NO130026B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til ekstrahering av ikke-jernholdige metaller fra metallholdig materiale.

Foreliggende oppfinnelse angår ekstraksjon av ikke-jernholdige metallforbindelser fra metallholdig materiale. Opp-finnelsen går særlig ut på å skaffe en fremgangsmåte for ekstraksjon av ikke-jernholdige metaller som inneholdes i metallholdige materialer og som er i stand til å danne vannoppløselige sulfater ved at slikt metallholdig materiale reageres med en vandig sur utlutningsoppløsning i nærvær av en gass som inneholder fritt surstoff under betingelser som gir en hurtig reaksjon med høy ekstraksjonsgrad.

Fremgangsmåten til ekstrahering av ikke-jernholdige metallforbindelser fra

jernholdig og ikke-jernholdig metallholdig materiale idet svovelinnholdet i det materialet som skal ekstraheres reguleres slik at det etter oksydasjon gir et oksydert svovelinnhold, innenfor området fra den stø-kiometriske mengde til 100 pst. i overskudd av det som kreves for å kombinere seg med de ikke jernholdige metallforbindelser som inneholdes i det metallholdige materialet som sulfater, hvoretter mate-ialet som skal ekstraheres findeles og ringes til å reagere i en vandig svovel-yreoppløsning med en gass som inneholder .'ritt surstoff ved en temperatur innenfor området fra 90—180° C og under et posi-ivt partialtrykk for surstoff idet oksyda-ionen fortsettes for å ekstrahere ikke-rnholdige metallforbindelser fra det me-llholdige materialet og oppløsningen som .i" teholder oppløste ikke-jernholdige metallforbindelser separeres fra den dannede

reaksjonsblanding. er karakterisert ved at det som materiale som skal ekstraheres anvendes en matte som er fremkommet ved smelting av det metallholdige materiale, idet matten etter at svovelinnholdet er regulert bringes til størkning og males til en partikkelstørrelse som ligger innenfor området fra 0,417 mm til 0,043 mm før den videre behandling i den svovelsyrevandige oppløsning.

Det er kjent hydrometallurgiske fremgangsmåter for ekstrahering fra metallforbindelser fra metallholdig materiale, og disse er i teknisk bruk. Nylig er det blitt utviklet fremgangsmåter som omfatter utlutning av metallholdig materiale med en sur eller en basisk utlutningsoppløsning ved forhøyet temperatur og trykk i nærvær av en gass som inneholder fritt surstoff. Uopp-løst residuum skilles fra den dannede oppslemning og den klarede utlutnings-oppløsning behandles deretter for utvinning av oppløste metallforbindelser.

Det er flere viktige problemer knyttet til ekstraksjonen ved forhøyet temperatur og trykk, av ikke-jernholdige metallforbindelser fra metallholdig materiale ved utlutning av materialet med en sur ut-lutningsoppløsning i nærvær av en gass som inneholder fritt surstoff. Reaksjonen må utføres under moderat temperatur og trykk ved en reaksjonshastighet som er økonomisk praktisk for utførelse i tek-tnisk målestokk. Utgangsmaterialet må inneholde oksyderbart svovel for å forbinde seg med ønskede ikke-jernholdige metallforbindelser som sulfater. Partik-lene av det ikke-jernholdige metallholdige materiale må være i findelt tilstand for å utsette maksimum overflateareal for oksydasjon.

Det er funnet, når man behandler metallholdig materiale som inneholder oksyderbart svovel som sådant, i tillegg til det som kreves etter oksydasjon for å kombinere med ønskede ikke-jernholdige metallforbindelser, som sulfater, f. eks. pyrrhotitt, FeS, eller en jernsulfid-forbindelse mellom pyrritt, FeS2, og pyrrhotitt, FeS, eller som inneholder mindre sulfidsvovel enn pyrrhotitt, eller som er forbundet med ikke-jernholdige metallforbindelser, slik som chalco-pyritt og pentlanditt, ved temperaturer innen området fra 90—180° C, har minst en del av sulfidsvovelet en ten-dens til å oksydere til elementært svovel, som, ved temperaturer mellom smeltetem-peratur for svovel, 113° C, og 180° C, dan-ner flytende svovelkuler som har en affi-nitet for uoksyderte ikke-jernholdige metallholdige partikler i en slik grad at slike partikler blir okkludert i eller festet til de flytende svovelkuler. Når oppslemningen avkjøles, størkner svovelkulene til pellets som krever separat behandling for gjen-vinning av de ledsagede eller okkluderte ikke-jernholdige metallpartikler. Ekstrak-sjonsgraden for den sure oksydasjonsbe-handling reduseres i en slik grad at uoksyderte partikler okkluderes i eller festes til svovelpelletene og totalomkostningene for ekstraksjonen av de ønskede metallforbindelser økes vesentlig. Utlutningsreak-sjonen kan utføres ved temperaturer mellom 90 og 113° C, men det dannes elementært svovel som findelte partikler og oksydasjonsreaksjonen går langsomt. Den utstrekning i hvilken elementært svovel dannes i reaksjonen er blitt funnet å stå i forhold til det oksyderbare svovel som er til stede i utgangsmaterialet i overskudd av det som kreves for å kombinere med de ønskede ikke-jernholdige metallforbindelser som sulfater.

Et videre problem oppstår ved utlutning av metaller og legeringer. Ønskede ikke-jernholdige metaller kan ekstraheres fra metaller og legeringer og oppløses i en sur utlutningsoppløsning. Utlutningshastigheten kan imidlertid være meget lang-som. Omvendt, hvis utlutningshastigheten i sterk sur oppløsning er hurtig, kan den være ikke-selektiv, dvs. ønskede og uønskede metaller kan oppløses i oppløsningen når det er ønskelig å oppløse bare de ønskede ikke-jernholdige metaller og etter-late uønskede metaller uoppløst i residuet. Likeledes kan hurtig ekstrahering av ikke-jernholdige metaller fra metaller og legeringer ved utlutning være ledsaget av utvikling av store volum vannstoff, som, når det er til stede i reaksjonskaret sam-men med en gass som inneholder fritt surstoff, byr på alvorlig eksplosjonsfare. En videre vanskelighet er at partikler av metaller og legeringer kan være av uregel-messig form som er vanskelig å behandle i pumper, rør, ledninger og ved mekanisk omrøring av reaksjonskarene.

Disse vanskeligheter kan overvinnes, i det minste delvis, ved å redusere partik-lene av metallet eller legeringen til ekstremt liten størrelse, ved hvilken de kan utlutes hurtig og effektivt under kontrol-lerte betingelser for forhøyet temperatur i lukket reaksjonskar.

Det er blitt funnet at de ovenfor nevnte problemer ved utlutning av ikke-jernholdig, metallholdig materiale med vandig svovel-syreoppløsning ved forhøyet temperatur og trykk i nærvær av en gass som inneholder fritt surstoff, kan overvinnes ved å under-kaste det metallholdige materiale en forutgående smeltning, hvor det omdannes til formen av en matte. Innholdet av det oksyderbare sulfidsvovel i utgangsmaterialet reguleres slik at det i det materiale som underkastes behandling skaffes et totalt svovelinnhold som er mindre enn 100 pst. overskudd av det som kreves for å forbinde med ønskede ikke-jernholdige metallforbindelser som sulfater.

Den forutgående smeltning er blitt funnet å ha et antall viktige fordeler. Det oksyderbare svovelinnhold i utgangsmaterialet i utlutningen kan kontrolleres nøy-aktig for å hindre, hvis ikke fullstendig eliminere, dannelsen av elementært svovel i oksydasjonsreaksjonen. Det kan fremstilles en matte som er lett å male opp til ekstremt findelte partikler fra metallholdige materialer slik som metaller og legeringer som ellers bare kan oppdeles med stor vanskelighet og ved vesentlige omkostninger. Det dannes et produkt som reagerer hurtig med høy ekstraksjonsgrad, hvilket gjør bruken av kostbar høy temperatur og høytrykksutstyr unødvendig. Det kan fremstilles matte fra malmer eller konsentrater ved hjelp av vanlige pyro-metallurgiske fremgangsmåter eller ved å smelte metall eller metallegeringer med svovelholdig materiale.

Ikke-jernholdig metallholdig matte som er fremstilt ved den forutgående smeltning males til en partikkelstørrelse innenfor området fra 0,417 mm til 0,043 mm. En viktig fordel ved foreliggende oppfinnelse er at matten er lett målbar og kan males til ekstremt fine partikkelstørrelser uten vanskelighet og med lave omkostninger.

Findelte partikler fra matten, hvilke inneholder ønskede ikke-jernholdige metallforbindelser og oksyderbare svovelfor-bindelser, dispergeres i et vandig medium slik at det dannes en oppslemning. Det vandige medium kan være vann, men ut-lutningsreaksjonen påbegynnes ved nærvær av en bestemt mengde svovelsyre. Så-ledes er oppløsningsmiddelinnholdet i oppslemningen som underkastes oksydasjon i form av en vandig svovelsyreoppløsning. Oppslemningen holdes ved en temperatur innen området fra 90 til 180° C, under et positivt partialtrykk for surstoff som opp-rettholdes ved hjelp av innmatning av en gass som inneholder fritt surstoff, slik som surstoff, luft eller surstoffanriket luft, til oppslemningen under reaksjonen. Oksydasjonen kan være eksoterm og i dette tilfelle genereres den varme som er nødvendig for å opprettholde reaksjonen autogent enten fullstendig eller delvis. Tilleggsvarme kan skaffes fra en utvendig kilde ifølge vanlig praksis, hvis dette er nødvendig. Oksydasjonen fortsettes inntil ekstraksjon og oppløsning av ikke-jernholdige metallforbindelser er vesentlig fullstendig. Oppslemningen tømmes deretter ut fra reaksjonskaret. Det uoppløste residuum skilles fra oppløsningen, f. eks. ved filtrering. Den klarede oppløsning kan deretter behandles for utvinning av ønskede metallforbindelser.

Faktorer som påvirker hastighet og effekten av den sure oksydasjonsreaksjon er konstitusjonen av det metallholdige materiale, størrelsen av de metallholdige partikler, og den temperatur og det partialtrykk for surstoff ved hvilke reaksjonen ut-føres.

Størrelsen for de metallholdige partikler skal befinne seg innenfor området fra 0,417 mm til 0,043 mm. Innen dette område går oksydasjonen av ikke-jernholdige metallforbindelser hurtig og det uopp-løste residuum fra den sure oksydasjonsreaksjon kan skilles fra oppløsningen uten noen vanskelighet, f. eks. ved filtrering. En viktig faktor ved hastigheten for oksydasjonen er overflatearealet for de partikler som utsettes for utlutningsoppløsningen og den oksyderende gass. Hastigheten for oksydasjonen øker ettersom partikkelstør-relsen reduseres. Finhetsgraden for partik-lene er begrenset, ved deres avsetnings- og filtreringsegenskaper ved den flytende fast stoff-fraskilling som følger den sure oksydasjon.

Den sure oksydasjon utføres ved en temperatur innen området fra 90° C til 180° C, fortrinsvis fra ca. 120° C til 150° C. Ved temperaturer under 90° C går reaksjonen for langsomt for teknisk operasjon. Ved temperaturer over 150° C, blir problemet i forbindelse med korrosjon av bløtt stål og rustfritt stål i utstyret alvorlig og kan overvinnes ved bruk av korrosjonsbe-standig materiale i utlutningskaret. Ved temperaturer mellom 90° C og 150° C går imidlertid oksydasjonen hurtig uten at det er nødvendig med bruk av høy temperatur og høytrykks-korrosjonsbestandig utstyr.

Partialtrykket for surstoff kontrolleres for å skaffe en forholdsvis hurtig oksyda-sjonsgrad uten å gjøre bruk av høytrykks - utstyr. Surstoff kan skaffes som sådant eller i luft eller i surstoffanriket luft. Fortrinsvis tilføres det til reaksjonskaret kon-tinuerlig under reaksjonen. Det fåes meget tilfredsstillend resultater ved bruk av et surstoffpartialtrykk som ligger innenfor området fra 0,60 til 7 atmosfærer. Hvis det anvendes luft som oksydasjonsmiddel, utfø-res reaksjonen ved et totaltrykk på fra 5 til 9 atmosfærer, når det anvendes en temperatur innen området fra 120 til 150° C og et partialtrykk for surstoff på 0,6 atmosfærer tilført som en luftstrøm.

Mens det kan anvendes vann som vanlig medium for å danne oppslemningen med de ikke-jernholdige metallholdige partikler, skal det imidlertid være tilstede minst en liten mengde syre i oppslemningen for å påbegynne oksydasjonen. Det er blitt f un-nt at når oppslemningen inneholder så lite som 0,5 vekts-pst. svovelsyre, beregnet av oppløsningen, påbegynnes reaksjonen umiddelbart og hurtig. Hvis innmatnings-materialet inneholder tilgjengelig svovel i overskudd over det som kreves for å kombinere med de ønskede ikke-jernholdige metaller som sulfater, er det ikke nødvendig å tilføre syre bortsett fra det som tilføres for å begynne reaksjonen i det første øye-blikk. Hvis imidlertid mengden av tilgjengelig svovel er mindre enn det som kreves for å kombinere med ønskede ikke-jernholdige metaller som sulfater, kan svovel-underskuddet utlignes ved tilsetning av svovelsyre til oppslemningen enten før eller under reaksjonen.

De følgende eksempler illustrerer til-beredningen av en matte fra en metallege-ring som egner seg for behandling ifølge fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse. Ved dannelsen av en matte i en elektrisk ovn forekommer det meget lite svoveltap. Mengden av svovel som ønskes i matten kan derfor meget nøyaktig be-stemmes og skaffes i innmatningsmateri-alet til ovnen.

Eksempel 1.

En ferro-nikkel-legering inneholdt 62,9 pst. jern, 36,1 pst. nikkel og 0,8 pts. kobolt. Det ble funnet at hvis denne legering kunne males til en tilstrekkelig finhetsgrad på en størrelsesorden av 70 pst. mindre enn 0,074 mm, kunne de ønskede nikkel-og koboltforbindelser ekstraheres hurtig og oppløses enten i en ammoniakalsk ammo-niumsulfat- eller en sur utlutningsoppløs-ning. Imidlertid bød problemet og omkost-ningene for oppmaling av legeringen til en partikkelstørrelse som egnet seg for teknisk operasjon på alvorlige vanskeligheter. Dnne vanskelighet ble overvunnet ved å smelte legeringen i en kullstoffbueovn med kalsiumsulfat og kullstoff, slik at det ble dannet en matte som hadde følgende sam-mensetning:

Nikkel 25 pst. — 30 pst.

Kobolt 0,6 pst. — 0,7 pst.

Jern 58 pst. —- 63 pst.

Svovel 5 pst. — 7 pst.

Teoretisk mengde svovel som kreves for å forbinde med nikkel- og koboltforbindelsene som sulfater i utlutningstrinnet er fra 14 pst. til 16,7 vekts-pst.

Eksempel 2.

En ferro-nikkel-kobolt-legering inneholdt 13,7 pst. nikkel, 15,3 pst. kobolt og 69,9 pst. jern. Denne legering ble smeltet i en elektrisk bueovn med nikkelsulfid-kon-sentrat. Den dannede matte inneholdt:

Nikkel 8 pst. — 15 pst.

Kobolt 8 pst. — 15 pst.

Jern 70 pts. — 55 pst.

Svovel 10 pst. — 15 pst.

Den teoretiske mengde svovel som ble krevet for å forbinde seg med nikkel- og koboltforbindelser som sulfater i utlutningstrinnet var fra 8,8—16,4 vektspst.

Eksempel 3.

En ferro-nikkel-kobolt-legering inneholdt 69,9 pst. jern, 13,7 pst. nikkel og 15,3 pst. kobolt. Denne legering ble smeltet i en elektrisk bueovn med pyritt slik at det ble dannet en matte som inneholdt:

Den teoretiske svovelmengde som ble krevet for å forbinde seg med nikkel- og koboltforbindelsene som sulfater var 10,6 vektspst.

De matter som ble fremstilt ifølge eks-emplene 1, 2 og 3 var sprø og var lette å knuse og male ved hjelp av vanlige fremgangsmåter og apparatur til en partikkel-størrelse som befant seg innenfor området fra 0,417 til 0,043 mm.

De følgende eksempler illustrerer de resultater som ble oppnådd ved utlutning av matter som ble dannet på den måte som er beskrevet og som har varierende svovelinnhold, og under varierende tempera-turbetingelser.

Eksempel 4.

Virkningen av svovelinnholdet 1 en matte på dens utlutningskarakteristikk er vist i tabell 1 som følger:

De følgende resultater ble oppnådd når 920 g av disse matter ble utlutet med 4 liter av oppløsning ved 120° C, under et partialtrykk for surstoff på 1,5 atmosfærer og totaltrykk på 2,5 atmosfærer, slik at det ga en utlutningsoppløsning som inneholdt 50 g nikkel plus kobolt pr. liter.

Det følgende eksempel 5 illustrerer de resultater som ble oppnådd ved behandling av et materiale som- inneholdt et overskudd av svovel.

Eksempel 5.

Et nikkel-kopper-kobolt-sulfid-konsen-trat som inneholdt sulfidkonsentrat som inneholdt, i vekt, 11 pst. nikkel, 1 pst. kopper, 0,25 pst. kobolt, 31 pst. svovel og 35 pst. jern ble røstet i en oksyderende atmosfære og smeltet ifølge vanlig praksis, slik at det ga en matte. Matten inneholdt, i vekt, 61,1 pst. nikkel, 5,2 pst. kopper, 0,48 pst. kobolt, 8,3 pst. jern og 22,3 pst. svovel. Da det ble krevet 36,3 pst. svovel for å kombineres

med nikkel-, kopper- og koboltforbindelser som sulfater, fantes det et underskudd på

13,5 vektspst. svovel. Dette underskudd ble

utlignet ved å skaffe varierende mengder svovelsyre til utlutningstrinnet.

400 g av denne matte ble chargert med 4 liter av utlutningsoppløsning i et reaksjonskar slik at det ble dannet en oppslemning. Oppslemningen ble brakt til å reagere i 8 timer ved 120° C under et partialtrykk for surstoff på 1,5 atmosfærer og et totaltrykk på 2,5 atmosfærer som ble opp-rettholdt ved å mate inn en gass som inneholdt fritt surstoff til reaksjonskaret under reaksjonen. De erholdte resultater er an-gitt i tabell 3.

De ovenstående eksempler illustrerer at det må være minst en liten mengde svovel i overskudd av den støkiometriske mengde som kreves for kombinering med de ønskede ikke-jernholdige metallforbindelser som sulfater til stede i utlutnings-oppløsningen under oksydasjonen. Den nøyaktige mengde av overskudd av svovel som kreves avhenger av de betingelser under hvilke reaksjonen utføres. Imidlertid har utstrakte undersøkelser vist at det kan fåes tilfredsstillende resultater ved å ha et overskudd på svovel til stede innenfor området fra 10—100 vektspst. av den støkio-metriske mengde som kreves for å kombinere seg med de ikke-jernholdige metallforbindelser som sulfater.

Følgende eksempel illustrerer de resul-

tater som oppnås ved å variere tempera-turen under hvilken oksydasjonen utføres.

Eksempel 6.

400 g av en matte som inneholdt 61,1 pst. nikkel, 0,48 pst. kobolt, 5,2 pst. kopper, 8,3 pst. jern og 22,8 pst. svovel ble disper-gert, i adskilte prøver, i en fortynnet svo-velsyreoppløsning som inneholdt 80 g svovelsyre pr. liter. I hvert tilfelle ble den dannede oppslemning brakt til å reagere under et partialtrykk for surstoff på 1,5 atmosfærer i 8 timer. Oksydasjonen ble utført ved temperaturer på 107° C, 120° C, 135° C og 154° C. De oppnådde resultater er an-ført i tabell 4.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende

oppfinnelse for ekstrahering av ønskede

ikke-jernholdige metallforbindelser og opp-løsning av disse i en utlutningsoppløsning

har et antall betydningsfulle fordeler. Den

matte som dannes av det metallholdige materiale kan fremstilles forholdsvis lett. Det

oksyderbare svovelinnhold i matten kan lett

reguleres til det fra hvilket optimumsresul-tatene fåes ved utlutningstrinnet. For-urensiinger som er ledsaget i det metallholdige materiale, slik som det kan telle

ved behandling av sekundære eller skrap-metaller, metallholdige residuer og liknen-de kan elimineres eller i det minste stort

sett reduseres under smeltetrinnet. Den

dannede matte kan granuleres og er lett

målbar til en partikkelstørrelse som letter

utlutningen.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte til ekstrahering av ikke-jernholdige metallforbindelser fra

   jernholdig og ikke-jernholdig metallholdig materiale, idet svovelinnholdet i det materiale som skal ekstraheres reguleres slik at det etter oksydasjon gir et oksydert svovelinnhold innenfor området fra den støkio-metriske mengde til 100 pst. i overskudd av det som kreves for å kombinere seg med de ikke-jernholdige metallforbindelser som inneholdes i det metallholdige materiale som sulfater, hvoretter materialet som skal ekstraheres findeles og bringes til å reagere i en vandig svovelsur oppløsning med en gass som inneholder fritt surstoff ved en temperatur innenfor området fra 90— 180° C, og under et positivt partialtrykk for surstoff, idet oksydasjonen fortsettes for å ekstraheres ikke-jernholdige metallforbindelser fra det metallholdige materiale og oppløsningen som inneholder oppløste ikke-jernholdige metallforbindelser separeres fra den dannede reaksjonsblanding, karakterisert ved at det som materiale som skal [ekstraheres anvendes en matte som er 'fremkommet ved smelting av det metallholdige materiale, idet matten etter at svovelinnholdet er regulert bringes til størk-ning og males til en partikkelstørrelse som ligger innenfor området fra 0,417 mm til 0,043 mm før den videre behandling i den svovelsure vandige oppløsning.