PROCEDE D'HYDROMETALLURGIE DE LIXIVIATION DES MINERAIS OXYDES ET DE RECUPERATION DES METAUX HYDROMETALLURGY PROCESS FOR LEACHING OXIDIZED ORES AND RECOVERING METALS
La présente invention concerne un procédé d 'hydrométallurgie de lixiviation et de récupération de métaux contenus dans les minerais oxydés, leurs concentrés de flottation, les cendres de grillage des sulfures ou les déchets métalliques, à l'aide d'une solution contenant des sels fixes d'aminés et/ou d'ammoniac et d'acides carboxyliques et/ou carbonique.The present invention relates to a process for the hydrometallurgy of leaching and recovery of metals contained in oxidized ores, their flotation concentrates, the ash from roasting of sulphides or metallic waste, using a solution containing fixed salts. amines and / or ammonia and carboxylic and / or carbonic acids.
Les métaux sont le cuivre, le zinc, le cadmium, le nickel, le cobalt, l'argent, l'or, le manganèse le fer et autres métaux de transition de la classification périodique des éléments chimiques.The metals are copper, zinc, cadmium, nickel, cobalt, silver, gold, manganese iron and other transition metals from the periodic table of chemical elements.
Les matières à traiter contiennent des oxydes de métaux, leurs carbonates, silicates et/ou autres sels d'acides faibles.The materials to be treated contain metal oxides, their carbonates, silicates and / or other weak acid salts.
On sait que l'hydrométallurgie des minerais oxydés met en œuvre principalement la lixiviation des minerais par des acides ou des bases. Dans de tels procédés, la gangue interfère dans la réaction de mise en solution des métaux et augmente la consommation des réactifs. Ainsi, la présence d'une gangue basique (carbonates et autres) entraîne une surconsommation de l'acide utilisé. De même, une gangue acide (silicates ou autres) occasionne des pertes en réactifs quand la lixiviation est réalisée à l'aide d'une base.It is known that the hydrometallurgy of oxidized ores mainly implements the leaching of ores by acids or bases. In such processes, gangue interferes in the metal dissolution reaction and increases the consumption of reagents. Thus, the presence of a basic gangue (carbonates and others) leads to an overconsumption of the acid used. Likewise, an acid gangue (silicates or others) causes losses of reagents when the leaching is carried out using a base.
Le procédé à l'ammoniac se base sur la formation de complexes de ce produit avec les métaux oxydés, ce qui élimine les réactions parasites de la gangue, qu'elle soit acide ou basique. Toutefois la volatilité de l'ammoniac complique les installations de mise en œuvre afin de réduire les pertes de réactif. Elle gêne l'emploi de gaz tels que l'air, en cas de nécessité d'oxyder les métaux durant l'étape de lixiviation, l'hydrogène, l'anhydride sulfureux ou l'oxyde de carbone durant l'étape de précipitation des métaux solubilisés. De plus, l'étape de récupération des métaux lixiviés nécessite l'évaporation de l'ammoniac et son recyclage afin d'éviter le recours à des excès importants de réactifs pour neutraliser l'important excédent d'ammoniac requis par l'étape de lixiviation, ce qui se traduit par une dépense élevée en combustibles.The ammonia process is based on the formation of complexes of this product with oxidized metals, which eliminates the parasitic reactions of the gangue, whether acid or basic. However, the volatility of the ammonia complicates the installation installations in order to reduce the losses of reagent. It hinders the use of gases such as air, if it is necessary to oxidize the metals during the leaching step, hydrogen, sulfur dioxide or carbon monoxide during the precipitation step of the solubilized metals. In addition, the step of recovering leached metals requires the evaporation of the ammonia and its recycling in order to avoid the use of significant excess of reagents to neutralize the large excess of ammonia required by the leaching step. , which translates into a high expenditure on fuel.
Enfin, la cyanuration est utilisée principalement dans le traitement des minerais d'or et d'argent et met en œuvre la formation de complexes de ces métaux avec le cyanure. En plus du caractère toxique du réactif utilisé, la cyanuration se fait en milieu basique (pH 1 1 à 12) afin de limiter l'hydrolyse du cyanure, ce qui limite l'emploi de gaz acide (gaz carbonique ou
sulfureux) pour la précipitation des métaux dissous. De plus, la grande stabilité des complexes demande des conditions sévères de pression et de température pour la précipitation par l'hydrogèneFinally, cyanidation is used mainly in the processing of gold and silver ores and involves the formation of complexes of these metals with cyanide. In addition to the toxic nature of the reagent used, cyanidation takes place in a basic medium (pH 1 1 to 12) in order to limit the hydrolysis of cyanide, which limits the use of acid gas (carbon dioxide or sulfurous) for the precipitation of dissolved metals. In addition, the high stability of the complexes requires severe pressure and temperature conditions for precipitation by hydrogen.
La présente invention est un procédé d'hydrométallurgie qui met en œuvre une solution aqueuse contenant des sels carboxylates et/ou de carbonates d'aminés et/ou d'ammonium, neutres et stables thermiquement en solution, sélectionnes en fonction de leur force complexante par rapport au métal ou aux métaux a récupérer Ils sont peu volatils par entraînement par les courant gazeux et présentent une affinité faible ou nulle avec la gangue, qu'elle soit acide ou basique Ces sels forment une série homologue de sels de formule générique R-CO2 H -R' , l'aminé pouvant être primaire, secondaire ou tertiaireThe present invention is a hydrometallurgy process which uses an aqueous solution containing neutral and thermally stable carboxylate and / or carbonate salts of amines and / or ammonium, selected according to their complexing force by relation to the metal or metals to be recovered They are not very volatile by entrainment by gas streams and have little or no affinity with the gangue, whether acid or basic These salts form a homologous series of salts of generic formula R-CO2 H -R ', the amine can be primary, secondary or tertiary
Le carbonate d'ammoniaque, premier élément de cette séπe homologue de réactifs, est exclu du domaine d'application de la présente invention, ce produit étant instable thermiquement, décomposable par les courants gazeux et donnant une solution avec un pH élevéAmmonia carbonate, the first element in this homologous reagent series, is excluded from the scope of the present invention, this product being thermally unstable, decomposable by gas streams and giving a solution with a high pH.
La solution de carboxylates se caractérise par un pH modéré, de l'ordre de pH 7 Sa faible acidité et sa faible basicité font que son comportement est neutre vis-a-vis des gangues basiques ou acides Elle est aussi peu agressive par rapport à certains matériaux, en particulier le béton et dans ce cas elle élimine le recours à des revêtements antiacides Son effet tampon par rapport aux bases et aux acides permet l'absorption de quantités importantes de gaz acides pour la précipitation des métaux dissousThe solution of carboxylates is characterized by a moderate pH, of the order of pH 7. Its low acidity and its low basicity make that its behavior is neutral with respect to basic or acid gangues. It is also not very aggressive compared to certain materials, in particular concrete and in this case it eliminates the use of antacid coatings Its buffering effect compared to bases and acids allows the absorption of significant quantities of acid gases for the precipitation of dissolved metals
La présente invention consiste en un procédé d'hydrométallurgie comprenant deux étapes principales, une lixiviation suivie d'une précipitation, la solution étant recyclée moyennant l'ajustement de son pouvoir solvant De nombreux paramètres opératoires permettent l'optimisation de la mise en œuvre du procédé en fonction de la nature de la matière première traitée, des conditions économiques du site et de la forme chimique du métal ou des métaux récupérés.The present invention consists of a hydrometallurgy process comprising two main steps, a leaching followed by precipitation, the solution being recycled by adjusting its solvent power. Many operating parameters allow the optimization of the implementation of the process. depending on the nature of the raw material treated, the economic conditions of the site and the chemical form of the metal or metals recovered.
J_ LixiviationJ_ Leaching
La mise en solution est une réaction de formation de complexes entre les composants des réactifs de la solution et le métal (ou les métaux) contenu dans la phase solide. C'est une-
réaction lente limitée par la diffusion des réactifs dans le solide et des produits de la réaction dans la solution.Dissolution is a reaction of formation of complexes between the components of the reactants of the solution and the metal (or metals) contained in the solid phase. It's a- slow reaction limited by diffusion of reagents into the solid and reaction products into the solution.
Pratiquement, elle dépend de la granulométπe du solide, de la concentration de la solution, de la température, du temps de contact et de la puissance de l 'agitationIn practice, it depends on the particle size of the solid, the concentration of the solution, the temperature, the contact time and the power of the stirring.
Le ou les métaux objets du traitement sont éventuellement amenés aux degrés d'oxydation appropriés, notamment par l'injection d'air ou d'oxygène pour la dissolution des métaux sous forme métallique ou d'oxydes inférieurs réfractaires et dans ce cas la lixiviation dépend de la teneur en oxygène dissout et /ou de la pressionThe metal or metals which are the subject of the treatment are optionally brought to the appropriate oxidation degrees, in particular by the injection of air or oxygen for the dissolution of the metals in metallic form or of refractory lower oxides and in this case the leaching depends dissolved oxygen content and / or pressure
Conformément aux pratiques du génie chimique et de l'hydrométallurgie, la lixiviation peut être conduite dans un réacteur unique ou dans un dispositif de réacteurs multi-étagés pour un épuisement rationnel de la matière première et un enrichissement rationnel de la solutionIn accordance with chemical engineering and hydrometallurgical practices, leaching can be carried out in a single reactor or in a multi-stage reactor system for rational exhaustion of the raw material and rational enrichment of the solution
Le reacteur (ou les réacteurs), leurs équipements et leur instrumentation sont ceux utilisés usuellement en hydrométallurgie ou en génie chimique pour les contacts solide-liquide et. éventuellement, solide- quide-gazThe reactor (or reactors), their equipment and their instrumentation are those usually used in hydrometallurgy or in chemical engineering for solid-liquid contacts and. possibly solid-gas
2_ Précipitation2_ Precipitation
La solution riche issue de l'étape de lixiviation (lixiviat) se prête aux techniques classiques de récupération des métaux telles que l'extraction aux solvants, l'électrolyse, la précipitation par l'hydrogène ou le sulfure d'hydrogène et la cémentationThe rich solution resulting from the leaching step (leaching) lends itself to conventional techniques for recovering metals such as solvent extraction, electrolysis, precipitation by hydrogen or hydrogen sulfide and case hardening.
La solution riche, ayant un pH modéré (de l'ordre de 7) et contenant des complexes des métaux peu stables, permet de mettre en œuvre des méthodes de précipitation plus spécifiques au procédé objet de la présente invention.The rich solution, having a moderate pH (of the order of 7) and containing unstable metal complexes, makes it possible to implement precipitation methods more specific to the process which is the subject of the present invention.
a) précipitation par le gaz carboniquea) precipitation with carbon dioxide
Dans le présent procédé, la dissolution des carbonates des métaux par formation des complexes dans des conditions proches de l'équilibre obéit à la « loi d'action de masse ». De ce fait, l'injection de gaz carbonique sous pression modérée déplace l'équilibre vers la
formation et la précipitation des carbonates neutres ou des carbonates basiques du métal (des métaux ) du hxiviatIn the present process, the dissolution of carbonates from metals by the formation of complexes under conditions close to equilibrium obeys the "law of mass action". As a result, the injection of carbon dioxide under moderate pressure shifts the equilibrium towards the formation and precipitation of neutral carbonates or basic carbonates of the metal (metals) of the hxiviat
b) précipitation par l'anhydride sulfureuxb) precipitation with sulfur dioxide
L'anhydride sulfureux est soluble dans la solution utilisée dans le présent procédé et détruit les complexes de lixiviation par formation, selon les conditions opératoires, de sulfites insolubles, d'oxydes inférieurs insolubles et/ou de sels mixtes combinant oxydes, sulfites et/ou sulfatesThe sulfur dioxide is soluble in the solution used in the present process and destroys the leaching complexes by formation, according to the operating conditions, of insoluble sulfites, insoluble lower oxides and / or mixed salts combining oxides, sulfites and / or sulphates
Dans le cas d'une précipitation par le gaz carbonique ou l'anhydride sulfureux, le précipité peut être calciné et le gaz récupéré peut être recyclé pour une nouvelle précipitationIn the case of precipitation with carbon dioxide or sulfur dioxide, the precipitate can be calcined and the recovered gas can be recycled for further precipitation
3_ Recyclage de la solution pauyre3_ Recycling the poor solution
L'étape de précipitation régénère une solution pauvre en métaux qui est recyclée a l'étape de lixiviation Le pouvoir de dissolution de cette solution peut être ajusté, quand il y a lieu, par l'élimination de l'excédent de réactifs utilises dans l'étape de précipitation Une ventilation est suffisante après une précipitation par le gaz carbonique et un excédent d'anhydre sulfureux s'élimine par contact avec du sable calcaire, du calcaire broyé ou de la chauxThe precipitation step regenerates a poor metal solution which is recycled to the leaching step. The dissolution power of this solution can be adjusted, if necessary, by eliminating the excess of reagents used in the solution. precipitation step Ventilation is sufficient after precipitation with carbon dioxide and an excess of sulfur dioxide is eliminated by contact with calcareous sand, crushed limestone or lime
Une autre possibilité d'augmenter le pouvoir lixiviant de la solution recyclée est de limiter le taux de précipitation, réduisant ainsi l'excédent de réactifs de précipitationAnother possibility of increasing the leaching power of the recycled solution is to limit the precipitation rate, thus reducing the excess of precipitation reagents
4 Optimisation du procédé4 Process optimization
Le dimensionnement d'une installation de lixiviation et de précipitation mettant en œuvre la présente invention dépend de plusieurs paramètres qui font de la présente invention un procédé flexible (versatile), adaptable à différentes conditions économiques du site de l'unité industrielleThe dimensioning of a leaching and precipitation installation implementing the present invention depends on several parameters which make the present invention a flexible (versatile) process, adaptable to different economic conditions of the site of the industrial unit.
Les essais de laboratoire permettent notamment de sélectionner les carboxylates et/ou carbonates d'aminés et/ou d'ammonium les plus adaptés à la matière première, les besoins en énergie de concassage et de broyage, la concentration de la solution de lixiviation, la
puissance de l'agitation, la température et le temps de lixiviation, le taux d'injection d'air ou d'oxygène, la sélection d'un gaz de précipitation (CO2, SO2, H2, ou H2S) ou toute autre méthode de récupération (cémentation, extraction aux solvants, électrolyse), la température de calcination, etc., et ceci dans l'objectif d'optimiser les contraintes économiques de la mise en œuvre du procédéLaboratory tests make it possible in particular to select the carboxylates and / or carbonates of amines and / or ammonium most suited to the raw material, the energy requirements for crushing and grinding, the concentration of the leaching solution, the power of the stirring, the temperature and the leaching time, the rate of in j ection of air or oxygen, selection of a precipitating gas (CO2, SO2, H2, or H 2 S) or any other recovery method (case hardening, solvent extraction, electrolysis), calcination temperature, etc., with the aim of optimizing the economic constraints of the implementation of the process
5 Exemple cas des minerais oxydés de cuiyre5 Example case of oxidized copper ores
Les minerais oxydés de cuivre sont le résultat de la dégradation naturelle (altération ) plus ou moins prononcée des gisements sulfurés Ils contiennent principalement de la malachite, de l'azuπte et de la cupπte, accompagnées des métaux associés tels que le fer et les métaux précieuxOxidized copper ores are the result of more or less pronounced natural degradation (alteration) of sulfur deposits They mainly contain malachite, azuπte and cupπte, accompanied by associated metals such as iron and precious metals
L'un des carboxylates retenu au titre de la présente invention pour le traitement du cuivre est l'acétate d'ammonium.One of the carboxylates selected under the present invention for the treatment of copper is ammonium acetate.
Dans le cas d'un minerai très altéré, composé essentiellement de malachite dans une gangue ferrugineuse et carbonatée très poreuse, la lixiviation est rapide des la température ambiante avec dégagement de gaz carbonique, sans concassage ni broyage Elle est accélérée des que la température augmente, par exemple sous l'effet du soleilIn the case of a very weathered ore, composed essentially of malachite in a very porous ferruginous and carbonated gangue, the leaching is rapid from ambient temperature with release of carbon dioxide, without crushing or grinding It is accelerated as soon as the temperature increases, for example under the effect of the sun
Un minerai moins altéré, mixte (malachite, azuπte, cupπte), dans une gangue silico- magnésienne peu perméable nécessite concassage et broyage. La dissolution lente du cuivre est accélérée par l'élévation de la température, sans atteindre l 'ébullition L'azuπte est plus difficile à traiter que la malachite, l'extraction de la cupπte et l'argent est améliorée par l'injection d'air ou d'oxygène.A less altered, mixed ore (malachite, azuπte, cupπte), in a silico-magnesian gangue not very permeable requires crushing and grinding. The slow dissolution of copper is accelerated by the rise in temperature, without reaching boiling. The azuπte is more difficult to treat than malachite, the extraction of the cupπte and silver is improved by the injection of air or oxygen.
Dans le cas d'un minerai mixte d'oxydes et de sulfures qui sont normalement difficiles à flotter, la lixiviation directe du minerai ou d'un concentré de flottation bulk par le présent procédé permet de séparer les oxydes qui sont mis en solution des oxydes, des sulfures qui restent dans le résidu de lixiviation et sont complètement libérés de la gangue et peuvent ainsi être traités ultéπeurement de manière aisées par flottation, gravimétrie et autres méthodes d'enπchissement
Le xiviat mis en contact direct avec l'anhydride sulfureux donne lieu rapidement a un précipité de composés de cuivre dont la composition dépend de plusieurs paramètres (température, débit de gaz, concentrations en acétate et métal, agitation, etc ), les combinaisons d'oxydes du cuivre (cuivreux, cuivπque) et d'oxydes de soufre (sulfites, sulfates) étant complexes et diversesIn the case of a mixed ore of oxides and sulphides which are normally difficult to float, the direct leaching of the ore or a bulk flotation concentrate by the present process makes it possible to separate the oxides which are dissolved in the oxides , sulphides which remain in the leaching residue and are completely freed from the gangue and can therefore be easily treated subsequently by flotation, gravimetry and other enrichment methods The xiviat brought into direct contact with sulfur dioxide gives rise quickly to a precipitate of copper compounds whose composition depends on several parameters (temperature, gas flow, acetate and metal concentrations, agitation, etc.), the combinations of copper oxides (cuprous, cuivπque) and sulfur oxides (sulfites, sulfates) being complex and diverse
L'argent et l 'or accompagnant le cuivre est récupère a l 'étape de précipitation, une précipitation fractionnée, notamment en recontactant le précipite avec la solution riche issue de la lixiviation, permettant d'enrichir la teneur du piecipiter en métaux précieuxThe silver and gold accompanying the copper is recovered during the precipitation stage, a fractional precipitation, in particular by recontacting the precipitate with the rich solution resulting from leaching, making it possible to enrich the content of the piecipiter in precious metals.
L'absorption rapide de grande quantité d'anhydride sulfureux par la solution d'acétate d'ammonium est une variante en plus de la quantité de solution de carboxylates utilisée dans le cycle hxiviation-précipitation comme décrit précédemment, une autre quantité de la solution est utilisée dans une boucle absorption-précipitation La solution issue de la colonne d'absoφtion permet une utilisation aisée de l'anhydride sulfureux en réduisant les risques lies a la manutention de ce gaz Elle réagit rapidement avec le hxiviat, le réglage des débits du mélange permet le contrôle de la quantité de métaux a précipiterThe rapid absorption of large quantities of sulfur dioxide by the ammonium acetate solution is a variant in addition to the quantity of carboxylate solution used in the hiviviation-precipitation cycle as described above, another quantity of the solution is used in an absorption-precipitation loop The solution from the absorption column allows easy use of sulfur dioxide by reducing the risks associated with the handling of this gas. It reacts quickly with hxiviat, adjusting the flow rates of the mixture allows control of the quantity of metals to be precipitated
Avant le recyclage de la solution pauvre vers une nouvelle étape de lixiviation, son pouvoir complexant est ajuste par l'appoint d'acétate compensant les pertes en reactif et, quand nécessaire, par passage sur un filtre de sable calcaire ou par addition de chaux, afin de réduire les ions sulfites et les sulfates en excèsBefore recycling the lean solution to a new leaching stage, its complexing power is adjusted by adding acetate to compensate for the losses in reagent and, when necessary, by passing over a filter of calcareous sand or by adding lime, to reduce excess sulfite ions and sulfates
Le précipite, lavé et séché, est calcine a une température variant entre 200°C et 600°C, suivant la nature chimique du précipité et le gaz récupère (gaz carbonique ou anhydride sulfureux) est recyclé vers l'étape de précipitation
The precipitate, washed and dried, is calcined at a temperature varying between 200 ° C and 600 ° C, depending on the chemical nature of the precipitate and the gas recovered (carbon dioxide or sulfur dioxide) is recycled to the precipitation stage