JP7453339B2 - 酸化鉱石から金属を回収する方法 - Google Patents
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Description
本開示は、酸化鉱石、特に多金属団塊から有価金属を回収する方法に関する。多金属団塊は、深海団塊又は深海マンガン団塊とも呼ばれ、海底の酸化鉄及び酸化マンガンの同心層で形成された岩石の塊である。
開示された方法は、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、及びＭｎの回収に適しており、それらはそのような多金属団塊の中で関心が持たれる主要金属である。
現在まで、最も経済的に関心が持たれる団塊は、クラリオンクリッパートン断裂帯（ＣＣＦＺ）で発見されている。この領域の団塊は、通常２７％Ｍｎ、１．３％Ｎｉ、１．１％Ｃｕ、０．２％Ｃｏ、６％Ｆｅ、６．５％Ｓｉ、及び３％Ａｌを含有する。経済的に関心が持たれる他の元素は、Ｚｎ、Ｍｏ及び希土類である。他の相当な大きさの堆積物は、クック諸島近くのペンリン海盆、南東太平洋のペルー海盆及びインド洋ノジュールフィールド（ＩＯＮＦ）と呼ばれる海域で発見されている。
７０年代から、多金属団塊を処理するために多くの方法が調べられてきた。利用可能な方法の最近の包括的な概説は、Ｔ． Ａｂｒａｍｏｖｓｋｉらによる論文、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ、５２、２、２０１７、２５８～２６９頁に見出すことができる。Ｋｅｎｎｅｃｏｔｔ社及びＩＮＣＯ社は、工業プロセスの開発を試みた。Ｋｅｎｎｅｃｏｔｔ社は、銅アンモニアプロセスを開発し、一方いくつかの会社は、硫酸塩、塩化物及び硝酸塩媒体における湿式冶金プロセスを開発した。ＩＮＣＯ社は、マットの生成を伴う乾式冶金プロセスを研究した。つい最近、合金の生成が提案されている。これらのプロセスはどれもパイロット規模以上に進んでいない。
銅プロセス（Ｃｕｐｒｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）は、Ｃｏ回収が少なく、ＣＯガスによる団塊の還元が遅く、且つマンガン残渣の品質が低いという問題に直面している。オートクレーブ浸出を利用して浸出残渣中のＭｎ及びＦｅを排除するラテライトプロセスに由来する硫酸塩プロセスは、浸出の技術的問題及びＭｎの不十分な価値向上に直面している。他の硫酸塩系プロセスは、莫大な試薬の消費及び／又は致命的な硫酸アンモニウムの生成をもたらす。塩化物及び硝酸塩経路は、熱加水分解及び熱分解による試薬の再生のためのエネルギー消費が高い。乾式冶金処理前の団塊の乾燥も、高いエネルギー消費をもたらす。
これに関して、米国特許第３，９０６，０７５号は、ＳＯ２及び硫酸を用いた一段階浸出プロセスを開示していることに留意すべきである。Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、及びＣｕは、同時に浸出される。この文献はまた、ＭｎＳＯ４としてのマンガンの結晶化、それに続くその酸化物への分解、それによる浸出工程で再利用するためのＳＯ２の生成も例示している。ＭｎＳＯ４は、Ｆｅを溶解させないままにするように強いると言われているので、浸出工程に加えられる。Ｃｕは、単一の浸出液流から抽出される。処理すべき量を考慮すると、このプロセスの費用及び複雑さは無視できないが、液－液抽出が通常使用される。
費用のかかる除鉄工程が溶液を浄化するのに必要とされるので、浸出液中のＦｅは望ましくないことが先行技術で認識されている。したがって、浸出液への高濃度のＭｎＳＯ４の添加を含む、比較的穏やかな浸出条件が提案されている。高いＳＯ４濃度は、Ｆｅ溶解度を制限する可能性があると仮定されており；しかしながら、その場合Ｃｏ及びＮｉで最適に満たない回収率が観察されている。
Ｔ． Ａｂｒａｍｏｖｓｋｉら、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ、５２、２、２０１７、２５８～２６９頁
本発明の方法は、とりわけ、Ｆｅ関連の問題の非常に異なる取扱いを特徴とする。鉱石を溶解する工程においてＦｅの浸出を制限する試みは全くない。これに反して、Ｆｅは、溶解され、ＭｎＳＯ４結晶化の工程まで溶液のままで保持される。次いで混合したＭｎ－Ｆｅ残渣が得られ、それは、熱処理後、鉄鋼又はマンガン産業に適したＭｎ－Ｆｅ酸化物をもたらしやすい。優れたＣｕ、Ｃｏ、及びＮｉ収率が得られ、一方でＦｅはＭｎと一緒に浸出及び価値向上される。
酸化鉱石からＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、及びＭｎの回収に適している開示された方法は、Ｈ２ＳＯ４及びＳＯ２を用いて、酸性条件で鉱石を溶解し、それによってＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、及びＭｎを含む第１溶液と第１残渣を得る工程と、それに続く第１溶液と第１残渣のＳ／Ｌ分離の工程を含む。
この工程に適した終点ｐＨは、好ましくは２以下になる。次いで、Ｆｅを含む、回収することを目的とした金属に対して良好な浸出収率が観察される。還元される金属に関して好ましくは化学量論的な量でＳＯ２が浸出溶液に直接注入される。
第１の代替によれば、溶液中のＣｕは、硫化物を含む化合物の添加によって硫化物として、又はＣｕよりも容易に酸化される金属の添加によって金属として、沈殿によって回収することができ、それによってＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ及びＭｎを含む酸性第２溶液とＣｕを含む第２残渣が得られ、第２溶液と第２残渣がＳ／Ｌ分離される。
第２の代替によれば、Ｃｕは、電解抽出又はＳＸを用いて、抽出によって回収することができ、それによってＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ及びＭｎを含む酸性第２溶液とＣｕを含む流れが得られる。
このＣｕ回収工程の間、特に硫化物を含む化合物としてＨ２Ｓ又はＮａＨＳを用いてＣｕを沈殿させる場合、ｐＨは、陽子が解放されるためにいくらか低下する可能性がある。このｐＨの低下は、次のプロセス工程で中和剤として作用する酸消費化合物をより多く必要とする以外に有害な影響はなく、それは第１酸消費化合物の添加による第２溶液のｐＨ２から５への中和であり、それによってＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、及びＭｎを含む中和された第３溶液が得られる。
次の工程では、Ｃｏ及びＮｉを、第３溶液への硫化物を含む化合物の添加によって沈殿させ、それによってＦｅ及びＭｎを含む第４溶液とＣｏ及びＮｉを含む第４残渣が得られ、それらは分離される。
このＣｏ及びＮｉ回収工程の間、ｐＨは再度、陽子が更に解放されるためにいくらか低下する可能性がある。ｐＨが２から７に達するために、より多くの中和剤を加えることができる。装置の腐食を防ぐために、中和溶液で次の工程であるＭｎ及びＦｅの結晶化を操作することが確かに好ましい。
中和工程では、ＣａＣＯ３を酸消費化合物として使用してもよい。これは、好ましくは追加のＳ／Ｌ分離工程で分離すべき固体であるセッコウを生成する。ろ過を必要とする固体の生成は、中和剤としてＭｎＣＯ３又はＭｎ（ＯＨ）２を用いることによって回避又は最小限にすることができる。これらの２つの生成物は、後述のように、抽気流の処理において有利に生成することができる。
Ｍｎ及びＦｅは、結晶化によって第４溶液から一緒に回収され、それによって少量のＭｎを含有する第５溶液（母液）と、Ｍｎ及びＦｅの大部分を含有する第５残渣が得られる。結晶は、母液から分離される。
Ｍｎ及びＦｅの結晶化は、蒸発によって行なうことができる。或いは、Ｍｎ及びＦｅの溶解限度が温度と共に大幅に減少するので、結晶化は、加熱によって誘導することができる。その場合、１２０℃超、又は更には１７０℃超の温度が好ましい。
結晶化は、母液中のこれらの元素を完全に排出しないので、母液は、依然としていくらかの残留溶解Ｍｎ及びＦｅを含有することになる。これらの金属は、以下の実施形態に従って回収することができる。
本明細書において、母液を第１及び第２画分に分割し、第１画分は、溶解の工程に再循環させる。第２画分（抽気流）中のＭｎ及びＦｅは、Ｎａ２ＣＯ３又はＮａＯＨ等の第２酸消費化合物の添加によって炭酸塩又は水酸化物として沈殿させ、それによってＭｎ及びＦｅが激減した第６溶液とＭｎ及びＦｅに富んだ第６残渣が得られ、それらは分離される。上記の説明を参照すると、これらの炭酸塩又は水酸化物を酸消費化合物として中和の工程に再循環させると有利である。
抽気流はまた、Ｎａ及びＫ等の微量元素への排出をもたらし、他の場合には、プロセスが継続的に実行されるときに望ましくないレベルに蓄積する可能性がある。Ｃａ系化合物は、セッコウ中のＭｎの希釈をもたらすことになるので、第２酸消費化合物は、有利にはＮａ又はＫ系である。
別の実施形態は、第５残渣の熱分解の工程を含み、それによって酸化Ｍｎを含む第７残渣及びＳＯ２が得られる工程と、溶解の工程にＳＯ２を分離する及び再循環させる方法に関する。この方法における熱分解は、生成物を８５０～１０００℃に加熱することによって達成される。
別の実施形態は、第６溶液の逆浸透の工程を含み、それによって実質的に純水及び濃縮塩溶液が得られる方法に関する。水は、例えば残渣を洗浄するために、前の工程で再利用でき、次いで鉱石を溶解する工程に再循環させる。濃縮塩溶液は、排出してもよい。
別の実施形態は、鉱石が深海団塊である上記の方法のいずれかに関する。
以下の実施例は、本発明を更に例示している。
［実施例１］
［実施例１］
ＣａＣＯ３を用いた中和
Ｄ５０が１００μｍに粉砕した多金属団塊１ｋｇ（乾燥状態）を水３．１Ｌにブレンドする。スラリーを５００ｒｐｍで連続撹拌し、９５℃に加熱する。合計５１０ｇのＳＯ２ガスをスラリーに１．５時間吹き込む。その後、Ｈ２ＳＯ４ ２８０ｇを、２時間でゆっくり加える。この添加中に、いくらかのＳＯ２が溶液から放出され、その結果４００ｇが効果的に消費される。ｐＨは１．６に達している。スラリーをろ過によって分離する。溶液は、９ｇ／Ｌ Ｈ２ＳＯ４を含有する。固体は洗浄する。
Ｄ５０が１００μｍに粉砕した多金属団塊１ｋｇ（乾燥状態）を水３．１Ｌにブレンドする。スラリーを５００ｒｐｍで連続撹拌し、９５℃に加熱する。合計５１０ｇのＳＯ２ガスをスラリーに１．５時間吹き込む。その後、Ｈ２ＳＯ４ ２８０ｇを、２時間でゆっくり加える。この添加中に、いくらかのＳＯ２が溶液から放出され、その結果４００ｇが効果的に消費される。ｐＨは１．６に達している。スラリーをろ過によって分離する。溶液は、９ｇ／Ｌ Ｈ２ＳＯ４を含有する。固体は洗浄する。
溶液中のＣｕは、第１硫化物沈殿で沈殿する。それにより溶液は、８０℃にして、３００ｒｐｍで連続撹拌する。アルゴンを液面に吹き付ける。Ｈ２Ｓ ６．２ｇ（すなわち１００％化学量論に基づいて）を溶液に２時間通気する。スラリーをろ過し、固体を水で洗浄し、真空乾燥機中４０℃で乾燥する。この溶液は、この時点で１４ｇ／Ｌ Ｈ２ＳＯ４を含有する。
Ｎｉ及びＣｏ沈殿を成功させるには、溶液を中和する必要がある。このために、溶液を７５℃にして、３００ｒｐｍで撹拌し、アルゴンを液面に吹き付ける。ＣａＣＯ３５１．２ｇを水０．１５Ｌに溶かして懸濁液にする。このスラリーを溶液にゆっくり加える。セッコウを形成し、それを分離する。次に、溶液のｐＨが目標値３に達する。
ＮａＨＳを用いて溶液からＮｉ及びＣｏを回収する。溶液を７０℃にして、３００ｒｐｍで連続撹拌する。アルゴンを液面に吹き付ける。Ｓ／Ｌ ３８ｇを含有するＮａＨＳ溶液２６４ｍＬ（すなわち１２０％化学量論に基づいて）を、３ｍＬ／分の速度で溶液に加える。スラリーをろ過し、固体を水で洗浄し、真空乾燥機中４０℃で乾燥する。
溶液をオートクレーブに入れ、１７６℃にする。これらの条件下で、ＭｎＳＯ４とＦｅＳＯ４の両方の溶解度が減少し、それらの結晶化をもたらす。熱ろ過を用いて結晶を液相から分離して、結晶の再溶解を防ぐ。
異なるろ液並びに残渣の量及び組成をＴａｂｌｅ ３（表３）に示す。溶解（Ｐ１）及び沈殿工程（Ｐ２、Ｐ４、Ｐ５）の収率をＴａｂｌｅ ４（表４）に示す。
プロセス工程毎の金属収率は、最も満足なものと見なされる。
［実施例２］
［実施例２］
ＭｎＣＯ３を用いた中和
この実施例は、実施例１に類似している。しかしながら、ＣａＣＯ３の代わりに再循環させた炭酸Ｍｎ及びＦｅを中和剤として使用する。その結果、セッコウが形成されず、対応するろ過工程が排除される。
この実施例は、実施例１に類似している。しかしながら、ＣａＣＯ３の代わりに再循環させた炭酸Ｍｎ及びＦｅを中和剤として使用する。その結果、セッコウが形成されず、対応するろ過工程が排除される。
Ｃｕ沈殿後、溶液を中和する必要がある。このために、以下に示すように調製したポンプ注送可能なスラリーの画分を、酸消費化合物として溶液にゆっくり加える。炭酸Ｍｎ及びＦｅの混合物５８．８ｇを含有する量を加える場合、溶液のｐＨが、目標値３に達する。
次に、実施例１に従って、結晶化によってＭｎ及びＦｅを回収する。
結晶化工程後に依然として母液中に存在するＭｎ及びＦｅは、Ｎａ２ＣＯ３ ６６．８ｇの添加によって炭酸塩として沈殿させる。スラリーをろ過し、残渣を洗浄し、乾燥させる。それは、炭酸Ｍｎ及びＦｅの混合物９２．４ｇを含有する。次いで、この残渣を、水０．２８Ｌで希釈して、ポンプ注送可能なスラリーを作成する。このスラリーの一部を、上記の工程で酸消費化合物として使用する。
連続プロセスでは、母液の画分だけに対して沈殿工程を行なうことが有利となり、この画分は、中和工程における酸消費化合物の必要性によって決定されることに留意すべきである。次いで母液の残りは溶解工程へ再循環させることができる。
異なるろ液並びに残渣の量及び組成をＴａｂｌｅ ５（表５）に示す。溶解（Ｐ１）及び沈殿工程（Ｐ２、Ｐ４、Ｐ５）の収率をＴａｂｌｅ ６（表６）に示す。
プロセス工程毎の収率が、実施例１と同様に満足なものであっても、実施例２に基づく中和方法を適用すると、Ｍｎの全収率はより高くなる。実際は、結晶化後の母液中のＭｎの大部分は、この場合、結晶化工程で回収され、取り出される。
Ｐ１ 鉱石の溶解
Ｐ２ Ｃｕの回収
Ｐ３ 中和
Ｐ４ ＣｏとＮｉの沈殿
Ｐ５ ＭｎとＦｅの結晶化
Ｐ６ 熱分解
Ｐ７ Ｍｎの沈殿（抽気中）
Ｐ８ 逆浸透
Ｒ０ 鉱石
Ｒ１ 第１残渣
Ｒ２ 第２残渣
Ｒ３ 第３残渣
Ｒ４ 第４残渣
Ｒ５ 第５残渣
Ｒ６ 第６残渣
Ｒ７ 第７残渣
Ｓ１ 第１溶液
Ｓ２ 第２溶液
Ｓ３ 第３溶液
Ｓ４ 第４溶液
Ｓ５ 第５溶液
Ｓ５ａ 第５溶液の第１画分
Ｓ５ｂ 第５溶液の第２画分
Ｓ６ 第６溶液
Ｓ７ 第７溶液
Ｓ８ 第８溶液
Ｐ２ Ｃｕの回収
Ｐ３ 中和
Ｐ４ ＣｏとＮｉの沈殿
Ｐ５ ＭｎとＦｅの結晶化
Ｐ６ 熱分解
Ｐ７ Ｍｎの沈殿（抽気中）
Ｐ８ 逆浸透
Ｒ０ 鉱石
Ｒ１ 第１残渣
Ｒ２ 第２残渣
Ｒ３ 第３残渣
Ｒ４ 第４残渣
Ｒ５ 第５残渣
Ｒ６ 第６残渣
Ｒ７ 第７残渣
Ｓ１ 第１溶液
Ｓ２ 第２溶液
Ｓ３ 第３溶液
Ｓ４ 第４溶液
Ｓ５ 第５溶液
Ｓ５ａ 第５溶液の第１画分
Ｓ５ｂ 第５溶液の第２画分
Ｓ６ 第６溶液
Ｓ７ 第７溶液
Ｓ８ 第８溶液
Claims (7)
- 酸化鉱石からＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ及びＭｎを回収する方法であって：
－ Ｈ２ＳＯ４及びＳＯ２を用いて、酸性条件で鉱石を溶解し（Ｐ１）、それによってＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、及びＭｎを含む第１溶液（Ｓ１）と第１残渣（Ｒ１）が得られる工程；
－ 第１溶液と第１残渣をＳ／Ｌ分離する工程；
－ Ｃｕを：
－ 硫化物を含む化合物の添加によって硫化物として、又はＣｕよりも容易に酸化される金属の添加によって金属として沈殿させ、それによってＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、及びＭｎを含む酸性第２溶液（Ｓ２）とＣｕを含む第２残渣（Ｒ２）が得られる工程；並びに、
－ 第２溶液と第２残渣をＳ／Ｌ分離する工程；
或いは：
－ 電解抽出又はＳＸによって抽出し、それによってＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、及びＭｎを含む酸性第２溶液（Ｓ２）とＣｕを含む流れが得られる工程；
のいずれかによって回収する工程（Ｐ２）；
－ 第１酸消費化合物を添加することにより、第２溶液（Ｓ２）をｐＨ２から５に中和（Ｐ３）し、それによってＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、及びＭｎを含む中和された第３溶液（Ｓ３）が得られる工程；
－ 硫化物を含む化合物を第３溶液に添加することにより、Ｃｏ及びＮｉを沈殿（Ｐ４）させ、それによってＦｅ及びＭｎを含む第４溶液（Ｓ４）とＣｏ及びＮｉを含む第４残渣（Ｒ４）が得られる工程；
－ 第４溶液と第４残渣をＳ／Ｌ分離する工程；
－ 第４溶液から硫化物としてＭｎ及びＦｅを結晶化（Ｐ５）させ、それによって少量のＭｎを含有する第５溶液（Ｓ５）とＭｎ及びＦｅの大部分を含有する第５残渣（Ｒ５）が得られる工程；並びに、
－ 第５溶液と第５残渣をＳ／Ｌ分離する工程
を含む、方法。 - 中和工程において、第１酸消費化合物がカルシウムを含有し、それによって第３残渣（Ｒ３）が得られ、追加の：
－ 第３溶液と第３残渣をＳ／Ｌ分離する工程
を含む、請求項１に記載の方法。 - － 第５溶液（Ｓ５）を第１画分（Ｓ５ａ）と第２画分（Ｓ５ｂ）に分割する工程；
－ 溶解する工程（Ｐ１）に第５溶液の第１画分を再循環させる工程；
－ 第５溶液の第２画分に第２酸消費化合物を添加することにより、炭酸塩又は水酸化物としてＭｎ及びＦｅを沈殿（Ｐ７）させ、それによってＭｎ及びＦｅが激減した第６溶液（Ｓ６）とＭｎ及びＦｅに富んだ第６残渣（Ｒ６）が得られる工程；
－ 第６溶液と第６残渣をＳ／Ｌ分離する工程；並びに、
－ 少なくとも第１酸消費化合物の一部として、中和の工程（Ｐ３）に第６残渣を再循環させる工程
を含む、請求項１又は２に記載の方法。 - － 第５残渣を熱分解（Ｐ６）させ、それによって酸化Ｍｎを含む第７残渣（Ｒ７）及びＳＯ２が得られる工程；
－ ＳＯ２を分離する工程；及び；
－ 鉱石を溶解する工程（Ｐ１）にＳＯ２を再循環させる工程
を含む、請求項１又は３のいずれか一項に記載の方法。 - － 第６溶液を逆浸透（Ｐ８）させ、それによって水（Ｓ７）及び濃縮塩溶液（Ｓ８）が得られる工程；並びに、
－ 鉱石を溶解する工程（Ｐ１）に水を再循環させる工程
を含む、請求項１又は４のいずれか一項に記載の方法。 - 鉱石が深海団塊である、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第１酸消費化合物がＣａＣＯ ３ を含有する、請求項２に記載の方法。
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