JP2021176981A - 高濃度スラリーを得るためのシックナーの管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高Ｓｉ品位の鉱石組成において、より簡便にスラリー濃度の高い濃縮スラリーを得ることのできるシックナーの管理方法を提供する。【解決手段】シックナー内の下部に設置した圧力計によるベッド圧力の計測値を、前記シックナーのシックナーＵ／Ｆ（Ｕ／Ｆ：アンダーフロー）のスラリー濃度の管理指標値として用い、前記シックナーのシックナーＵ／Ｆの流量を調整することによって、前記ベッド圧力の制御目標値になるように前記ベッド圧力を制御して前記シックナーのシックナーＵ／Ｆのスラリー濃度（Ｓｏｌｉｄ％）を調整して濃縮スラリーを得ることを特徴とするシックナーの管理方法。【選択図】図２

Description

本発明は、鉱石スラリーの固液分離シックナーにおける流量制御技術に関する。
より詳しくは、固液分離シックナーを用いた低品位Ｎｉ鉱石スラリーの固液分離工程において、シックナーの底抜き流量（以下、シックナーＵ／Ｆ流量とも称す）を、シックナー内底部に設置した圧力計によるＢｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ［ｋＰａＧ］（ベッド圧とも表記）によって制御することで、スラリー中の固体成分の含有割合（単位質量スラリーにおける「ｓｏｌｉｄ％」（ｗｔ％）、あるいは単位体積スラリーにおける「スラリー濃度」（ｇ／Ｌ）など）の高い濃縮スラリーを形成、回収する方法に関する。

ニッケル酸化鉱石を原料とするニッケル湿式製錬の分野においては、近年、高温高圧下で酸浸出する高圧酸浸出（ＨＰＡＬ：Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ａｃｉｄ Ｌｅａｃｈ）法による、ニッケル低品位鉱石からの有価金属の回収が実用化されている。そして、ＨＰＡＬ法によってニッケル酸化鉱石より浸出されたニッケル、コバルト等の有価金属の回収については、加圧下で有価金属を含む硫酸浴に硫化水素ガス等の硫化剤を添加することにより、硫化物（ニッケル・コバルト混合硫化物）として回収する方法が一般的に行われている（特許文献２）。

上記ニッケル・コバルト混合硫化物を得るためのＨＰＡＬ法は、例えば、ニッケル酸化鉱石を解砕分級後、固液分離シックナーにおいて濃縮スラリーとする前処理工程（１）、得られたスラリーに硫酸を添加し、２２０〜２８０℃で撹拌して高温加圧酸浸出し、浸出スラリーを得る浸出工程（２）、前記浸出スラリーに炭酸カルシウムなどの中和剤を添加して、浸出液中の余剰酸を中和し、金属不純物を水酸化物として沈殿させる予備中和工程（３）、予備中和工程後のスラリーを固液分離（４）して、ニッケル及びコバルトを含む浸出液（ニッケル貴液）を得た後、硫化剤を添加してニッケル・コバルト混合硫化物とニッケル貧液を得る硫化工程（６）を行う。なお、固液分離（４）した固体である浸出残渣と前記硫化工程（６）で発生するニッケル貧液はさらに中和する最終中和工程（８）を行って処分する。

ニッケル・コバルト混合硫化物の生産においては、浸出工程（２）で反応を効率よく進めるためにニッケル酸化鉱石の濃縮スラリーを用いるが、濃縮スラリーとしては前処理工程（１）において、以下の３つの要素、第１にＮｉ品位［質量％］、第２にスラリー密度［トン／ｍ^３］（以降は「トン」を「ｔ」と表記する場合もある。）、第３に固体含有率［％］（＝ｓｏｌｉｄ％＝１００×固体成分質量［ｔ］／スラリー質量［ｔ］）を高めることが重要である。
なぜならば浸出工程（２）へ供給される１日当りのＮｉ量［トン／ｄａｙ］は、下記（Ａ）式の計算式から求められるため、生産量の確保においては上記第１から第３の要素を、なるべく高く保つことが効果的である。

図１に固液分離シックナーの機構を示す。分級後鉱石（≦１．４〜２．０ｍｍ）に水を加えて低濃度（ｓｏｌｉｄ％＝１５〜２０質量％）とした鉱石スラリーが、固液分離シックナー内に入ると、比重の大きい鉱石成分が底部に沈降し、最終的には鉱石成分を主体とする沈殿層の澱物固体層（ベッド）１と、水と微粒子を主体とする清澄液（Ｏ／Ｆ）２に分離される。沈殿層の澱物固体層１は濃縮スラリー（以後シックナーＵ／Ｆと呼ぶ）としてシックナー底抜き口３より排出、回収され、次工程である浸出工程（２）に送られる。

高いｓｏｌｉｄ％を有する濃縮スラリーを得るには、一般的にベッド高さを一定とし、かつシックナーＵ／Ｆ流量を増加させすぎないことが重要であり、これを達成するためにシックナーへ流入および排出される鉱石量を常に等しくする必要がある。特許文献３にあるように、複数のシックナーを並列に繋ぎ濃縮スラリーのｓｏｌｉｄ％向上を目指す発明は存在するものの、供給鉱石量およびベッドレベルは鉱石組成（Ｓｉ％）、供給スラリー濃度（供給鉱石量変動および供給水量変動による）の変動により目まぐるしく変わる為、オペレータの操作のみではシックナーＵ／Ｆ流量を適切に調整することが困難である。
ベッド高さを高く保つことにより、シックナーＵ／Ｆは固体が中心となり濃縮スラリーのｓｏｌｉｄ％は高くすることが可能であるが、清澄液（Ｏ／Ｆ）に鉱石粒子が混入（逸失）する危険も大きくなる。清澄液（Ｏ／Ｆ）に含まれる固体粒子の量は濁度として知ることができ、清澄液（Ｏ／Ｆ）に混入した固体粒子が増えて濁度が高くなった場合は、シックナーＵ／Ｆ流量を急激に増やす操作が必要となる。特に鉱石組成が高Ｓｉ品位の場合に安定して高いｓｏｌｉｄ％を目指すことは困難であった。

特開２０００−０５５７１４号公報 特開２００５−３５０７６６号公報 特開２０１５−８６４５７号公報

本発明は、このような状況を解決するためになされたものであり、特に高Ｓｉ品位の鉱石組成において、より簡便にスラリー濃度の高い濃縮スラリーを得ることのできるシックナーの管理方法を提供するものである。

本発明者らは、低品位Ｎｉ酸化鉱の濃縮に用いる固液分離シックナーにおいて、各シックナーの底部に圧力計を設置しておき、圧力計により測定したベッド圧が高いときにシックナーＵ／Ｆ流量を大きく、低いときに小さく制御することで、ベッド圧を一定に保つとともに、ベッド圧に相当するシックナー内の澱物固体層のレベルを一定に保つことを目指した。この制御方法では、ベッド圧が安定するのでベッド圧を高くすることが容易になる。そのような高いベッド圧下では、その自重によって澱物固体層が圧密されることになり、スラリー濃度の高い濃縮スラリーを得ることができることを見出し本発明に至った。

本発明の第１の発明は、底部に固形物を沈降濃縮して形成された底部のスラリーが、シックナー底抜き口を押圧するシックナーにおいて、前記シックナーのシックナーＵ／Ｆの流量を調整することによって、前記ベッド圧力の制御目標値になるように前記ベッド圧力を制御して前記シックナーのシックナーＵ／Ｆのスラリー濃度（Ｓｏｌｉｄ％）を調整して濃縮スラリーを得ることを特徴とするシックナーの管理方法である。

本発明の第２の発明は、第１の発明におけるシックナーＵ／Ｆの流量の調整が、前記ベッド圧力の制御目標値を、前記シックナーで処理する鉱石の種類の変更に伴って異なる値へと変更することを特徴とするシックナーの管理方法である。

本発明の第３の発明は、第１及び第２の発明における前記ベッド圧力が制御目標値より低い場合に、前記シックナーＵ／Ｆ流量を低下させ、前記ベッド圧力が制御目標値より高い場合に前記シックナーＵ／Ｆ流量を上昇させることで、前記シックナー内の澱物固体層の体積を一定に保ちスラリー濃度が安定した濃縮スラリーが得られることを特徴とするシックナーの管理方法である。

本発明の第４の発明は、第１から第３の発明におけるシックナーで処理する鉱石が、６．０質量％超のＳｉ品位のニッケル酸化鉱石で、前記シックナーＵ／Ｆの流量を、１５６〜１６４ｋＰａＧの範囲の制御目標値にベッド圧がなるように制御することで、スラリー密度が１．４０〜１．５１［ｔ／ｍ^３］の範囲にある濃縮スラリーが得られることを特徴とするシックナーの管理方法である。

本発明によれば、シックナー内下部に設置した圧力計により計測した「Ｂｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ（ｋＰａＧ）」（ベッド圧）を管理指標値に用い、シックナーＵ／Ｆ流量を調整することで、その管理指標値を制御して固体成分が高められた、即ちｓｏｌｉｄ％の高い濃縮スラリーを形成、回収でき、得られるＮｉ回収量を増加させる効果を有する。
また、本発明は、Ｎｉ酸化鉱石に含まれるＳｉ品位が高くなるほど効果を享受するもので、産業上顕著な効果を奏するものである。

鉱石の前処理工程で用いるシックナーのＵ／ＦおよびＯ／Ｆを概念的に示した図で、（ａ）はシックナーにおける材料フローの模式図で、（ｂ）はシックナー内でのＵ／Ｆ、Ｏ／Ｆの関係を示す断面模式図である。 本発明の実施例を説明する概略図である。 シックナーのＢｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅとシックナーＵ／Ｆスラリーのｓｏｌｉｄ％の関係を鉱石Ｓｉ品位で層別して示した図である。 ベッド圧に基づく流量制御を実施した場合と、しない場合の鉱石Ｓｉ品位とシックナーＵ／Ｆスラリーのｓｏｌｉｄ％の関係を示した図である。

以下、本実施の形態に係るシックナー底部から得られるスラリーの濃度を高めるシックナーの管理方法の詳細について説明する。なお、本実施の形態は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない限りにおいて適宜変更が可能である。

本実施の形態は、シックニング能力の異なるシックナーＳ_ＡおよびシックナーＳ_Ｂを図２のように接続し、シックナーＳ_Ａで予備濃縮して得られた中間鉱石スラリーＳＬ_１を、より高濃度まで濃縮しえるシックナーＳ_Ｂへ送液し、高ｓｏｌｉｄ％のシックナーＵ／Ｆを得るシックニング工程において、シックナーＳ_Ｂ内下部に設置した圧力計ＰＧ_Ｂを用いてシックナー底部のスラリーによるシックナー底抜き口での押圧力を表すベッド圧力の計測値を、管理指標値に用い、シックナーＳ_ＢのシックナーＵ／Ｆ流量を調整することによって、その管理指標値がベッド圧の制御目標値になるように制御してＳｏｌｉｄ％を調整した濃縮スラリー（シックナーＳ_ＢのシックナーＵ／Ｆ）を得るシックナーの管理方法である。

ここで、図２において、Ｓ_ＡはシックナーＡ、Ｓ_ＢはシックナーＢで、Ｔ_Ａ、Ｐ_ＡはそれぞれシックナーＡにスラリーを供給するタンクＡ、ポンプＡで、Ｔ_Ｂ、Ｐ_ＢはそれぞれシックナーＢにスラリーを供給するタンクＢ、ポンプＢで、ＳＬ_１は中間鉱石スラリー、ＰＧ_ＢはシックナーＢのシックナーＵ／Ｆの圧力値を計測する圧力計、ＦＭ_ＢはシックナーＢのシックナーＵ／Ｆの流量を計測する流量計である。

ここで、本実施の形態に係るシックナーとしては、特に限定されたものではないが、例えば、ニッケル酸化鉱石から有価金属を回収する湿式製錬法において、浸出工程へ送液する鉱石を濃縮したスラリーを得るためのシックナーが挙げられる。
設定する圧力値については、高ければ高いほどしっかりと濃縮できる点で良いが、高すぎることで沈殿層の量（通常、厚みと固体含有率のどちらも）が大きくなり、清澄液の濁度が上昇するリスクと、濃縮スラリーのｓｏｌｉｄ％が高くなりすぎて底抜き部が閉塞するリスクがある為、使用する鉱石に応じ適切な圧力を設定する必要がある。

このような、ｓｏｌｉｄ％を調整した濃縮スラリーを、後工程の浸出スラリーを得る浸出工程（２）へ送液することにより、ニッケル・コバルト混合硫化物の生産効率を増大させられることに加え、浸出工程（２）で使用する各種資材（硫酸、蒸気、石灰石）の使用量を削減することも可能となる。

このような本発明に係るシックナーの管理方法を用いることにより、このベッド圧とシックナーＵ／Ｆの密度の関係が、処理したニッケル酸化鉱石（品種）に注目して層別したところ、図３に示されるように鉱石に含まれるＳｉ品位に大きく依存することが見出された。

図３からは、特にＳｉ品位が高い（６．１質量％のプロット。Ｓｉ品位が６．０質量％超、６．１質量％以上であれば高いと言える）ニッケル酸化鉱石におけるベッド圧を、１５６〜１６４ｋＰａＧの範囲からさまざまな値を選んで制御目標値となるように制御することで、他の鉱石よりも敏感にスラリー密度が変化することが読み取れる。スラリー密度から液密度（≒１）を差し引いた残りが固形分の量に相当することからすると、高いベッド圧では高いスラリー密度すなわち高い固体含有率が得られると言える。
したがって、高い固体含有率を得るには、制御目標値として高いベッド圧（シックナーの大きさや希望する固体含有率に応じて選択すればよいが、たとえば１５６〜１６４ｋＰａＧの範囲における任意の点）を選択すればよい。

以下、実施例を用いて本発明を説明する。

能力の異なるシックナーＳ_Ａ、およびシックナーＳ_Ｂを、図２のように接続したシックニングプロセスにおいて得られる濃縮スラリーのｓｏｌｉｄ％および供給鉱石Ｓｉ品位の関係を、ベッド圧に基づく流量制御を実施した場合と、しない場合で比較した結果を散布図にして図４に示す。
図４より、ベッド圧に基づく流量制御を実施した場合、特にＳｉ品位の高い（６．０質量％＞）領域において、従来よりも高いｓｏｌｉｄ％を達成することが可能となった。

供給鉱石Ｓｉ品位を６．０質量％とした場合に、本実施例に係るシックナーの管理方法を用いて、供給鉱石に含まれるＮｉ成分の回収を図った。その結果を表１に示す。

供給鉱石Ｓｉ品位を８．０質量％とした場合に、本実施例に係るシックナーの管理方法を用いて、供給鉱石に含まれるＮｉ成分の回収を図った。その結果を表１に示す。

（従来例１）
供給鉱石Ｓｉ品位を６．０質量％とし、本実施例に係るシックナーの管理方法を用いずに、供給鉱石に含まれるＮｉ成分の回収を図ったところ、表１に示されるような結果が得られた。
（従来例２）

供給鉱石Ｓｉ品位を８．０質量％とし、本実施例に係るシックナーの管理方法を用いずに、供給鉱石に含まれるＮｉ成分の回収を図ったところ、表１に示されるような結果が得られた。

表１を参照するに、本発明のＵ／Ｆ流量制御を、Ｕ／Ｆの圧力値を管理指標値として用いるシーケンス制御によって、特にＳｉ品位が高い（＞６．０質量％）シックナーＵ／Ｆのｓｏｌｉｄ％がシーケンス導入前に比べて上昇する。同じＳｉ品位で比較した場合Ｓｉ品位＝６．０質量％で１．１％増大（４６．０５→４６．５６）、Ｓｉ品位＝８．０質量％で４．２％増大（４３．４７→４５．３１）した。この値に基づきスラリー流量２２５ｍ^３／ｈ、鉱石Ｎｉ品位１．０８質量％に享受できる経済効果を試算した結果を表１の右側に示すが、単位時間あたりのＮｉ回収量（すなわち生産性）は従来比でＳｉ品位が６．０質量％の場合に約０．７［ｔ／ｄａｙ］増加、Ｓｉ品位が８．０質量％の場合に約２．４［ｔ／ｄａｙ］増加し、高Ｓｉ品位の鉱石ほど、その効果を享受できることがわかる。

１ 沈殿層（澱物固体層）
２ 清澄液（Ｏ／Ｆ）
３ シックナー底抜き口
Ｓ シックナー
Ｓ_Ａ シックナーＡ
Ｓ_Ｂ シックナーＢ
Ｔ_Ａ タンクＡ（シックナーＡにスラリーを供給）
Ｐ_Ａ ポンプＡ
Ｔ_Ｂ タンクＢ（シックナーＢにスラリーを供給）
Ｐ_Ｂ ポンプＢ
ＳＬ_１ 中間鉱石スラリー
ＰＧ_Ｂ シックナーＢのシックナーＵ／Ｆの圧力値を計測する圧力計
ＦＭ_Ｂ シックナーＢのシックナーＵ／Ｆの流量を制御する流量計
シックナーＵ／Ｆ 濃縮スラリー

Claims (4)

1. 底部に固形物を沈降濃縮して形成された底部のスラリーが、シックナー底抜き口を押圧するシックナーにおいて、
   前記シックナーのシックナーＵ／Ｆの流量を調整することによって、前記ベッド圧力を所定の制御目標値へと制御して、前記ベッド圧力に対応するスラリー濃度（Ｓｏｌｉｄ％）の濃縮スラリーを得ることを特徴とするシックナーの管理方法。
2. 前記シックナーＵ／Ｆの流量の調整に用いる、前記ベッド圧力の制御目標値を、前記シックナーで処理する鉱石の種類の変更に伴って異なる値へと変更することを特徴とする請求項１に記載のシックナーの管理方法。
3. 前記ベッド圧力が制御目標値より低い場合に、前記シックナーＵ／Ｆ流量を低下させ、前記ベッド圧力が制御目標値より高い場合に前記シックナーＵ／Ｆ流量を上昇させることで、前記シックナー内の澱物固体層の体積を一定に保ちスラリー濃度が安定した濃縮スラリーが得られることを特徴とする請求項１又は２に記載のシックナーの管理方法。
4. 前記シックナーで処理する鉱石が、６．０質量％超のＳｉ品位のニッケル酸化鉱石で、
   前記シックナーＵ／Ｆの流量を、１５６〜１６４ｋＰａＧの範囲の制御目標値に前記ベッド圧がなるように制御することで、スラリー密度が１．４０〜１．５１［ｔ／ｍ^３］の範囲にある濃縮スラリーが得られることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシックナーの管理方法。

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