テーブル)、フロス浮選(例えば浮選セル)、溶融または再溶融段階などを使用して分離される一連の容器を含むことが一般的である。最適な方法を、単体硫黄の物理的特性、例えば粒径に基づき選択する。単体硫黄を回収した後に、残留浸出液残渣を酸化鉄回収循環路400に送る。
酸化鉄回収循環路400は、酸化鉄が熱処理される炉を含むことが一般的である。処理は、酸化鉄における硫黄の量を低減するように設計された酸化条件下にあることが一般的である。単体硫黄を酸化させて二酸化硫黄にし、これを捕捉して浸出循環路200に送る。ウェットスクラバーを用いる場合、二酸化硫黄ガスを亜硫酸として可溶化させてもよい。処理炉の温度は、300〜1400℃の範囲にあり、最適には1200〜1300℃で操作される。しばしば、まず酸化鉄を、熱処理前に、ペレット化するか、または微粉末から塊にする。炉を加えたプロセス設備の付属品の数、および炉の設計は、処理量と、供給材料の特性、例えば含水量および粒径とに応じて変化する。
この方法全体を通して、適切な凝集剤および凝固剤をスラリーに添加して、固体液体分離段階の効率を改善してもよい。各分離段階は、濃縮器およびフィルターを含むことが一般的であるが、代替物としては、向流式のデカンテーション段階、一段階のフィルター、または類似設備であってもよい。濃縮段階では、高速濃縮器、低速濃縮器、清澄器、および固体液体分離用の類似装置を利用してもよい。濾過段階では、圧力フィルター、パンフィルター(pan filters)、ベルトフィルター、プレスフィルター、遠心濾過器、および固体液体分離用の類似装置を利用してもよい。
オフガスを様々な処理反応器から移す。熱分解循環路100のオフガスは、単体硫黄を含有しており、固体状または液体状の硫黄の回収のために凝縮される。浸出循環路200のオフガスは、水および酸性蒸気を含有しており、このオフガスは、水回収および酸回収のためにスクラバー内に集められる。酸化鉄循環路400のオフガスは、二酸化硫黄を含有しており、このオフガスは、スクラバー内に集められて、浸出循環路200に返送される。
これより、黄鉄鉱を処理して、黄鉄鉱鉱物格子内に含まれる使用可能な形態の硫黄、鉄、卑金属または貴金属(例えばコバルト)を回収する方法の様々な段階(循環路)の非限定的な例について説明する。
硫化物精鉱試料は、コバルトが鉄原子と置換されて結晶格子に入った黄鉄鉱鉱物を含有していると示された。この試料において、QEMSCAN分析、走査型電子顕微鏡法、またはX線回折によっては、その他のコバルト含有鉱物は検出されなかった。
例1で使用したものと同じコバルト黄鉄鉱精鉱の試料500gを、650℃で2時間にわたり窒素のもと熱分解させた。オフガスを冷却すると、気体が凍結して固体残渣になった。オフガスからの残渣の組成をX線回折により測定したところ、単体硫黄が97.3%、黄鉄鉱が2.7%であると示された。オフガス残渣中の黄鉄鉱は、炉反応器からの微粒子の随伴の結果であり、オフガスをフィルターに通過させることにより最小限に抑えることができた。合計で、黄鉄鉱中に存在する硫黄の41%が、熱分解により精鉱から生じた。
コバルト黄鉄鉱精鉱の第二のバッチを得て、一連の試験で使用し、磁硫鉄鉱への黄鉄鉱の熱分解に対する時間の影響を表す。2kgの精鉱試料3個を750℃に加熱し、滞留時間を、15分、30分および45分と変化させた。反応容器を99%の窒素でパージすることにより不活性雰囲気を得た。得られたか焼体生成物をX線回折により分析した。これらの結果は、表1に示され、滞留時間が増加するほど、黄鉄鉱が次第に磁硫鉄鉱に変換されたことを示す。
例2からのか焼体をX線回折により分析したところ、81.6%の磁硫鉄鉱、9.6%の曹長石、3.6%のシリカ、および5.2%の様々な脈石(0.1%未満の黄鉄鉱)を含有すると示された。主要な元素は、50.4%の鉄、33.2%の硫黄、および0.49%のコバルトであった。か焼体の二次試料を、硫酸中において、130℃で、オートクレーブ内にて、2時間にわたり浸出させた。圧力は4barであり、酸素を2barの過圧で反応器内に注入した。得られた浸出液により、99%超のコバルトが可溶化され、磁硫鉄鉱中の硫黄の99%超が酸化されて単体硫黄になった。磁硫鉄鉱中の鉄の33%だけが赤鉄鉱として沈殿し、その他の67%は、鉄ミョウバン石として沈殿した。鉄ミョウバン石の形成は、より高いオートクレーブ温度、例えば180℃〜200℃の範囲の温度を使用することにより防止することが可能である。
さらに28kgのコバルト黄鉄鉱精鉱を熱分解させて、浸出実験用のか焼体を製造した。各バッチは2〜3kgであり、温度を700℃〜750℃で変化させ、滞留時間を、15分、30分、45分および60分で変化させた。
例5で生成されたか焼体の個別の二次試料を、例5に記載の条件と同じ条件で浸出させた。例5とは対照的に、この二次試料は、0.1重量%の黄鉄鉱および92.6重量%の磁硫鉄鉱を含有していた。生じたコバルト抽出は、表3に示される供給物および浸出液残渣の金属含量に表されるように、97.5%であった。
Claims (15)
- 黄鉄鉱含有材料から金属を回収する方法であって、
(a) 黄鉄鉱含有材料を熱分解させて、磁硫鉄鉱(FeS)を含む材料を生成する工程と、
(b) 前記(a)からの磁硫鉄鉱を含む材料を酸で浸出させ、それにより、前記磁硫鉄鉱中の鉄を酸化させて+3の酸化状態にし、単体硫黄を生成し、前記金属を前記黄鉄鉱含有材料から放出させる工程と
を含む、方法。 - 前記浸出段階(b)に酸素を加え、それにより、酸化されて+3の酸化状態になった前記鉄がFe2O3を形成し、前記Fe2O3を前記単体硫黄固形物と一緒に前記浸出段階(b)から除去する、請求項1記載の方法。
- 浸出段階(b)で、前記磁硫鉄鉱を含む材料を酸性水溶液と混合し、前記黄鉄鉱含有材料中の前記金属を前記溶液中に放出させる、請求項1または2記載の方法。
- 浸出段階(b)における溶液のpHを−1〜3.5の範囲になるように制御し、+3の酸化状態のFe2O3としての鉄の沈殿を促進する、請求項3記載の方法。
- 浸出段階(b)における溶液温度をおよそ95〜220℃の範囲になるように制御する、請求項3または4記載の方法。
- 前記酸が酸性ハロゲン化物水溶液を含む場合、浸出段階(b)における前記溶液温度が、およそ95〜150℃の範囲になるように制御され、最適にはおよそ130〜140℃の範囲にある、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
- 浸出段階(b)を大気圧で操作する、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
- 前記酸が酸性硫酸塩水溶液を含む場合、浸出段階(b)における前記溶液温度が、およそ150〜220℃の範囲になるように制御され、最適にはおよそ190〜210℃の範囲にある、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
- 浸出段階(b)を1〜20ATMの高圧で操作する、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
- 浸出段階(b)に送られた前記材料の滞留時間が0.1〜24時間の範囲にあり、最適にはおよそ1〜2時間である、請求項1から9までのいずれか1項記載の方法。
- 前記Fe2O3および単体硫黄固形物を回収し、硫黄および酸化鉄の回収段階にそれぞれ送る、請求項2記載の、または請求項2に従属する場合、請求項3から10までのいずれか1項記載の方法。
- (b)からの前記溶液を金属回収段階に送り、この金属回収段階で、前記金属を前記溶液から分離し、その後、前記溶液を前記浸出段階(b)に再循環で返送する工程をさらに含む、請求項3記載の、または請求項3に従属する場合、請求項4から11までのいずれか1項記載の方法。
- 前記溶液を前記浸出段階(b)へと再循環させる前に、前記溶液の酸性度を、酸、例えば塩酸または硫酸を添加することにより回復させる、請求項12記載の方法。
- 浸出段階(b)における前記溶液が、溶液1リットルあたり1〜10モルの範囲、最適には1リットルあたりおよそ5モルの濃度を有するハロゲン化物水溶液を含む、請求項3記載の、または請求項3に従属する場合、請求項4から13までのいずれか1項記載の方法。
- 浸出段階(b)における前記溶液が、NaCl、NaBr、CaCl2、およびCaBr2のうちの1種または複数種を含む金属ハロゲン化物溶液を含む、請求項3記載の、または請求項3に従属する場合、請求項4または7から14までのいずれか1項記載の方法。
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