TWI573879B - 卑金屬自硫化物礦石或精礦之分離 - Google Patents

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Description

卑金屬自硫化物礦石或精礦之分離
本申請案主張2012年7月23日申請之標題為「Recovery of Base Metals from Sulphide Ores and Concentrates」之美國專利申請案第61/674,624號之優先權，該案之全文以引用的方式併入本文中。
本發明係關於卑金屬自硫化物礦石及精礦之分離。
卑金屬硫化物礦石之傳統加工包括例如精礦熔煉之浮選作用及高溫冶金技術。
US4,283,017描述一種方黃銅礦及黃銅礦自銅/鎳礦化岩石之選擇性浮選。該製程之缺點在於礦石選礦製程，該製程需要高能耗方能達到極細顆粒。本發明可供應粗顆粒。
US3,919,079描述一種自含硫化物礦石浮選硫化物礦物之製程。該製程之缺點在於使用複雜試劑之浮選製程：分散劑、收集劑、鹼、絮凝劑。由於該等用於浮選之複雜試劑的分解需要化學需氧量，因此這些試劑會產生環境影響。本發明不需要複雜的試劑。
US5,281,252描述非鐵硫化物之轉化，其需要吹入硫化銅顆粒，且該製程需要綜合控制攪拌水平及固體/液體接觸。另外，其需要控制內部空氣以確保用於反應之銅的還原及電力供應。
US4,308,058描述一種用於氧化熔融低鐵金屬冰銅以產生粗金屬之製程。然而，該製程需多爐操作及涉及高能耗之高溫(>1000℃)。
然而，此等習知製程在處理雜質(如氯及氟)含量高之低品級材料及礦石時變得極為昂貴。高溫冶金處理之另一問題係新建廠房、環境及發證及高能耗之高資本成本。
通常，當處理雜質(如氯及氟)含量高之低品級材料及礦石時，必須在將SO2送至硫酸工廠前處理該製程所產生之氣體(灰塵；CO2；NOx；H2O)。替代方法包括燃燒精礦。
按照上述問題及未滿足之需求，本發明提供一種使呈硫化物形式之卑金屬間接及選擇性硫酸鹽化的有利且有效的製程。該製程可應用於精礦或低品級硫化物礦石兩者；更著重的是在後者。低品級硫化物礦石通常達不到精礦中之理想含量；且當低品級硫化物要達到精礦理想含量時，就會產生巨大損失。雜質係主要問題。為此，爰提出本文所述之製程。
更具體言之，本發明揭示一種卑金屬自硫化物礦石及精礦之分離，其包括將卑金屬礦石及鐵鹽混合，該等鐵鹽對卑金屬之比例係介於50%與200%之間，將該混合物加熱至介於400℃與600℃之間之溫度，歷時2至8小時之時段；添加水以形成礦漿，然後攪拌該礦漿並過濾。
本發明之此等態樣之額外優點及新穎特徵將部份展示於隨後描述中，且部份將在熟習此項技術者檢視下文後或藉由實踐本發明學習後會變得更明瞭。
以下詳細描述並不意欲以任何方式限制本發明之範圍、適用性或組態。更準確言之，以下描述提供用於實施示例性形式之必要知 識。當使用本文所提供之教示時，熟悉此項技術者將瞭解在未外推本發明範圍下可使用之適宜替代物。
本發明製程涉及在螺旋混合機中混合含卑金屬之礦石、精礦或其他硫化物材料及硫酸鐵或氯化鐵。該鹽可以水合或無水形式加入。該混合物之硫化物材料與無水鹽可具有1：0.001至1：1000之比例。若使用水合鹽，則該等比例可按比例變化。
考慮到化學計量比，相對於卑金屬的較佳比例係介於50%與200%之間，針對無水形式而言，較佳介於90與120%之間。一旦硫化物之沉積含量低，且藉由浮選之精選無法產生高品質精礦，則其尤其是具吸引力之製程。若氟及氯之濃度高於規格極限，則其亦係有效的。
隨後將該最終混合物放入窯、爐或熟習此項技術者已知之任何其他設備中，條件是在任何類型之混合裝置中於大氣壓力下可提供足夠熱以達到較佳介於400℃與600℃之間，更佳介於400℃與500℃之間之溫度。在該溫度下，一般卑金屬硫化物發生以下反應：3 MS+Fe2(SO4)3+4.5 O2=3 NiSO4+Fe2O3+3 SO2
(其中M代表卑金屬)。
卑金屬較佳為銅、鎳及鋅，更佳為鎳。
硫酸鐵係為一實例，改變反應化學計量比，亦可使用氯化鐵。據估計，滯留時間較佳係介於2與8小時之間，更佳為5至6小時之時段。
熟習此項技術者可以若干方式生產硫酸鐵。
或者，亦可將氧化物材料添加至該混合物中，得到以下反應：MS+3 MO+Fe2(SO4)3+2 O2=4 NiSO4+Fe2O3
(其中M代表卑金屬)。
卑金屬較佳為銅、鎳及鋅，更佳為鎳。
上述反應會捕集SO2，避免氣體洗滌。為捕集呈固體形式之氟或氯，可添加硼酸鹽來源(諸如，例如硼酸)、非晶矽石或熟悉此項技術者已知之任何其他試劑。
使來自該窯之最終產物進入溶解階段，以便溶解多數或全部卑金屬鹽。使其與水混合，以形成具有10%-33%固體(較佳介於20%與30%之間)之礦漿。應使該礦漿維持在攪拌下歷時1-5小時之時段，較佳介於2與4小時之間。從此刻起，可挑選亦為熟習此項技術者所知的任何下游選擇，以供進一步加工及純化該等卑金屬。
因此，本發明製程之態樣涉及在介於400℃與600℃之間之溫度下混合鹽(例如氯化鐵或硫酸鐵)與鎳精礦並歷時2至8小時之時段。
在本發明之一較佳實施例中，係在介於400℃與500℃之間之溫度下混合鹽(例如氯化鐵或硫酸鐵)與鎳精礦並歷時5至6小時之時段，以得到進入溶解階段之鎳硫酸鹽或鎳氯化物。根據各種態樣，鎳硫酸鹽及鎳氯化物可直接進入溶解階段。該製程可得到極為穩定的殘餘物(赤鐵礦)，並實現鹽之快速溶解。
據估計，效率係介於80與95%之間。
視情況地，本發明製程後，可使用習知下游製程(諸如生產MHP及電解)，以得到任何類型之所欲產物。
使用者決定是生產高純度(諸如電解鎳)或是中間產物(如MHP)。此等選項並未詳盡，而只是下游製程之實例。由於不再需要自溶液移除雜質(諸如Fe及Al)之步驟，故此下游製程可大大簡化。
本發明製程之優點很多，且可包括：
- 更佳的沉積勘探，包括以就習知浮選製程而言在經濟上不可行的低品級硫化物之沉積；
- 減少酸消耗；
- 礦漿之沉降性質更佳；
- 減少絮凝劑消耗；
- 高濃度氟及氯在本發明製程中將不是問題；
- 本製程對卑金屬具有選擇性。因此，諸如鐵及氯之雜質不會被溶解，而此等雜質在習知製程下游會產生極為大量且難以傾析之氫氧化物。當此等元素係穩定氧化物(就鐵而言，預期會成為赤鐵礦穩定狀態)時，由於傾析固體之容易程度將加快，固體之形成量將較少，從而減少絮凝劑之消耗；
- 所得溶液之酸度低，從而減少對中和之需求。
- 以下顯示(針對鎳及銅)所提出反應之熱力學數據。
如所見，以上數據顯示，該等反應在熱力學上係有利的。
實例1.按200公克礦石對2.5公克無水硫酸鐵(化學計量)之比例混合Jaguar礦石與硫酸鐵，Jaguar礦石具有下表中所述之組成。在適當均質化後，使該混合物經受500℃之溫度，歷時3小時。在該材料完全冷卻後，添加水以形成具有30%固體之礦漿，並攪拌該混合物1小時。過濾該礦漿，並對殘餘物及PLS之樣品進行化學分析。結果顯示，鎳萃取率為85%，銅萃取率為77%，而鈷萃取率為88%。鐵及其 他雜質低於1%，錳例外，其萃取率為97%。
實例2.按200公克礦石對2.5公克無水硫酸鐵(化學計量之120%)之比例混合Jaguar礦石與硫酸鐵，Jaguar礦石具有下表中所述之組成。在適當均質化後，使該混合物經受600℃之溫度，歷時2小時。在該材料完全冷卻後，添加水以形成具有30%固體之礦漿，並攪拌該混合物1小時。過濾該礦漿，並對殘餘物及PLS之樣品進行化學分析。結果表明，鎳萃取率為92%，銅萃取率為79%，而鈷萃取率為93%。鐵及其他雜質低於1%，錳例外，其萃取率為99%。
實例3.按200公克礦石對2.5公克無水硫酸鐵(化學計量之130%)之比例混合Jaguar礦石與硫酸鐵，Jaguar礦石具有下表中所述之組成。在適當均質化後，使該混合物經受600℃之溫度，歷時2小時。在該材料完全冷卻後，添加水以形成具有30%固體之礦漿，並攪拌該混合物1小時。過濾該礦漿，並對殘餘物及PLS之樣品進行化學分析。結果表明，鎳萃取率為98%，銅萃取率為82%，而鈷萃取率為94%。鐵及其他雜質低於1%，錳例外，其萃取率為99%。

Claims (10)

  1. 一種卑金屬自硫化物礦石及精礦之分離程序，其中該分離程序包括：混合卑金屬礦石及鐵鹽，該等鐵鹽相對卑金屬之比例係介於50%與200%之間，將該混合物加熱至介於400℃與600℃之間之溫度歷時2至8小時之時段；添加水以形成礦漿；攪拌該礦漿並過濾。
  2. 如請求項1之卑金屬自硫化物礦石及精礦之分離程序，其中該等卑金屬為銅、鎳或鋅。
  3. 如請求項1或2之卑金屬自硫化物礦石及精礦之分離程序，其中該卑金屬為鎳。
  4. 如請求項1之卑金屬自硫化物礦石及精礦之分離程序，其中該鐵鹽包括硫化鐵、氯化鐵或其混合物。
  5. 如請求項1之卑金屬自硫化物礦石及精礦之分離程序，其中該鐵鹽相對卑金屬間之比例係介於90與120%之間。
  6. 如請求項1之卑金屬自硫化物礦石及精礦之分離程序，其中該混合物係經加熱至介於400℃與500℃間之溫度歷時5至6小時之時段。
  7. 如請求項1之卑金屬自硫化物礦石及精礦之分離程序，其中將該水添加至該混合物形成具有10%至33%固體之礦漿。
  8. 如請求項1或7之卑金屬自硫化物礦石及精礦之分離程序，其中將該水添加至該混合物形成具有20%至30%固體之礦漿。
  9. 如請求項1之卑金屬自硫化物礦石及精礦之分離程序，其中該礦漿係在攪拌下持續1至5小時之時段。
  10. 如請求項1或9之卑金屬自硫化物礦石及精礦之分離程序，其中該礦漿係在攪拌下持續2至4小時之時段。
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