JP7018063B2 - バイヤー法によるアルミナ製造の残渣からの、または前記残渣に類似の化学組成を有する材料からの金属、希少金属および希土類金属の濃縮物の製造方法、ならびにそのようにして得られた濃縮物の精製 - Google Patents
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Description
- ボーキサイトの粉砕;
- NaOHの10%水溶液中でのボーキサイトの温浸。ボーキサイト中に存在するアルミナの熱可溶化はこの工程の間に起こる。この工程の間の温度は、約150℃(三水和物アルミナの可溶化)~高反応圧力での250℃(可溶化一水和物アルミナ用)に及び得る;
- デカンテーションおよび濾過による不溶物(赤泥)の分離;
- 温度を下げることによるAl(OH)3の沈殿;
- Al(OH)3のか焼により無水アルミナ、Al2O3を得る。
- 60~250℃の温度で処理される材料の任意の粉砕および乾燥;
- 結晶水も除去するための任意の焙煎;
- 乾燥または焙煎を受けた生成物の任意の粉砕;
- SiO2、MgO2、CaOまたはケイ砂を添加することによって、混合物の塩基度指数を変更することができる成分と混合する。塩基度指数は、溶融過程の間の、鉱物マトリックス等の挙動を決定するための基本パラメータである。四元形式では、塩基度指数は以下の式で表すことができる:
- 必要に応じて上記のように前処理された材料の、先行技術のいずれかを用いた、1300℃以上の溶融浴の作動温度を保証することができる適切な反応器、例えば回転炉内での溶融。好ましい実施形態では、反応器は、EAF(電気アーク炉)型、プラズマ移行アーク型、プラズマ非移行アーク型、マイクロ波プラズマ、ブラウンガス反応器および電解触媒ガス反応器であり得る;
- アルミニウム、チタンおよび他の金属、希少金属および希土類金属が豊富な生成物(スラグ)の生成;
- 銑鉄と同等の低品質の溶融金属生成物の生成を伴う、鉄の同時分離。
- 第一濃縮工程で溶融から出るスラグは、アルカリ塩または炭酸塩のアルカリ土類金属が添加されている次の反応器に直接送られる。スラグは炭酸塩と反応するまで液体状態に保たれなければならないため、その初期温度は約1500℃となる;炭酸塩と混合した後、温度を1000℃に下げ、制御された冷却を続けながら、500℃未満の温度に下げる。これらの作用の目的は、いわゆる自己崩壊の現象を利用して、不完全に凝集したマトリックスを粉末の形態で得ることである。これらの特性を有するマトリックスは、後続の処理工程をより効率的にする、すなわち、アルミニウムをアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水和塩の形態でいくつかの他の化合物と共に溶解する塩基性範囲で浸出する。浸出操作の終わりに、固体はさらに希少金属および希土類金属の濃縮を受け、必要ならば、第二濃縮工程、選択肢Bに進む。
- 第一濃縮工程で溶融から出たスラグを100℃未満の温度に冷却する。次いで材料を微粉砕して比表面積を最大にする。粒子は、好ましくは0.2mm未満の平均粒径を有していなければならない。
- 粉砕した材料は、その後の酸浸出に進む;使用する酸は希硝酸溶液であり、その濃度は少なくとも0.3N、好ましくは0.6Nでなければならない。
酸浸出から生じ、溶液中に希少金属および希土類金属、ならびに微量ではない他の元素を含有する液体を、陽イオン型の選択的イオン交換樹脂上で処理する。
この工程の間、目的は、マトリックス中に存在する鉄含有量を劇的に選択的に減少させることであり、両方とも目的の元素の濃縮効果を得るが、それは鉄がその後の濃縮および分離工程で使用される方法にとって重要な妨害元素であるためである。
- 第一濃縮工程で溶融から出たスラグを、100℃未満の温度に冷却する。次いで材料の微粉砕を実施し、0.2mm未満の平均粒度を得る。このようにして、比表面積が最大化され、浸出反応が改善される。粉砕された材料は次の酸浸出に進む;使用する酸は、0.6Nの濃度の希硝酸溶液である。
酸浸出から生じ、溶液中に希少金属および希土類金属、ならびに微量ではない他の元素を含有する液体を、陽イオン型の選択的イオン交換樹脂上で処理する。
Claims (20)
- ボーキサイトの処理から生じる粉末副生成物(赤泥)中に存在する金属、レアメタルおよび希土類金属の濃縮方法、ならびにそれらを個々の生成物に変換してバイヤー法で使用するための、および/またはそれらをそれぞれの市場に送るための方法であって、以下の段階を含む方法:
・存在する鉄を分離するための、以下の操作を含む第一濃縮工程:
- 0.1~2.0の範囲の値を有する塩基度指数をもたらすように、他のプロセスの廃棄物であるフライアッシュと呼ばれる、混合物の塩基度指数を変更することができる成分との混合;
- 前記フライアッシュの還元作用を補うための炭素含有還元物質とのさらなる混合;
- 第一反応器中、溶融浴の操作温度≧1300℃での材料の溶融;
- アルミニウム、チタンおよび他の金属、レアメタルおよび希土類金属が富化された生成物を得て、下部の溶融金属生成物が銑鉄と同等の最低品質を有する鉄合金の形態で分離される上部スラグに合流させること;
・塩基(アルカリ)浸出または酸浸出を伴い得る、アルミニウムおよびケイ素を含有する化合物を分離するための第二濃縮工程であって、アルカリ浸出の場合には、以下の操作を含む工程:
- 第一濃縮工程の反応器から出てくる溶融スラグを第二反応器に送り、そこで1000℃の温度でアルカリおよび/またはアルカリ土類金属炭酸塩をそれに加え、次いでそれを≦500℃の温度に冷却すること;
- アルミニウムをアルカリおよび/またはアルカリ土類金属の水和塩の形態で、およびSiをケイ酸の形態で溶解させるために、得られた生成物をアルカリ浸出すること;
- シリカを分離するために得られた液体を石灰乳で処理し、次いでCO2でAl(OH)3を沈殿させ、これを分離し、か焼してAl2O3を得ること;
- 残留液体を塩基浸出セクションの先頭に送ること;
- 浸出操作の終わりに、より高濃度のレアメタルおよび希土類金属含有量を有する固体を得ること。 - アルミニウムとケイ素を含有する化合物を分離するための、および酸浸出を伴う前記第二濃縮工程が、以下の操作を含む、請求項1に記載の方法;
- 前記第一濃縮工程において前記反応器から出たスラグを100℃未満の温度に冷却すること;
- 得られた生成物を平均粒径0.2mm未満の粒子に微粉砕して比表面積を最大にすること;
- 前記酸浸出からの未溶解残留物の分離ならびにAlおよびSi化合物の抽出のための処理を伴う、チタンおよび他の存在し得る微量元素と共にレアメタルおよび希土類金属を抽出するための硝酸水溶液≧0.3Nによる酸浸出。 - 以下が提供される、請求項2に記載の方法:
・以下の操作を含む第三濃縮工程:
- 前記酸浸出後の前記硝酸水溶液の濾過;
- 溶液中にレアメタル、希土類金属、および鉄、アルミニウム、カルシウム、チタン、ナトリウムである望ましくない金属を含む濾過された液体を、陽イオン型の選択的イオン交換樹脂に通過させ、その活性部位で上記金属の陽イオンがブロックされること;
- 得られた陽イオン交換樹脂から、前記望ましくない金属のみを、1.25N~1.75NのHNO3水溶液を用いて選択的に除去すること;
- 3N~10NのHNO3水溶液を用いる、前記望ましくない金属が除去された陽イオン交換樹脂からのレアメタルおよび希土類金属の後続の抽出により、陽イオン樹脂の再生および次の濃縮サイクルにおけるその使用がもたらされること;
- 得られた溶液から、個々の抽出されたレアメタルおよび希土類金属を既知の技術により選択的に分離すること。 - 前記混合物の塩基度指数が、石炭フライアッシュによって変えられる、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- 処理を受ける材料を溶融するための前記第一反応器が、EAF(電気アーク炉)型、プラズマ移行アーク型、プラズマ非移行アーク型、マイクロ波プラズマの反応器、ブラウンガス反応器および電気分解触媒ガス反応器を含む群から選択される、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記酸浸出が、≧0.3Nの希硝酸水溶液を用いて行われる、請求項2~5のいずれか一項に記載の方法。
- 処理を受ける前記材料と前記硝酸水溶液との間の比(重量/容積)が1/2~1/50である、請求項2~6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記酸浸出中の温度が、大気圧で40℃~95℃である、請求項2~7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記酸浸出の持続時間が15分~120分である、請求項2~8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記酸浸出操作が少なくとも1回繰り返される、請求項2~9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記非可溶化残渣が、デカンテーションまたは濾過技術によって前記酸浸出液から分離される、請求項2~10のいずれか一項に記載の方法。
- 鉄、アルミニウム、カルシウム、チタン、ナトリウムである望ましくない金属のみの、前記第三濃縮工程における前記選択的除去が、1.25N~1.75Nの硝酸水溶液を前記陽イオン交換樹脂に通すことによって達成される、請求項3~11のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項3~12のいずれか一項に記載の方法であって、前記レアメタルおよび希土類金属が、3N~10Nの硝酸水溶液を使用して、鉄、アルミニウム、カルシウム、チタン、ナトリウムである望ましくない金属を既に除去した前記陽イオン交換樹脂から抽出され、このようにして再生されたものが、次の樹脂濃縮サイクルに利用可能である、方法。
- 前記レアメタルおよび希土類金属に富む溶液を選択的分離のための既知の技術にかけ、前記富化溶液の個々の成分を別々に得る、請求項2~13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記選択的分離が有機溶媒を用いて行われる、請求項14に記載の方法。
- 前記有機溶媒が、DEHPA、ジ-(2-エチルヘキシル)リン酸である、請求項1~15のいずれか一項に記載の方法。
- 濃縮を受けるレアメタルおよび希土類金属がスカンジウム、イットリウムおよびランタンである、請求項1~16のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第一濃縮工程が、60~250℃の温度で処理される材料の粉砕および乾燥をさらに含む、請求項1~17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第一濃縮工程が、結晶水も除去するための焙煎をさらに含む、請求項1~18のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第一濃縮工程が、得られた生成物の粉砕をさらに含む、請求項1~19のいずれか一項に記載の方法。
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