通过堆摊浸取方法从低级含镍或含钴材料中回收镍和钴的方法

专利名称：通过堆摊浸取方法从低级含镍或含钴材料中回收镍和钴的方法
技术领域：
一般地，本发明涉及从铁矾土矿石中回收镍和钴的改进的方法。特别地，本发明提供了通过对所述矿石的精褐铁矿和腐泥土组分进行高压浸取或常压搅拌浸取，并对通常在所述选矿过程中被废弃的低级褐铁矿尾矿和腐泥土尾矿进行堆摊浸取，来从含镍和钴的铁矾土矿石中提取镍和钴的改进的湿法冶金方法。
背景技术：
铁矾土镍和钴矿床通常在相同矿床中含有氧化性矿石-褐铁矿，以及硅酸盐型矿石-腐泥土。倾向于通过包括焙烧和电冶炼技术的火法冶金方法来处理镍含量较高的腐泥土以得到铁镍合金。对镍含量较低的褐铁矿和褐铁矿/腐泥土混合物而言，所述能量需求和较高的铁/镍矿石比使得该处理方法过于昂贵，而这些矿石通常都通过火法冶金方法和湿法冶金方法混合处理，例如高压酸浸取法(HPAL)或卡龙(Caron)还原焙烧-碳酸铵浸取法。
作为对仅处理褐铁矿或低镁铁矾土、并使用昂贵高压设备的HPAL的替代，公开了常压搅拌酸浸取法，以及对矿石的褐铁矿组分进行HPAL，随后对腐泥土组分进行常压酸浸取的混合方法。为了降低所述浸取反应器的尺寸，这些方法优选使用高级褐铁矿和腐泥土。这使得所述低级矿石被作为废料废弃。
由于没有有效的方法进行选矿，采用上述方法对众多低镍含量矿石进行开采通常需要全矿石处理。其缺点在于，矿石中高价值金属含量较低的矿物组分显著降低了处理后矿石的整体质量，并增加了回收成本。
既使所述铁矾土矿石适于应用某些选矿方法，但采用某种前述方法处理所述精矿的同时，由于采用上述方法不经济，所以含镍和钴级别较低的尾矿组分通常被抛弃，因而丧失了所述尾矿中所含的有价值的镍和钴。
堆摊浸取是从低级矿石中较经济地提取金属的常规方法，已成功用于回收诸如铜，金，铀和银的材料。通常，其包括将来自矿床的生矿石直接堆成高度不同的堆。将浸取溶液从所述堆的顶部引入渗透穿过所述堆。从所述堆的底部排干所述排放液，将所述排放液转入加工厂，在那里回收所述有价值的金属。
妨碍对含镍和含钴的铁矾土矿石进行堆摊浸取的问题是所述矿石中的大量粘土成分。所述粘土成分的类型依赖于母体岩石以及所述粘土形成的物理化学环境，但绝大多数粘土对流过所述矿石的浸取溶液的渗透具有不利作用。
有报道指出，当铁矾土干燥堆放时，所述浸取溶液的渗透几乎是不可能的。由于渗透性较低，需要较低的浇灌(irrigation)率来使所述溶液能够浸取所述镍和钴，因此所需的浸取时间是不经济的。
美国专利第5,571,308(BHP Minerals International，Inc)号描述了对镁含量较高的诸如腐泥土的铁矾土矿石进行堆摊浸取的方法。该专利指出，所述粘土型腐泥土具有较低的可渗透性，作为解决方案，必须对所述矿石进行制粒，以确保所述浸出溶液在所述堆中的分布。
美国专利第6,312,500(BHP Minerals International，Inc)号也描述了对铁矾土进行堆摊浸取回收镍的方法，其对含有显著粘土成分(超过10％重量比)的矿石特别有效。该方法包括在有必要时调整所述矿石的尺寸，将所述矿石与浸滤剂接触形成球团(pellets)，并使其成块。将所述球团成堆并用硫酸浸取，从而提取所述有价值的金属。
以上两个专利都证明必须将所述全矿石给料制成造粒，以获得成功进行堆摊提取所必需的可渗透性。
上述包括在本说明书中的文件、文章等等中的论述，其目的仅是为本发明提供参考。但并不暗示或表明因为其在所述优先权日之前已在澳大利亚公开，任意或全部这些内容就构成了部分现有技术基础或者是与本发明相关的公知的现有技术。
本发明旨在克服或至少缓解与现有技术相关的一种或多种所述困难。
发明概述一般地，本发明提供从铁矾土矿石中回收镍和钴的改进方法，所述方法包括如下步骤a)选矿，将矿石分为选过的精矿石组分和粗糙的硅质低级尾矿组分，所述尾矿组分基本不含粉矿和粘土材料；b)单独处理所述精矿石组分回收镍和钴；及c)用加酸溶液对所述低级尾矿组分进行堆摊浸取，得到适于进行进一步镍和钴回收处理的堆摊浸出液。
一般地，所述方法构成了镍和钴回收的完整方法的一部分。在所述选矿过程中，所述粉矿和粘土材料与所述低级尾矿材料分离，并通常与所述精矿组分共存。作为所述选矿过程的一部分，可进一步处理所述低级尾矿组分，去除几乎全部所述粉矿和粘土材料。
优选通过高压酸浸取法(HPAL)或常压搅拌浸取法，从所述选矿后的精矿石组分中回收所述镍和钴，得到适于进一步处理的镍和钴的浸出液。在本发明的优选实施方案中，将来自所述低级尾矿组分的堆摊浸出液与来自所述精矿石组分的酸浸取过程的浸出溶液混合。这使得从所述全铁矾土矿石处理中回收的镍和钴的产量有所提高。
通过常规方法，例如硫化物或混合氢氧化物沉淀，溶剂提取处理，离子交换或其它公知的冶金处理途径，可从所述混合浸出液中回收所述镍和钴。
发明人意外地发现，所述低级硅质(siliceous)尾矿基本上不含粉矿和粘土成分，其较高的可渗透性使其适于堆摊浸取，而无需如美国专利第5,571,308号和第6,312,500号所述的粘土型矿石处理中必需的造粒步骤。所述高可渗透性使得在静态试验中，在14天内达到了约50％镍提取率和相对较快的浸取速率，在柱提取测验中在160-192天内达到了超过80％的镍提取率。以较低的酸消耗，相对较高地从所述低级尾矿中提取了镍和钴。
在本发明特别有益的一个方面，可将来自所述低级尾矿的堆摊浸取的浸出液与来自所述精矿石组分的酸浸取的浸出溶液一起处理。如果需要也可对其分别处理，然而合并处理可得到较高的金属回收效率，并降低设备需求。无论是从所述混合浸出液中进行回收，还是对来自所述精矿和低级矿石组分的浸出液进行分别处理，都可以采用现有技术处理所述浸出母液来回收镍和钴。例如，可通过选择性沉淀(即硫化物沉淀或混合氢氧化物沉淀)，溶剂提取，离子交换或其它公知的冶金处理方法达到这一目的。
在另一实施方案中，可对所述铁矾土矿石中的褐铁矿组分和腐泥土组分分别进行选矿得到选矿尾矿组分，并将来自所述褐铁矿组分和腐泥土组分的低级尾矿分别形成独立的低级尾矿堆。形成这些独立的尾矿堆的优势在于，对所述褐铁矿的浸取可提供最大化的镍回收，对所述腐泥土的浸取可提供酸中和并去除铁。在所述低级腐泥土尾矿堆中，铁成份沉淀过程中释放的酸添加到所述加酸溶液，增强了所述镍和钴的浸取。
所以，另一实施方案提供了从铁矾土矿石中回收镍和钴的方法，所述方法包括如下步骤a)将所述矿石分为褐铁矿组分和腐泥土组分；b)分别对所述褐铁矿和腐泥土组分进行选矿，以得到精矿石组分和粗糙的硅质低级尾矿组分，所述尾矿基本不含粉矿和粘土材料；c)将所述精矿石组分单独或一同处理；d)形成独立的低级褐铁矿尾矿组分堆和低级腐泥土尾矿组分堆；及e)用加酸溶液对所述独立的低级褐铁矿尾矿堆和低级腐泥土尾矿堆进行堆摊浸取，得到适于进行进一步镍和钴回收处理的褐铁矿堆摊浸出液和腐泥土堆摊浸出液。
优选将所述精矿石组分通过高压酸浸取法，常压搅拌浸取法，或这两种方法的组合一同或分别处理，来从所述精矿石组分中回收所述镍和钴，得到适于进一步处理的浸出液。
可将来自所述独立的低级堆的堆摊浸出液与来自所述精矿石组分的酸浸取的浸出溶液混合，以提供更高的金属回收效率，或者进一步对其进行单独或合并处理。
在另一实施方案中，将来自所述褐铁矿尾矿堆的浸出液通过整个所述低级腐泥土尾矿堆或其部分，以帮助中和所得堆摊浸出液中的酸性成分，并沉淀部分所溶解的铁。该方法使得可从所述尾矿堆中回收更多的镍和钴。
可将部分中和的所得堆摊浸出液与来自所述精矿石组分的酸浸取的浸出溶液混合，得到混合浸出液。然后进一步处理所述混合浸出液回收镍和钴。可选择地，可独立于来自所述精矿石组分的浸出溶液，对来自所述低级矿石组分的浸出液进行进一步处理以回收镍和钴。
可采用现有技术，例如硫化物或混合氢氧化物沉淀，溶剂提取，离子交换或其它公知的冶金处理方法，从混合的或单独的低级尾矿堆摊浸出液中回收镍和钴。
如本发明方法中所采用的，所述低级尾矿堆的浸取可包括对所述尾矿材料形成的堆进行浸取或“原位”堆浸取，所述“原位”堆浸取就是在选矿过程后在其堆积位置处理所述尾矿，而无需进一步的移动，例如，在储存拦坝(storage dam)或其它保存形式中。
所述加酸溶液(acid supplemented solution)可包括酸化的水、海水或地下岩水，或可以是来自所述精矿石组分的酸浸取的酸化的废液。
所述低级尾矿组分中的低级镍和钴大约为0.3％-0.7％的镍，0.01％-0.03％的钴。通常，采用任意所述常规方法处理这种低级尾矿组分都是不经济的。然而，从所述低级尾矿组分中基本去除所有的粘土材料和粉矿后，通过对其进行所述堆摊浸取处理，可将原先的废料转变成具有经济价值的可处理的材料。
尤其具有吸引力的是，可将选矿步骤产生的精矿组分通过HPAL处理或常压浸取处理，或这些处理方式的任意组合来进行平行处理。在这种情况下，可采用相同的途径将来自所述精铁矾土矿石浸取和所述低级尾矿组分堆摊浸取的镍和钴的酸性溶液一同处理，得到所需的镍和钴产物，节约设备和资金。
附图的简要描述


的目的是为了对本发明进行说明，并不表明本发明限制于所描述的特定特征。图1所示为本发明方法的流程图。其显示首先在破碎机中降低粗料的尺寸来对所述铁矾土矿石进行预处理，然后去除粉矿和/或粘土，该去除过程通常通过清洗，例如作为所述选矿过程一部分的水力清洗来进行。在去除所述粉矿和/或粘土之后，对所述粗材料(所述低级尾矿组分)用酸进行堆摊浸取，得到浸出母液。采用高压酸浸取或常压浸取对所述精铁矾土组分及所述粉矿材料一同进行镍回收处理。将来自这一过程的所述浸出母液与来自所述堆摊浸取过程的浸出溶液合并，采用标准的公知冶金方法来回收镍和钴。
实施例实施例1对干燥的铁矾土矿石进行测验，所述矿石含有大量的石英和相对贫乏的粘土。所述铁矾土中的镍主要与内含的细针铁矿伴生，所述细针铁矿可很容易地从所述较坚硬的，较粗糙的石英材料中分离得到。所述针铁矿/褐铁矿带和腐泥土带的特征是含有丰富的硅质网状纹理和盒状结构(box-works)，其带来了有利于选矿的特性。
所述选矿方法包括将矿石的高级精组分(产物)与粗低级组分(尾矿)物理分离(洗涤，筛分和分级)。镍主要与褐铁矿带中的纹理细密的铁氢氧化物矿物，纹理细密的风化的镍-镁硅酸盐，以及所述腐泥土带中的纹理细密的铁氢氧化物矿物伴生。这些含镍的矿物比形成坚硬的小室纹理网络的硬脉石矿物柔软并被其所包被。这种网络的发展水平在所述褐铁矿中较高，而风化也达到了更高的完成水平，并籍此提高了选矿的效能。
通常，对所述褐铁矿组分而言，采用转筒清洗选矿法，可将57.5％的镍和45.8％的钴从所述褐铁矿回收入高级(精)褐铁矿中。对所述腐泥土组分而言，对应的数字分别为57.3％和48.9％。
分选出的低级尾矿主要是来自所述褐铁矿石的硅酸盐和来自所述腐泥土矿石的硅石与蛇纹石(serpentenite)的混合物。如图2所示，所述选矿过程去掉了所有低于75μm的材料，留下了D50为1.5mm-3mm的沙质尾矿。约有10％的所述材料大于125mm但100％小于250mm。由于没有粉矿和粘土材料，并且具有相对密集的尺寸分布(50％的所述材料处于0.2和6.3mm之间)，因此该材料是堆摊浸取的理想材料。所述尺寸分布提供了较好的流动性质，且避免了与较大的不透过性(粘土或岩石)部分相关的沟槽问题。
图2尾矿尺寸分布 测试工作在所述选矿过程中产生两种尺寸的尾矿(低级矿石)组分，对其进行如下测验以用100kg/t或200kg/t硫酸饱和的圆筒检测形式，对来自所述试验工厂操作的75μm-1mm尾矿材料和1mm-6mm尾矿材料进行测试。对所述两种尾矿材料样品的全部检测见于表1。
在1000mL量筒中，加入约800mL的已知重量的样品和浓度与上述添加的两种浓度中任一种相等的硫酸溶液。将每只量筒每天颠倒两次(在日班开始和结束的时候)以确保混合且没有扩散控制的反应，籍此模拟穿过堆的流动。
表1 尾矿分析
通过在14天期间的末期测定元素的全固体/液体平衡，可监测该期间内酸浓度以及镍和钴提取的变化。
通常，酸消耗约为100kg/t固体，如图3和图4所示，镍提取率大于50％，而对较细的尺寸(75μm-1mm尾矿材料)而言钴提取率为55％，对较粗的尺寸(1-6mm尾矿材料)而言钴提取率为35％。
在两种情况中，14天后镍和钴的提取率还在增加。所述母液中镍和钴的品位较高，说明达到了较高的提取水平。这些以及主要的杂质水平见表2。
表2 母液中浸取产物的元素分布
约5g/L镍的溶液浓度与采用HPAL方法或所述常压浸取法得到的溶液浓度具有可比性，可将该溶液直接投料给溶液纯化和氢氧化物沉淀循环。
所述堆摊浸取尾矿中残余的金属值为0.25％ Ni和0.013％ Co，说明计入最初选矿时的分别为约57.5％和45.8％的镍和钴回收率后，分别回收了75％和70％的镍和钴，这使从所述矿石中回收的金属总量大幅提高。
图3 75μm-1mm尾矿组分的圆筒浸取测验 图4 1mm-6mm尾矿组分的圆筒浸取测验 实施例2为了下述测验，将实施例1中所用的铁矾土矿石分选后的低级尾矿样品的不同尺寸组分以其在原始矿石中的相应比例进行重组，以产生所述褐铁矿和腐泥土的低级尾矿的测试样本。所述组合样本的分析如表3所示。
表3 加入所述柱子中的矿石组成
在75mm直径的透明的有机玻璃柱(Perspex)中，装载4m高的每种褐铁矿尾矿和腐泥土尾矿，用硫酸溶液处理以再现堆摊浸取。用于所述柱子的给料溶液是溶解在含有56g/L总溶解盐(27g/L海盐和29g/L添加的盐)的盐水中的50g/L硫酸。
加酸的流率(flux rate)可逐渐增加至120L/m2h的最大目标水平。可将流率按需要降至适于每一种矿石的浸透特性的水平。
将来自这些柱子的残渣用酸润洗，干燥，分析并进行冶金学平衡计算。所述镍和钴的提取结果见表4和表5。
表4 162天后所述腐泥土柱内的金属提取情况
表5 292天后所述褐铁矿柱内的金属提取情况
测定所述冲洗传导率，所得结果见于表6表6 选矿尾矿的冲洗传导率(irrigation conductivity)
*1cm/秒＝3.6×104L/m2.hr在褐铁矿和腐泥土的情况中，镍提取率以近乎线性比率持续升高。本实施例证明了，通过在所述选矿过程中有效去除粉矿和粘土材料后进行堆摊浸取，可从所述低级尾矿褐铁矿石或所述低级尾矿腐泥土矿石中有效地回收镍。
很明显，如图4和图5所示的从这些通常无用的材料中高效地回收所述镍和钴，具有提高矿石整体的潜在的镍和钴回收的效果，使镍和钴回收从约57％和46％分别提高到超过90％。
实施例3为了证明用低级腐泥土的堆摊浸取来处理来自低级褐铁矿堆摊浸取的浸出液，从而去除部分所溶解的铁并中和过量的酸值的可能性，制备合成的产物浸出溶液来再现实施例2的低级褐铁矿测验中柱浸取的产物。所述溶液的分析如表7所示。如实施例2所述，将该溶液用于处理柱浸取测验中的低级腐泥土矿石尾矿。浸取168天后的结果如下表8和表9所示。
表7 合成褐铁矿浸取产物溶液的组成
表8 168天后进料与来自所述腐泥土中和柱的浸取产物溶液的比较
表9 168天后腐泥土柱中的金属提取
图5腐泥土中和柱中Ni，Fe，Co，Mg，Al，Mn的提取
上述表9和图5中的负值说明所述矿物由所述柱内的矿石保留。本实施例证明通过将来自低级矿褐铁矿尾矿柱浸取的浸出液通过低级腐泥土矿柱对其进行处理，可成功地中和所述酸成分并降低所述溶液的铁含量，因此降低下游溶液的处理需求，同时提高镍回收。
以上描述旨在对本发明的优选实施方案进行说明。本领域所属技术人员应该理解，在不偏离本发明精神的前提下可进行多种变化和替代。
最后，应该理解，在不偏离本文所述的本发明精神的前提下，可进行诸多其它修改和/或替换。
权利要求
1.从铁矾土矿石回收镍和钴的方法，所述方法包括如下步骤a)选矿，将所述矿石分为选过的精矿石组分和粗糙的硅质低级尾矿组分，所述尾矿组分基本不含粉矿和粘土材料；b)单独处理所述精矿石组分回收镍和钴；及c)用加酸溶液对所述低级尾矿组分进行堆摊浸取，得到适于进行进一步的镍和钴回收处理的堆摊浸出液。
2.如权利要求1所述的方法，其中作为所述选矿方法的一部分，对所述低级尾矿部分进行进一步处理，以基本上去除所有所述粉矿和粘土材料。
3.如权利要求1所述的方法，其中通过高压酸浸取法或常压搅拌浸取法，或这两种方法的组合来从所述精矿石组分中回收所述镍和钴，以得到适于进一步处理的浸出液。
4.如权利要求1所述的方法，其中将来自所述低级尾矿组分的堆摊浸出液与来自所述精矿石组分的酸浸取过程的浸出溶液混合，以得到混合浸出液。
5.如权利要求1所述的方法，其中独立于所述精矿石组分的浸出液，进一步处理所述低级尾矿的堆摊浸出液以回收镍和钴。
6.如权利要求4和5所述的方法，其中通过硫化物或混合氢氧化物沉淀，溶剂提取处理，离子交换或其它公知的冶金处理路线，从所述混合浸出液或所述低级尾矿的堆摊浸出液中回收所述镍和钴。
7.从铁矾土矿石中回收镍和钴的方法，所述方法包括如下步骤a)将所述矿石分为褐铁矿组分和腐泥土组分；b)分别对所述褐铁矿和腐泥土组分进行选矿，以得到精矿石组分和粗糙的硅质低级尾矿组分，所述尾矿组分基本不含粉矿和粘土材料；c)将所述精矿石组分单独或一同处理；d)形成独立的低级褐铁矿尾矿组分堆和低级腐泥土尾矿组分堆；及e)用加酸溶液对所述独立的低级褐铁矿尾矿堆和低级腐泥土尾矿堆进行堆摊浸取，得到适于进行进一步镍和钴回收处理的褐铁矿堆摊浸出液和腐泥土堆摊浸出液。
8.如权利要求7所述的方法，其中通过将所述精矿石组分一同或独立地用高压酸浸取法，常压搅拌浸取法，或这两种方法的组合进行处理，来从所述精矿石组分中回收所述镍和钴，以得到适于进一步处理的浸出液。
9.如权利要求7所述的方法，其中将所述褐铁矿和腐泥土的堆摊浸出液与来自所述精矿石组分的酸浸取过程的浸出溶液混合，得到适于进行进一步镍和钴回收处理的混合浸出液。
10.如权利要求7所述的方法，其中独立于来自所述精矿石组分的浸出液，对所述褐铁矿和腐泥土的堆摊浸出液分别或一同进行进一步处理以回收镍和钴。
11.如权利要求10所述的方法，其中通过硫化物或混合氢氧化物沉淀，溶剂提取处理，离子交换或其它公知的冶金处理路线，来从所述混合浸出液或所述褐铁矿和腐泥土的堆摊浸出液中回收所述镍和钴。
12.如权利要求7所述的方法，其中将使来自所述低级褐铁矿尾矿堆的褐铁矿堆摊浸出液通过整个所述低级腐泥土尾矿堆或其部分，以帮助中和所得堆摊浸出液中的酸性成分并沉淀一些溶解的铁。
13.如权利要求12所述的方法，其中将来自所述低级尾矿组分的堆摊浸出液与来自所述精矿石组分的酸浸取过程的浸出溶液混合，得到混合浸出液。
14.如权利要求12所述的方法，其中独立于所述精矿石组分的浸出液，进一步处理所得浸出液以回收镍和钴。
15.如权利要求13或14所述的方法，其中通过硫化物或混合氢氧化物沉淀，溶剂提取处理，离子交换或其它公知的冶金处理路线，来从所述混合浸出液或所得堆摊浸出液中回收所述镍和钴。
16.如前述任一权利要求所述的方法，其中用于所述精矿石组分的酸浸取的所述加酸溶液是酸化的水、海水、地下岩水，或酸化的废液。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述选过的废矿组分含有约0.3％-0.7％的镍和0.01％-0.03％的钴。
18.基本如以上参考任一所述实施例描述的权利要求1所述的方法。
全文摘要
本发明公开了从铁矾土矿石回收镍和钴的方法，所述方法包括如下步骤a)选矿，将矿石分为选过的精矿石组分和粗糙的硅质低级尾矿组分，所述尾矿基本不含粉矿和粘土材料；b)单独处理所述精矿石组分回收镍和钴；及c)对所述低级尾矿组分用加酸溶液进行堆摊浸取，得到适于进行进一步镍和钴回收处理的堆摊浸出液。
文档编号B03B7/00GK1823172SQ200480020459
公开日2006年8月23日 申请日期2004年7月13日 优先权日2003年7月14日
发明者杰弗里·威廉·米勒, 刘后元 申请人:Bhp比利通Ssm技术有限公司