JP7147452B2 - 亜鉛硫化物除去用の濾過設備及びこれを用いたニッケルコバルト混合硫化物の製造方法 - Google Patents
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Description
先ず、本発明の実施形態の濾過設備が使用される脱亜鉛工程を含んだ低品位ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスについて図1を参照しながら説明する。この図1に示す湿式製錬プロセスは、原料としての低品位ニッケル酸化鉱石に対して粉砕及び篩別等の前処理を行って所定の粒度にすると共に水を加えてスラリーの形態に調製する鉱石スラリー調製工程S1と、該鉱石スラリー調製工程S1で調製された鉱石スラリーに硫酸を添加して高温加圧下で浸出処理を施す高温加圧酸浸出工程S2と、該高温加圧酸浸出工程S2で得た浸出スラリーに中和剤を添加してpHを所定範囲に調整する予備中和工程S3と、該予備中和工程S3でpH調整された浸出スラリーを多段洗浄することでニッケル及びコバルトと共に不純物元素を含む貴液を浸出残渣から分離する固液分離工程S4と、該貴液にpH調整剤を添加することで不純物元素を含む中和澱物を生成し、これを分離除去してニッケル及びコバルトと共に亜鉛を含む中和終液を得る中和工程S5と、該中和終液に硫化剤を添加することで亜鉛硫化物を生成し、これを濾過により除去してニッケル及びコバルトを含む脱亜鉛終液を得る脱亜鉛工程S6と、該脱亜鉛終液に硫化剤を添加することでニッケル及びコバルトを含む混合硫化物を生成した後、固液分離により該混合硫化物を回収する硫化工程S7と、該硫化工程S7の固液分離の際に排出される貧液に溶存する金属を除去(無害化とも称する)する最終中和工程S8とを有している。以下、これら工程の各々について説明する。
鉱石スラリー調製工程S1では、原料としての低品位ニッケル酸化鉱石を必要に応じてジョークラッシャーなどの粉砕機に投入して粉砕した後、所定の目開きを有するスクリーンで篩別して所定の粒度を有する鉱石を作製する。上記篩別は湿式で行ってもよく、この場合は粉砕した鉱石を適量の水と共に湿式スクリーンに導入することで、所定の粒度を有する鉱石を所望のスラリー濃度を有する鉱石スラリーの形態で篩下側に回収することができる。
高温加圧酸浸出工程S2では、上記鉱石スラリー調製工程S1で調製された鉱石スラリーをオートクレーブと称する圧力容器に硫酸と共に装入し、該鉱石スラリーに対して攪拌しながら3~4.5MPaG、220~280℃程度の高温高圧条件下で高圧酸浸出処理を施すことによって、pH0.1~1.0程度の浸出液と浸出残渣とからなる浸出スラリーを生成する。この高温加圧酸浸出工程S2では、浸出反応及び高温熱加水分解反応が生じ、ニッケル、コバルト等の硫酸塩としての浸出と、浸出された硫酸鉄のヘマタイトとしての固定化が行われる。但し、鉄イオンの固定化は完全には進行しないため、通常、得られる浸出スラリーの液部分には、ニッケル、コバルト等のほかに2価と3価の鉄イオンが含まれる。
予備中和工程S3では、上記高温加圧酸浸出工程S2にて得た浸出スラリーに例えば炭酸カルシウム等の中和剤を添加することで該浸出スラリーのpHを好ましくは2.0~6.0程度の範囲内に調整する。これにより、該浸出スラリーに含まれるフリー硫酸(浸出反応に関与しなかった余剰の硫酸、以下遊離硫酸ともいう)の中和処理が行われる。この浸出スラリーのpHが2.0より低いと、後工程の装置の接液部の腐食対策にかなりのコストがかかるので好ましくない。逆に浸出スラリーのpHが6.0より高いと、浸出スラリー中に浸出したニッケルが、洗浄の過程で析出して残渣として沈殿し、実収率を低下させるおそれがあるので好ましくない。
固液分離工程S4では、上記予備中和工程S3にてpH調整された浸出スラリーを直列に連結した複数基のシックナーからなる沈降分離設備に導入し、洗浄液を用いた連続向流洗浄法(CCD法)により多段洗浄しながら凝集剤を用いて固液分離を行う。これにより浸出残渣が除去され、ニッケル及びコバルトのほか亜鉛等の不純物元素を含む粗硫酸ニッケル水溶液からなる貴液が得られる。シックナーから抜き出された浸出残渣を含むスラリーは、必要に応じて後述する最終中和工程S8で中和処理された後、テーリングダムに移送される。なお、上記の洗浄液には、後工程の硫化工程S7において混合硫化物を固液分離により回収する時に液相側に排出される低pHの貧液を繰り返して利用するのが好ましい。
中和工程S5では、上記固液分離工程S4において浸出残渣から分離された粗硫酸ニッケル水溶液からなる貴液に炭酸カルシウム等のpH調整剤を添加してpH調整することで該貴液の酸化を抑制しながら不純物元素を含む中和澱物を生成する。この中和澱物を固液分離により除去することで、ニッケル及びコバルトのほか、主に亜鉛からなる不純物元素を含む中和終液が得られる。この中和工程S5では、中和終液のpHが4.0以下、好ましくは3.0~3.5、より好ましくは3.1~3.2になるように上記pH調整を行うのが好ましく、これにより貴液中に残留する主に3価の鉄イオンやアルミニウムイオンを中和澱物として除去できる。
脱亜鉛工程S6では、微加圧された容器内に導入した上記中和工程S5で処理された粗硫酸ニッケル水溶液からなる中和終液に硫化水素ガス等の硫化剤を吹き込むことで硫化処理を施し、これによりニッケル及びコバルトに対して亜鉛を選択的に硫化して亜鉛硫化物を生成させる。この亜鉛硫化物を濾過により除去することで、ニッケル及びコバルトを含む硫酸溶液からなる脱亜鉛終液が得られる。なお、この脱亜鉛終液は、通常は不純物成分として鉄、アルミニウム、マンガン等の金属イオンを各々数g/L程度含んでいる。
硫化工程S7では、加圧された容器内に導入した上記脱亜鉛終液に硫化水素ガス等の硫化剤を吹き込むことで硫化処理を施し、これによりニッケル及びコバルトを含む硫化物(ニッケルコバルト混合硫化物)を生成させる。このニッケルコバルト混合硫化物は濾過などの固液分離により回収することができ、その際、液相側に貧液が排出される。なお、この硫化工程S7で処理される脱亜鉛終液には前述したようにFe、Al、Mn等の不純物金属イオンが含まれている場合があるが、これら不純物成分はニッケル及びコバルトに比べて硫化物としての安定性が低く、よって上記ニッケルコバルト混合硫化物にはほとんど含有されない。
最終中和工程S8では、上記硫化工程S7の固液分離の際に排出される鉄、アルミニウム、マンガン等の不純物金属イオン及び未反応のNiイオンを含む貧液に対して、所定のpH範囲に調整する中和処理を施すことで、これら金属イオンをその濃度が排出基準を満たすまで除去する。なお、この最終中和工程S8では、上記の固液分離工程S4において貴液を固液分離する際に排出される浸出残渣スラリーも併せて排液として処理してもよい。これにより浸出残渣スラリーの液相に含まれる重金属の濃度も上記貧液と同程度に低減することが可能になる。
次に、上記の脱亜鉛工程S6において用いられる本発明の実施形態の濾過設備を備えた脱亜鉛処理設備について説明する。この脱亜鉛処理設備は、上記中和工程S5で処理された粗硫酸ニッケル水溶液からなる中和終液を装入すると共に、この中和終液に硫化水素ガス等の硫化剤を吹き込んで硫化反応を行う脱亜鉛反応槽と、該硫化反応により生成した亜鉛硫化物と硫化反応終液とからなるスラリーを貯留するスラリータンクと、該スラリータンクから抜き出されたスラリーを濾過して該亜鉛硫化物(硫化亜鉛澱物)を除去する濾過設備とを有している。以下、該脱亜鉛処理設備を構成するこれら機器の各々について説明する。
脱亜鉛反応槽には上述した中和工程S5にて中和処理された粗硫酸ニッケル水溶液からなる中和終液が装入されると共に、この脱亜鉛反応槽内に装入した粗硫酸ニッケル水溶液に硫化水素ガスが吹き込まれる。これにより硫化反応が生じ、粗硫酸ニッケル水溶液に含まれる亜鉛から亜鉛硫化物が生成し、ニッケル回収用の母液となる。硫化処理後の脱亜鉛終液には亜鉛がほとんど含まれなくなる。この亜鉛硫化物を含むスラリーは、脱亜鉛反応槽から抜き出されてスラリータンクに移送される。
上記脱亜鉛反応槽において生成された亜鉛硫化物を含むスラリーは、後段の濾過設備に送液される前にスラリータンク内に一時的に貯留される。このスラリータンクはバッファータンクの役割を担っており、通常の操業時において濾過設備に供給するスラリーの流量が所定の流量を維持するように調整することが可能になる。なお、このスラリータンクに貯留されるスラリーは、一般的には温度が50~80℃程度、スラリー濃度が200~500mg/L程度、pHが2.4~4.0程度である。
上記スラリータンクから抜き出されたスラリーを濾過する濾過設備は、濾過機に導入するスラリーの昇圧を行うスラリーポンプと、その吐出側の所定の目開きのフィルター(濾布)を有する好適には密閉型でケーキ濾過型の濾過機とからなる濾過ユニットが3基並列に接続された構造を有している。この濾過設備は、更に該濾過機で固形分が分離された後の濾液を貯留する濾液タンクと、該濾過機を逆洗する逆洗ユニットと、これら複数の濾過ユニットのスラリーポンプと濾過機との接続配管を相互に連通させる連通管とを有している。かかる構造の濾過設備により、前段のスラリータンクから送液される亜鉛硫化物を含むスラリーから該亜鉛硫化物が除去される。
次に、上記した本発明の実施形態の濾過設備の操業方法について説明する。通常の濾過運転時では、脱亜鉛反応槽で生成した亜鉛硫化物を含むスラリーは連続的にスラリータンク1に送られる。このスラリータンク1から抜き出されたスラリーは、スラリーポンプ12、22及び32で昇圧された後、分岐管11、21及び31を経てそれぞれ濾過機13、23及び33に導入される。これら濾過機13、23及び33で亜鉛硫化物の分離除去が行われた後、濾液として脱亜鉛終液が排出される。この脱亜鉛終液は濾液タンク2に送られる。
2 濾液タンク
11、21、31 分岐管
12、22、32 スラリーポンプ
13、23、33 濾過機
14、24、34 1次側バルブ
15、25、35 2次側バルブ
40 逆洗ユニット
41 逆洗液供給配管系
42 逆洗排液排出配管系
50 連通管
51、52、53 繋ぎ込みバルブ
Claims (5)
- 低品位ニッケル酸化鉱石の浸出液を中和処理してニッケル及びコバルトと共に亜鉛を含む中和終液を得る中和工程と、該中和終液に硫化処理を施して生成した亜鉛硫化物を含むスラリーを、スラリーポンプ及びその吐出側の濾過機からなる濾過ユニットが複数基並列に接続された濾過設備に導入して該亜鉛硫化物を除去する脱亜鉛工程と、該脱亜鉛工程で得た脱亜鉛終液を硫化処理してニッケル及びコバルトを混合硫化物として回収する硫化工程とからなるニッケルコバルト混合硫化物の製造方法であって、
前記複数の濾過機のうちの1台を逆洗する際、その上流側のスラリーポンプで昇圧したスラリーをバルブを備えた連通管を介してその他の濾過機の1次側に導入することを特徴とするニッケルコバルト混合硫化物の製造方法。 - 前記中和工程、前記脱亜鉛工程及び前記硫化工程の立ち上げの際も、前記複数の濾過機のうちのいずれか1台の上流側のスラリーポンプで昇圧したスラリーをバルブを備えた連通管を介してその他の濾過機に導入することを特徴とする、請求項1に記載のニッケルコバルト混合硫化物の製造方法。
- 低品位ニッケル酸化鉱石の浸出液に対して中和処理後に硫化処理を施して生成した亜鉛硫化物を含むスラリーから該亜鉛硫化物を除去して脱亜鉛終液を得る濾過設備であって、スラリーポンプ及びその吐出側の濾過機からなる濾過ユニットが複数基並列に接続されており、且つ該複数の濾過ユニットの該スラリーポンプと該濾過機の1次側との接続配管がバルブを備えた連通管で相互に接続されていることを特徴とする濾過設備。
- 前記濾過機が密閉型であることを特徴とする、請求項3に記載の濾過設備。
- 前記濾過機がケーキ濾過型であることを特徴とする、請求項3又は4に記載の濾過設備。
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