JP7628014B2

JP7628014B2 - ラテライトニッケル鉱石からニッケル、コバルトおよびその他金属を回収する方法

Info

Publication number: JP7628014B2
Application number: JP2020188790A
Authority: JP
Inventors: サトリアマルジョハン; イェンウェンチュー; チョンシー
Original assignee: Pt Hydrotech Metal Indonesia
Current assignee: Pt Hydrotech Metal Indonesia
Priority date: 2020-09-01
Filing date: 2020-11-12
Publication date: 2025-02-07
Anticipated expiration: 2040-11-12
Also published as: CA3125376A1; JP2021176985A; FR3113681A1

Description

本発明は、ニッケルラテライト鉱石から、ニッケル、コバルトおよびその他金属を抽出する方法に関する。本発明は、主として、ニッケルラテライト鉱石から、ニッケル、コバルトおよびその他金属を、水浸出・硫酸化焙焼法により、抽出する方法に関する。

インドネシアにおける高品質ニッケルラテライト鉱石の殆ど全ての天然資源は、ＮＰＩ（ニッケル銑鉄）を作っているニッケル精錬企業によって共有および管理されている一方で、一般的にニッケル含有量が１．６５％以下であるニッケルラテライト鉱石の天然資源は依然未利用であることはよく知られている。そのため、インドネシア産ラテライトニッケル鉱石の天然資源からニッケル、コバルトおよびその他金属を抽出するための、環境に配慮しつつ経済的に可能な技術が引き続き切望されている。

ニッケルラテライト鉱石は、乾式製錬法、湿式製錬法、または両方の方法の組み合わせによって処理することができる。乾式製錬法としては、含ニッケル粗鉄（ニッケル銑鉄、ＮＰＩ）を製造する方法が挙げられ、湿式製錬法としては、高圧酸浸出法（ＨＰＡＬ）などが挙げられる。これら２つの方法の組合せとしては、アンモニア還元浸出・焙焼法（キャロンプロセス）が挙げられる。

ニッケルラテライト鉱石からニッケル、コバルトおよびその他金属を抽出するさらに別の技術は、硫酸化焙焼・水浸出法、すなわち、硫酸鉄（ＩＩＩ）を約７００℃の温度で熱分解して鉄を除去し、ニッケル、コバルトなどの金属を水により浸出可能な硫酸塩に選択的に変換する方法である。この技術は、Ｙ．Ｖ．Ｓｗａｍｙ，Ｂ．Ｂ．Ｋａｒ，およびＪ．Ｋ．Ｍｏｈａｎｔｙ，「Ｐｈｙｓｉｃｏ－ｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｓｕｌｐｈａｔｉｚａｔｉｏｎｒｏａｓｔｉｎｇｏｆｌｏｗ－ｇｒａｄｅｎｉｃｋｅｌｉｆｅｒｏｕｓｌａｔｅｒｉｔｅｓ」，Ｈｙｄｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ, ｖｏｌ．６９，ｎｏ．１－３，ｐｐ．８９－９８，２００３（非特許文献１）に記載されている。Ｓｗａｍｙ等により記載された該方法は、インド産ニッケルラテライト鉱石（Ｎｉ：０．７８％、Ｆｅ：３７．０％およびＭｇ：１．２５％を含有）に好適である二段階の等温焙焼を含み、そのニッケル回収率は８５％である。

Ｓｗａｍｙ等の方法は、いくつかの欠点を有する。第一に、４５０℃で２０分、続いて、７００℃で１５分という長時間の焙焼時間のために、この方法は生産に非効率である。第二に、この方法で用いられる高希釈の２５重量％硫酸溶液（濃度：約３００ｇ／Ｌ）は、生産には希釈度が非常に高い。しかしながら、高濃度硫酸溶液を用いると、この方法は高Ｍｇニッケルラテライト鉱石に適さない。インドネシア産ニッケルラテライト鉱石におけるマグネシウム割合は、通常、ニッケル割合よりも高い。ニッケルラテライト鉱石における高含有量のＭｇを高濃度硫酸溶液と混合すると混合段階で硬化が急速に生じて不均一混合となる場合があり、一方で、高いニッケル回収率は均一な混合操作に大きく左右されることが知られている。第三に、この方法における高いニッケル回収率は、二段階焙焼が等温条件下で実施される場合においてのみ達成されるが、等温焙焼条件が生産において生じる可能性は極めて低い。

Ｙ．Ｖ．Ｓｗａｍｙ，Ｂ．Ｂ．Ｋａｒ，およびＪ．Ｋ．Ｍｏｈａｎｔｙ，「Ｐｈｙｓｉｃｏ－ｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｓｕｌｐｈａｔｉｚａｔｉｏｎｒｏａｓｔｉｎｇｏｆｌｏｗ－ｇｒａｄｅｎｉｃｋｅｌｉｆｅｒｏｕｓｌａｔｅｒｉｔｅｓ」，Ｈｙｄｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ, ｖｏｌ．６９，ｎｏ．１－３，ｐｐ．８９－９８，２００３

Ｓｗａｍｙ等の方法が抱える欠点や問題を克服するためには、二段階焙焼を含む硫酸化焙焼・浸出法を改良する必要がある。すなわち、本発明は、インドネシア産ニッケルラテライト鉱石からニッケル、コバルト、およびその他金属を、経済的に可能な高ニッケル回収率で抽出することができる方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、上述した課題を、次の方法により解決できることを見出した。すなわち、ニッケルラテライト鉱石からＭｇ系成分を分離し、Ｍｇ含有成分を含まないニッケルラテライト鉱石と濃硫酸溶液とを最初に混合し、次いで、得られた混合物とＭｇ系成分とを混合して硬化させずに混合ペーストを均一形成する。そのように均一配合したペーストを、ロータリードライヤとロータリーキルン中で、それぞれこの順序で、非等温条件下で、硬化および焙焼処理する。ロータリードライヤを用いた硬化により、硬化した粒状固形物を小サイズで迅速に形成することができ、ロータリーキルン中で均一な温度範囲で効率よく焙焼できる。硬化粒状固形物の焙焼は、均一な温度範囲で実施する必要がある。なぜなら、不十分な焙焼だと可溶性の鉄の量が増加する一方で、過度な焙焼だと不溶化するニッケル、コバルトおよびその他金属の量が増加するためである。

本発明によれば、ニッケルラテライト鉱石からニッケル、コバルト、およびその他金属を、経済的に可能で、かつ、高ニッケル回収率で抽出することができる。

図１は、本発明に係る水浸出・硫酸化焙焼法によってニッケルラテライト鉱石からニッケル、コバルトおよびその他金属を抽出する方法のフロー図を示す。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に係る方法は、ニッケルラテライト鉱石からニッケル、コバルトおよびその他金属を抽出するための方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする：
ａ）ニッケルラテライト鉱石をＦｅ系鉱石とＭｇ系鉱石に分離する工程；
ｂ）濃硫酸溶液とＦｅ系鉱石とを均一に混合する工程；
ｃ）工程ｂ）の混合物とＭｇ系鉱石とを混合して十分に混合されたペーストを形成する工程；
ｄ）工程ｃ）のペーストを、ロータリードライヤ中で２５０～４５０℃の温度で硬化し、硬化した粒状固形物を形成する工程；
ｅ）工程ｄ）の硬化粒状固形物を、ロータリーキルン中で６５０～８００℃の温度で少なくとも４分間、焙焼する工程；
ｆ）工程ｅ）の焙焼固形物を粉砕して粉末を得る工程；および
ｇ）水を用いて工程ｆ）の粉末を浸出し、ニッケル、コバルトおよびその他金属の混合溶液と残渣とを得る工程。

本発明で用いることができるニッケルラテライト鉱石は、基本的に、鉄系鉱石とマグネシウム系鉱石から成る。これら２つの物質は、酸と反応すると非常に異なる反応性を示す。すなわち、Ｆｅ系鉱石は、酸と反応しにくいが、Ｍｇ系鉱石は、酸と容易に反応する。これら２種類の鉱石は、従来技術を使用して容易に分離できる（工程ａ））。具体的には、粉砕および篩分けによってＦｅ系鉱石とＭｇ系鉱石とを分離することができる。

本発明は、最初の手順として、Ｆｅ系鉱石と硫酸とを混合する（工程ｂ））。これら２つの物質は、混合操作の過程で低速で反応し、その結果、硬化することなく容易に均一混合物となる。次いで、この混合物にＭｇ系鉱石を添加して混合を継続し均一混合物（ペースト）とし、それを静置する（工程ｃ））。前記濃硫酸溶液の濃度は、好ましくは４５％～９８％の範囲である。

Ｆｅ系鉱石とＭｇ系鉱石は、理論的に、酸化鉱石であり、熱を放出しながら酸と自発的に反応し得る。少量の外部加熱を加えると、さらに反応が加速し、最終的な混合物は急速に硬化しうる（工程ｄ））。

最終混合物中の主な反応物質は、鉄（ＩＩＩ）である。これを硬化すると、遊離酸が急速に消費されて、硫酸鉄となる。硫酸鉄を含む硬化粒状固形物を焙焼させると、硫酸鉄（ＩＩＩ）は酸化ニッケルと反応し、すべての不溶性ニッケルは、反応によって溶解する硫酸ニッケルを形成する（工程ｅ））。
Ｆｅ₂（ＳＯ₄）₃ ＋３ＮｉＯ＝３ＮｉＳＯ₄ ＋Ｆｅ₂Ｏ₃

焙焼操作の過程で、大部分の硫酸鉄（ＩＩＩ）は三酸化硫黄に分解する。三酸化硫黄は、酸回収ユニット（ＡＲ）によって、硫酸に吸収される。

焙焼後、ニッケルは、コバルト、マグネシウム、マンガンおよびその他金属とともに、可溶性硫酸塩を形成する。可溶性硫酸塩を含む焙焼固形物を粉砕して粉末とする（工程ｆ））。粉末中の可溶性硫酸塩は水により容易に浸出されて混合溶液となり、一方、酸化鉄、シリカおよびその他の不溶性物質は残渣として残る（工程ｇ））。この残渣は、続けて、スラグ煉瓦に加工することができる。したがって、本方法は全体として環境に配慮した方法である。

前記工程ｇ）の混合溶液の平均Ｆｅ／Ｎｉ比は、好ましくは２．０以下であり、かつ、平均Ｎｉ回収率は、好ましくは最大９５％である。
混合溶液は、除鉄、加水分解および析出という公知の手順により、通常、混合水酸化物（ＭＨＰ）に変換される。硫酸マグネシウムは、廃水として残るが、その後蒸発して水和マグネシウム塩に結晶化し得るため、最終的に廃水は残らない。

以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。

［実施例１］
原料として、Ｎｉ：１．０７％、Ｃｏ：０．１％、Ｆｅ：４２％、Ｍｇ：２．０％を含有するラテライト鉱石を用いて、以下の工程（１）～（８）を行った。

（１）鉱石試料を１×１ｃｍ格子の篩に通した。粒度が大きいために篩上に留まった鉱石を粉砕機に入れ、最大粒度１ｃｍの小粒子とした。
（２）工程（１）の格子網を通った鉱石を１６メッシュ篩（１．１４×１．１４ｍｍ）に通した。粒度が大きいために篩上に留まった鉱石を回収して工程（１）の粒度１ｃｍの粒子と混合し、得られた粒状鉱石を次の工程（３）で処理した。一方、前記篩を通った鉱石をボールミルに供給して、６０メッシュＦｅ系粉末鉱とした。

（３）工程（１）および工程（２）の粒状鉱石をボールミルに供給して、６０メッシュＭｇ系粉末鉱とした。
（４）混合工程では、６０メッシュＦｅ系鉱石１８ｋｇと、酸量を１３±０．５ｋｇの範囲で制御して９８％酸とした高濃度硫酸溶液６００ｇ／Ｌとを均一混合した。次いで、Ｍｇ粉鉱７ｋｇを攪拌しながら添加し、最終的に、十分に配合されたペーストとした。この混合工程を、５００ｋｇ超量のペーストを得るまで繰り返した。

（５）バーナーの出力電力を低レベルに設定した。ロータリーキルンがロータリードライヤとして機能するように、実験室規模のロータリー式炉の回転速度を高レベルに設定した。次いで、工程（４）のペーストを炉に通し、４５０℃以下の温度範囲で硬化させ、硬化した粒状固形物を連続的に形成した。

（６）バーナーの出力電力を高レベルに設定した。そして、炉の回転速度を低レベルに設定した。次いで、前記硬化粒状固形物を、焙焼のため、ロータリーキルンに通した。焙焼温度を６５０～８００℃の範囲に制御し、この温度範囲で少なくとも４分間、前記粒状固形物を保持し、焙焼固形物とした。

（７）工程（６）の焙焼固形物を２軸粉砕機（シュレッダー）で１×１ｍｍ以下の粉末に粉砕した。該粉末を水で浸出し、混合溶液および残渣を得た。この混合溶液中のニッケルと鉄の含有量を分析し、Ｆｅ／Ｎｉ比を検証した。計算の結果、平均Ｆｅ／Ｎｉ比は２．０以下であった。次いで、残渣中のニッケル含有量を分析し、ニッケル回収率を計算した。計算の結果、平均ニッケル回収率は最大９５％であった。

（８）工程（７）の残渣は、湿度を調整して石灰と混合した後、スラグ煉瓦に成形することができる。

［実施例２］
原料として、Ｎｉ：１．６５％、Ｃо：０．０５％、Ｆｅ：２４．５％、Ｍｇ：６．０％を含むラテライト鉱石を用いて、以下の工程（１）～（８）を行った。

（１）鉱石試料を１×１ｃｍ格子に通した。粒度が大きいために篩上に留まった鉱石を粉砕機に投入し、最大粒度１ｃｍの小粒子とした。
（２）工程（１）の格子網を通った鉱石を１６メッシュ篩（１．１４×１．１４ｍｍ）に通した。粒度が大きいために篩上に留まった鉱石を回収して工程（１）の粒度１ｃｍの粒子と混合し、得られた粒状鉱石を次の工程（３）で処理した。一方、前記篩を通った鉱石を水と共にボールミルに供給して、６０メッシュスラリーとした。このスラリーを圧縮フィルターに通して、Ｆｅ系フィルターケーキとした。

（３）工程（１）および工程（２）の粒状鉱石を水と共にボールミルに供給して、６０メッシュスラリーとした。次いで、このスラリーを圧縮フィルターに通して、Ｍｇ系フィルターケーキとした。

（４）混合工程では、まず、各フィルター沈殿物の湿度を確認した。次いで、Ｆｅ系フィルター沈殿物を乾燥重量として１２．５ｋｇ測り、これを９８％硫酸９．０±０．２ｋｇと混合して、混合ペーストとした。同様に、Ｍｇ系フィルター沈殿物を乾燥重量として１２．５ｋｇ測り、これを添加して撹拌し、均一混合された最終ペーストとした。この混合工程を、５００ｋｇ超量のペーストを得るまで繰り返した。

（５）バーナーの出力電力を低レベルに設定した。そして、ロータリーキルンがロータリードライヤとして機能するように、実験室規模のロータリーキルンの回転速度を高レベルに設定した。次いで、工程（４）の最終ペーストを炉に通し、２４０～３３０℃の温度範囲で硬化粒状固形物を連続的に形成した。

（６）バーナーの出力電力を高レベルに設定した。そして、炉の回転速度を低レベルに設定した。次いで、前記硬化粒状固形物を、焙焼のため、ロータリーキルンに通した。焙焼温度を６５０～７５０℃の範囲に制御し、この温度範囲で少なくとも４分間、前記粒状固形物を保持し、焙焼固形物とした。

（７）工程（６）の焙焼固形物を２軸粉砕機で１×１ｍｍ以下の粉末に粉砕した。該粉末を水で浸出し、混合溶液および残渣を得た。この混合溶液中のニッケルと鉄の含有量を分析し、Ｆｅ／Ｎｉ比を検証した。計算の結果、平均Ｆｅ／Ｎｉ比は約１．２であった。次いで、残渣中のニッケル含有量を分析し、ニッケル回収率を計算した。計算の結果、平均ニッケル回収率は最大９３％であった。

Claims

ニッケルラテライト鉱石からニッケル、コバルトおよびその他金属を抽出するための方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする方法：
ａ）ニッケルラテライト鉱石をＦｅ系鉱石とＭｇ系鉱石に分離する工程；
ｂ）濃硫酸溶液とＦｅ系鉱石とを均一に混合する工程；
ｃ）工程ｂ）の混合物とＭｇ系鉱石とを混合して十分に混合されたペーストを形成する工程；
ｄ）工程ｃ）のペーストを、ロータリードライヤ中で２５０～４５０℃の温度で硬化し、硬化した粒状固形物を形成する工程；
ｅ）工程ｄ）の硬化粒状固形物を、ロータリーキルン中で６５０～８００℃の温度で少なくとも４分間、焙焼する工程；
ｆ）工程ｅ）の焙焼固形物を粉砕して粉末を得る工程；および
ｇ）水を用いて工程ｆ）の粉末を浸出し、ニッケル、コバルトおよびその他金属の混合溶液と残渣とを得る工程。
前記ニッケルラテライト鉱石のＦｅ系鉱石とＭｇ系鉱石への分離が、粉砕および篩分けによって行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記濃硫酸溶液の濃度が４５％～９８％の範囲であることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
前記工程ｇ）の混合溶液の平均Ｆｅ／Ｎｉ比が２．０以下であり、かつ、平均Ｎｉ回収率が最大９５％であることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
前記工程ｇ）の残渣が、さらにスラグ煉瓦に加工されることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。