JPS585250B2 - ニツケル−コバルト溶液からニツケルの濃い溶液を製造する方法 - Google Patents

ニツケル−コバルト溶液からニツケルの濃い溶液を製造する方法

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JPS585250B2
JPS585250B2 JP50015914A JP1591475A JPS585250B2 JP S585250 B2 JPS585250 B2 JP S585250B2 JP 50015914 A JP50015914 A JP 50015914A JP 1591475 A JP1591475 A JP 1591475A JP S585250 B2 JPS585250 B2 JP S585250B2
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    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B23/00Obtaining nickel or cobalt
    • C22B23/04Obtaining nickel or cobalt by wet processes
    • C22B23/0476Separation of nickel from cobalt
    • C22B23/0492Separation of nickel from cobalt in ammoniacal type solutions

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明はニッケルとコバルトの湿式製錬方法、コバル
ト含有量の非常に低いニッケル溶液を造る方法、及び詳
しく述べればニッケルーコバルト溶液およびこれに類す
る溶液の中のコバルトからニッケルを分離する方法特に
ニッケル含有原料、例えば鉱石、酸化した硫化精鉱、水
酸化物精鉱、その他これに類する浸出した酸化ニッケル
ーコバルト含有原料のようなニッケル含有原料を浸出し
て得られたニッケルーコバルト溶液の中のコバルトから
ニッケルを分離する方法に関するものである。
ニッケルとコバルトとは自然に生ずる鉱物中には殆んど
相伴って見出され、そして普通の選鉱法は両者を分離す
るには効果がない為、浸出した酸化鉱、酸化した硫化精
鉱およびこれに類するニッケル及びコバルト含有原料を
浸出して得た溶液には殆んど両金属が−しよに見出され
る。
最近扛上鉱石および褐鉄鉱鉱石からニッケルやコバルト
を回収する二三の湿式製錬法が提案されて来ている。
一つの方法は、詳細に述べると、高圧下に高温で希硫酸
を浸出剤として用いることに在る。
粗鉱を微粉状となし、はぼ10%〜20%固体濃度のス
ラリーとし、次に濃縮器内で沈降と側湾によって濃縮し
30%〜50%固体の濃度を有する下層流を得る。
濃縮されたスラリーはオートクレーブ中で直接の高圧水
蒸気を用いて非常な高温にまで加熱され、その高温で浸
出又はその他の回収処理が行われるが、スラリーとなっ
て居る鉱石中に存するニッケルとコバルトとを溶解する
ためには硫酸の存在の下に37kg/cm’のゲージ圧
力(以下単に圧力といえばゲージ圧力を示すものとする
)で通常205°C以上たとえば246℃に熱する。
オートクレーブ中での浸出に続いて、浸出されたパルプ
は冷却され、出来得れば向流清澄法で洗浄し、得られた
酸浸出液は次にニッケルとコバルトの硫化物沈殿にむけ
るために中和剤〔Mg(OH)2、珊瑚泥、その他〕で
処理してpHを例えば2.5〜2.8にあげる。
浸出液を122℃となし、種晶として硫化ニッケルを用
い、約10.5kg/cm’まで圧力をあげてH2Sで
ニッケルとコバルトを硫化物として沈殿せしめる。
硫化物の沈殿を洗浄し、約65%固体濃度にまで濃縮し
、次にオートクレーブ中において1%硫酸中で温度約1
70℃、圧力約49kg/cm’の下で酸化する。
ニッケルーコバルト溶液に中和剤としてアンモニアを加
へ、pHをある水準(例えば5.3まで揚げ、酸化剤と
して空気を用いて浸出の間に不純物として入りこんだ鉄
、アルミニウムあるいはクロムを沈殿せしめる。
溶液を沈殿から分離した後、溶液を先づ酸で調整してp
Hを約1.5にまで下げ、沈殿剤としてH2Sを用い、
溶液中に含まれていた銅、鉛、亜鉛を硫化物として沈殿
せしめ除去する。
硫化物沈殿は次に溶液と分離され、溶液は次にニッケル
分離の段階に進む。
上記水溶液に含まれるコバルトからニッケルを分離する
については数多くの方法が提案されてきている。
成る方法では、金属ニッケルの回収の準備にアンモニア
で溶液を調整する。
40〜50g/lのニッケル及び多少のコバルトを含む
調整したニッケル給液は、種晶としてニッケル粉を使用
し、オートクレーブ中で約190℃および約46kg/
cm’の圧力下で水素により還元される。
そして残りの母液は既知の方法によってコバルトの回収
に進む。
しかし、多少のコバルトは還元ニッケル生成品中に見出
される。
コバルトをニッケルから分離するための提案されている
かもしくは工業的に用いられて居る方法はまだ幾つかほ
かにあるが、アンモニア−炭酸アンモニウム溶液から硫
化コバルトを沈殿せしめる方法、硫酸溶液から水酸化ニ
ッケル〔■〕を用いてのコバルトの分離する方法、およ
び米国特許第2767053号および第2767054
号に記載しであるペンタアンミン法を使用してコバルト
をニッケルから分離し、然る後水素還元によってコバル
トを優先的に金属状態で回収する方法等がある。
この方法は詳しく述べると、コバルト〔■〕イオンの1
モル毎にアンモニア5モルそしてニッケル〔2〕イオン
の1モルごとにアンモニア5モルを供給するに充分な量
のアンモニアを加えることにより、コバルト〔■〕ペン
タアンミン及びニッケル〔■〕アンミンを含む溶液を形
成する工程を包含する。
溶液は酸素で酸化され、次いでH2SO,で酸性となし
、pHを少くも4までにし、ニッケルーアンモニウム複
塩の形でニッケルを伴なう沈殿をつくる。
もしも最終の使用がニッケル中にコバルトが在ることを
許容するならば、上述の諸方法は一応満足するに足るニ
ッケル製品を供したが、純ニツケル製品の製造という点
に関するかぎりこれらの方法はその内部に又は方法自体
に成る種の限界があった。
例えば、高純度ニッケルについての新しい仕様書に適合
するには、ニッケルーコバルト溶液の水素還元によるニ
ッケルの回収方法は最上のものではない。
硫化物及びペンタアンミン沈殿法は一般には特殊のニッ
ケルーコバルト含有溶液に限られて居り、硫化物沈殿法
は一般には硫化剤(例へばH2S)を著しく多量用いる
ことが必要である。
水酸化ニッケル〔■〕法は非常に費用がかゝり又一般に
少なからぬ量の苛性ソーダ及び酸化剤を必要とし、而も
濾過速度が非常におそい。
水酸化ニッケル〔■〕と硫化物沈殿の両方法は、コバル
ト含有沈殿がコバルトよりもニッケルを余計に含むため
に、沈殿したコバルトに伴なう著しいニッケルの損失を
来すことが普通である。
この発明はニッケルーコバルト溶液からコバルトを分離
する優れた方法を提供す不ものである。
従ってこの発明の一つの目的は、ニッケルとコバルトと
を含む溶液からニッケル対コバルト比が非常に高いニッ
ケル含有製品を造ることによりニッケルを分離するすぐ
れた方法を提供するにある。
も一つの目的は、得られるニッケル含有製品のニッケル
対コバルト比が201:1以上10000:1乃至それ
以上の範囲であるような、コバルトからニッケルを分離
する経済的な湿式製錬法を提供するにある。
これら及びその他の目的は次の明細書と図面とを併せ考
えれば一層間らかに判るであろう。
大まかに従べると、本発明はニッケル〔■〕イオンとコ
バルト〔■〕イオンとを含むニッケルーコバルト溶液か
らニッケルの濃い溶液を製造する方法であって、ニッケ
ル対コバルト比が5:1乃至200:1の範囲である主
流ニッケルーコバルト溶液を供給する工程と、この主流
からニッケルーコバルト溶液の区切りよい分量を分取す
る工程であるが、その区切りよい分取量はニッケルを充
分含んでいて、その量がニッケル〔■〕の状態に酸化さ
れた場合に少なくも次に主流溶液中のコバルトをコバル
ト〔■〕の状態に酸化するのに充分間に合う量であるよ
うな分取工程と、その区切りよい分取量からニッケルを
、CO□、NH3および両者の混合より成るグループか
ら選ばれた沈殿剤を加えて、ニッケル(9)として沈殿
させる工程と、ニッケル〔■〕沈殿を酸化してニッケル
〔■〕状態となす工程と、この酸化したニッケル沈殿を
溶液から分離する工程と、この酸化した沈殿に主流溶液
を接触せしめ、この主流溶液中のコバルト〔■〕イオン
を酸化してコバルト〔■〕の状態になして前記溶液から
コバルトを沈殿せしめ又ニッケル〔■〕イオンを還元し
てニッケル〔■〕の状態になし、これによって主流溶液
中のニッケルはコバルトに比べて大幅に濃縮され、この
溶液中のニッケル:コバルト比が一般に2000 :
1以上の値となるような工程とを含むニッケルーコバル
ト分離方法である。
上記方法は高純度のニッケル製造に対して非常に優れた
ものである点で新奇である。
プロセスは管理および操業が非常に容易であり、その上
操業費が安価である。
又このプロセスの各工程に於ける沈殿物の全てが本質的
に非常に速い濾過速度を持っている。
この発明の好ましい面として、沈殿する間に形成される
固相の結晶化度を制御することにより著しくすぐれた濾
過性を供することができる。
コバルトが沈殿する間に得られたコバルト精鉱は一般に
ニッケル対コバルト比が大体2.5:1乃至3:1であ
るが、10:1までも高くすることができ、コバルト沈
殿又は精鉱からのニッケルとコバルトの分離はニッケル
とコバルトの原子価の状態の差によって可能となってき
た。
ニッケルの原子価は2価にニッケル〔■〕)であり又コ
バルトの原子価は3(コバルト〔■〕)である。
以上の点に関しては、本願と同じ出願人名で且つ同一の
日限で出願した特許出願を参考にしている(特願昭50
−15915、特開昭5O−115115)。
前に述べた如く、この発明を遂行するに当っては、主流
溶液たとえば硫酸ニッケルーコバルト溶液の区切りのよ
い分量を分取してニッケルの沈殿に供する。
一つの実施例では、主流溶液の約13.5容量%を分取
し、充分なアンモニアを加えてニッケル1モルに対して
1〜2モルのNH3を含む溶液を得る。
次にCO2を溶液に泡立たせて通じ、ニッケルの約50
%、コバルトの98%以上を沈殿せしめる。
この方法で得た第一次の1炭酸塩”沈殿は濾過が容易で
、速かに濾過し得る。
前記の第1次の1炭酸塩”組成は操業系の条件の如何に
よって水酸化ニッケルから塩基性炭酸ニッケルを経て比
較的純粋な炭酸ニッケルに至るまで種々の形になる。
溶液の区切りよい分取量は、残りの主流溶液中のコバル
ト〔■〕イオンを酸化してコバルト〔■〕イオンにする
ための充分のニッケル沈殿を供給するよう予め定めてお
く。
前記の第一次炭酸ニッケル沈殿は、次に Na0C1,CaOC12、オゾン及び(NH4) 2
Sr 03の如き強い酸化剤によるか、又は電解によ
って酸化される。
濾過洗浄後ニッケル〔■〕沈殿は残りの主流溶液と接触
させられ、次の式に従ってコバルト〔■〕イオンをコバ
ルト〔■〕に酸化する。
Ni+3(固体)+co+2(水溶液) →Co+3(固体) +Ni 十” (水溶液)コバル
トが酸化されて、ニッケルを少量含んだコバルト〔■〕
沈殿として溶液から出るに従って、ニッケルが溶液中に
入ってゆく。
処理した主流溶液は実質的に2000:1以上1000
0: 1乃至それ以上のニッケル対コバルト比をもって
居る。
別の具体例では、主流溶液の区切りよい前記分取量を約
75℃〜80℃の温度に熱し、NH8:Niのモル比が
ほぼ1.6:1乃至4:1又出来得れば1.6:1乃至
2.5:1となるようアンモニアを加える。
アンモニア溶液は前記温度に約30〜60分保たれる。
ニッケルの約50%、コバルトの約98%が沈殿する。
例えば沈殿がNa0C1で酸化されると、第一次沈殿は
第一番に母液から濾過される。
残りの濾液は最初のニッケル含有量の約50%を含み、
これはニッケルの回収のためにその後精製された主流と
ともに処理される。
沈殿は80℃で30分間Na0C1で酸化され酸化ニッ
ケル〔■〕となる。
沈殿は仮像結晶構造をもち容易に濾過される。
塩素イオンが沈殿中にあっても洗浄によって効果的に除
さ得られる。
酸化剤として濾過硫酸アンモニウムが用いられた場合は
、反応生成物が硫酸アンモニウムであるために濾過は必
要でない。
母液より分取した区切りよい分量からコバルトが沈殿し
た後、生じたパルプは過硫酸アンモニウムが加えられて
から15〜30分間80℃に保持される。
酸化された沈殿は溶液から容易に濾過され、遊離アンモ
ニウムイオンは洗い落される。
電解酸化は次のように行う。
すなわち、前に述べた如く、溶液から”炭酸”ニッケル
が沈殿される。
しかし電解酸化は炭酸塩なしにアンモニア沈殿について
も使用し得られる。
炭酸塩は濾過され水洗され、N a 2 COs (無
水物)を70g/l(1リツトル中のグラム数)含む炭
酸ソーダ溶液中にスラリーとされ、電槽中で酸化される
槽には1対の電極があるが、陽極はニッケル板、陰極は
鉄線網より成る。
3.2ボルトの電位差を使用し、電流密度は大体140
アンペア/mが用いられる。
通電時間は大体6〜8時間で充分であることが判明した
が、消費電力は大体1.9KWH/kgである。
上述の何れかの方法で作った、酸化された沈殿は主流溶
液中に導入され、混合物は1〜3時間大体75〜80℃
に保たれる。
溶液中のコバルトは酸化されて、液から析出沈殿し、そ
の代りに酸化したニッケル沈殿が還元されて主流溶液中
に溶解する。
コバルト沈殿は容易に渥濾過でき、沈殿は大体2:1〜
4:1のNi :Co比をもっている。
この沈殿は直接又は酸浸出の後にニッケルーコバルト分
離を更に行い、コバルト対ニッケルが3:1〜5:1の
品位の上ったコバルト精鉱を造り出すことができる。
第1図は本発明のプロセスのフローシートを示したもの
で、この図から明らかなように、第一次の沈殿は工程1
で主流の硫酸ニッケルーコバルト溶液にCO2とNH8
を加えてニッケル及びコバルトを含む炭酸塩沈殿を生成
することによって遂行され、溶液と沈殿は工程2で固体
−液体分離を行わしめ、沈殿は沈水で洗浄される。
ニッケル〔■〕沈殿は工程3で酸化されて酸化ニッケル
〔■〕になる。
溶液と酸化されたニッケル沈殿は工程4で固体−液体分
離を行うが、4は洗浄の段階も含んで居る。
そして主流溶液は工程5で酸化された沈殿と混合してコ
バルトをコバルト〔■〕沈殿として沈殿せしめる。
工程6で溶液は沈殿から分離され、溶液は純ニッケル粉
を作るため水素還元に、コバルト沈殿はN i / C
o分離に向けられる。
本発明の利点を例証するものとして次の実例を挙げる。
例1 pH約5〜6の主流硫酸ニッケルーコバルト溶液の一部
を濃■、OHで処理してN Ha / N s モル比
を大体1.6:1とした。
次に室温で約30分間、溶液中に炭酸ガスを吹き込んだ
ニッケルの約30%、コバルトの約95%が沈殿した。
沈殿は容易に濾過し得、溶液から分離され、水で洗浄さ
れた。
濾液のニッケル対コバルト比は1220 :1であった
次に沈殿は、75℃、pH約6〜7で30分間、5%N
a0C1溶液で酸化された。
黒色の酸化された沈殿が得られたが、速やかに濾過され
、塩素イオンを洗って皆無にした。
酸化された生成品は次に残余の主流硫酸ニッケルーコバ
ルト溶液と混合され、溶液中のコバルトは75℃、pH
5,5で各酸化された生成品にについて種々の時間酸化
された。
コバルトの酸化は0゜30.60及び90分に定め、濾
液のN i / C。
比が前記時間毎に測定された。
第2図に得られた結果を示す。
第2図をみて分るように、主流溶液を酸化された生成品
又は沈殿をもってする処理を30分間行った後は、得ら
れた濾液はN i / Co比が2000 :1以上に
なり、処理の90分後には10000:1に達する。
コバルト酸化−沈殿段階では、給液中の約6.2の高い
pHは、還元されたニッケル沈殿の溶解を阻げることが
観察された。
沈殿中の還元したニッケルの全部が溶解するということ
はないので、Ni(■)をCo(■)より分離するため
に、選択的浸出に頼らねばならない。
例えば、第一次のコバルト沈殿がpH3,9、温度90
℃で希硫酸溶液で浸出されると、溶液はCo/Ni比が
30:1を含むものが得られ、第二次コバルト沈殿はC
o/Ni比が2.4:1に濃縮される。
浸出段階から得られる溶液は主流又は炭酸ニッケル沈殿
段階に循環して戻すことができる。
第3図はフローシートの形式の物質収支の詳細な例を示
したもので、74.8g/lN i 、 0.64g/
lCo (N i / Co比は大体116:1)を
含む主流溶液(流れ■) 1543 リットルについて
得られた結果を示す。
この場合含有ニッケルは約115.5kgとなる。
流れ■の区切りよい分量13.4容量%を分取して流れ
■とし、工程Aで7.2kgNH3およびほぼ化学量論
的量のCO2を加えてニッケルの沈殿用にする。
得られた沈殿は流れ■として分離され工程Bでの酸化に
向けられ、涙液あるいは流れ■は50g/lNi 、0
.041g/lCoを含む220リツトル(全Niは1
1kg)より成り、ニッケル還元又はくり返しのいずれ
でもよい方に向けられる。
工程Bにゆく沈殿は約9.98ゆで、44.6チN i
、 1.24 %Coで全ニッケル含量は4.5kg
である。
前述の沈殿は、流れ[相]として示しである5、25重
量%Na0C1溶液をほぼ75〜120リツトル用いて
、約75〜80℃で30分間酸化せしめられる。
酸化の間に幾分ニッケルが溶解するものと推測される。
そして洗浄後流れ■として220〜360リツトルが得
られたが、全量で300gのニッケルを含む。
酸化された沈殿は流れ■として示すが、重さ約8.2ユ
で50%ニッケルと1.5%コバルトを含みニッケルを
全量で4.2ユ含む。
沈殿はコバルト分離工程Cに、残余の主流、即ち流れ■
とともに送りこまれる。
流れ■は1.336リツトルで、74.8g/lNi
、0.64g/1lcoを含み、全ニッケル含有量はほ
ぼ100kgである。
酸化された沈殿と溶液は約60〜90分の滞留時間の間
75〜80℃に保たれる。
それで流れ■中のコバルトはすっかりコバルHtp沈殿
として酸化しつくされ、生じた流れ■は、78g/1l
Ni 、0.008〜0.01g/11 Coを含む1
282リツトルの溶液から成り、N i / Co比が
非常に高<7800もあり、全ニッケル含有量が出発ニ
ッケル溶液中の約87%すなわち約100kgを含んで
いる。
沈殿(流れ■)の重量は約10.2kgで、40.3φ
N i 、 9.4 %Coを含み、ニッケルの全量は
約4.1ユである。
この沈殿は工程りで希H2SO4で電解して、N i
/ Co比が大体30:1の溶液を供するが、主流溶液
に戻すのが適当である(流れ@)。
最後の沈殿(流れ0)は浸出後型量は約2.2kgとな
り、38チCo、16%Niを含み、全ニッケル含有量
は約0.3kgにも達する。
前述したことをまとめると、本発明はNi/C。
比の範囲が5=1〜200:1、そして望み得るならば
100:1〜160:1の硫酸ニッケルーコバルト溶液
に含まれて居るニッケルをコバルトから分離する方法を
提供するものである。
前述の溶液の一部が採られ、その溶液からニッケルがニ
ッケル(9)沈殿として次の2つの方法のうちのいずれ
かの方法で沈殿した。
(1)C02とNH3が溶液に加えられるが、C02の
量は少くも炭酸ニッケルを沈殿せしめる化学量的な量で
なければならない。
NH3の量は溶液中にpH7〜7.5の範囲でNH3/
Niモル比が大体1.5:1〜2.5:1を生じ得るよ
う充分にする。
その後沈殿はさきに述べた如く酸化ニッケル〔■〕に酸
化されるが、電解酸化では大体15℃以上、例へば25
℃〜30℃の温度で行われ、化学酸化では60℃〜90
℃、でき得れば75℃〜85℃で行われる。
酸化された沈殿は洗浄され、次に50℃以上で残余の溶
液と混合し、コバルト〔■〕イオンを酸化してコバルト
〔■〕となし、溶液から沈殿せしめ、N i / Co
比が2000 : 1以上10000:1の範囲、又は
もつと高い溶液を後に残す。
(2)他の方法では、溶液の区切りよい分取量にNH3
のみを加えて水酸化ニッケル〔■〕を沈殿せしめるが、
加えたNH8量はNH3/Ni モル比が大体1.6
:1〜4:1、でき得れば1.6=1〜2.5:1を作
り得るよう充分にし、温度は50℃以上、或は60℃〜
90℃、でき得れば75℃〜85℃、溶液のpHは7〜
8の範囲にする。
沈殿は次にニッケル〔■〕状態に酸化され、そして主溶
液中のコバルト〔■〕イオンを酸化してコバルト〔■〕
イオンとなし、溶液中からコバルトを沈殿せしめ、コバ
ルト含有量に比しニッケルが増加した溶液、即ちN i
/ Coモル比が2000:1以上10000:1な
いしそれ以上高い溶液を供する。
この発明は特定の実施例と関連して述べてきたが、この
方面に熟練の人ならすぐ諒解出来るように、この発明の
主旨及び範囲を逸脱しないで種々の変形、変化が用いら
れる。
かゝる変形変化は発明の項目及び特許請求の範囲 る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の製造方法のフローシートの一例、第2
図は溶液中のNi/Co比と酸化の時間の関係、第3図
は物質収支で示した本発明の製造方法のフローシートの
他の例を示す。 記号の説明、1ないし6およびAないしDはいずれも工
程を、■ないし@は物質の流れを示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ニッケル〔■〕イオンとコバルト〔■〕イオンとを
    含む主流のニッケルーコバルト溶液からニッケルの濃い
    溶液を製造する方法であって、ニッケル対コバルト比が
    5:1ないし200:1の範囲のニッケルーコバルト溶
    液の主流を供給する工程と、このニッケルーコバルト溶
    液の主流から区切りよい分量を分取する工程であるが、
    その区切りよい分取量はニッケルを充分に含んでいて、
    その量がニッケル〔■〕の状態に酸化された場合に少な
    くも次に主流溶液中のコバルトをコバルト〔■〕の状態
    に酸化するのに充分間に合う量であるような分取工程と
    、この分取した区切りよい分量からニッケルを、CO2
    とNH3との混合物およびNH3のみから成るグループ
    の中から選んだ沈殿剤を加え、NH3のみ用いる時は5
    0℃以上で、ニッケル〔■〕沈殿として沈殿せしめる工
    程と、前記ニッケル〔■〕沈澱をニッケル〔■〕の状態
    に酸化する工程と、前記の酸化したニッケル沈殿を溶液
    から分離する工程と、前記の酸化したニッケル沈殿に主
    流溶液を接触せしめ、この主流溶液中のコバルト〔■〕
    イオンを50℃以上で酸化してコバルト〔■〕の状態と
    なして前記溶液からコバルトを沈殿せしめ又ニッケル〔
    ■〕イオンを還元してニッケル〔■〕の状態となるまで
    充分な時間置き、このようにして主流溶液中のニッケル
    がコバルトに比べて大幅に濃縮され、この溶液のニッケ
    ル:コバルト比が2000 : 1以上になるような接
    触工程とを含む、ニッケルーコバルト溶液からニッケル
    の濃い溶液を製造する方法。
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