专利名称：从硫化物矿中氧化和缺氧提取金属的方法
技术领域：
本发明涉及采用滤取(leaching)的方式从硫化物矿(如硫化铁矿)中提取痕 量浓度的有价金属(value-metal)(如镍)。本发明主要涉及镍，如果在硫化物 矿中还存在其它金属，它们可能也被滤出。除镍以外，此处所述的方法还可用 来回收其它的有价金属，包括铜、金、银、铅、锌、钼、钴、铋、锑和铂族元 素。
背景技术：
痕量镍通常存在于大量、易获得的硫化镍和硫化铁矿体中，如与采矿(包 括采镍)作业相关的现成的硫化铁矿残渣块。然而，虽然原料己经是可用的， 但是从这些原料中提取镍至今还是被证明是不经济的。而且使用传统方法从某 些现有的易获得的低等镍矿石中提取镍也是不经济的。
本发明的目的是使得从硫化物矿中提取镍和其它有价金属更为经济。已经 证明本发明的技术可在金属以极少量(例如镍含量低于约0.15%，且贵金属， 如金含量低于0.01%)存在于硫化物矿中的情况下使用。当然，当镍含量为 4%或更高时，采用其它技术从硫化物矿中提取镍也是经济的，但是本发明的 技术在镍含量特别低时较为经济并且对环境危害较小。可通过在此记载的方法 回收的有价金属的矿石包括黄铁矿、镍黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、 方铅矿、这些有价金属的硫盐等等。
简单的滤取，即将原料沉浸在酸中，是不能有效地将有价金属溶解到溶液 中，或至少不会以商业上可行的比例溶解。当被氧化时，将在硫化物矿表面形 成钝化层，该钝化层可防止或抑制金属的溶解。
发明内容
6本发明要保护的范围由权利要求加以限定。
试验表明，可通过避免或绕开(by-passing)矿石的钝化问题来提高硫化物矿 的溶解速率。
试验表明，硫化铁矿磁黄铁矿是可在某种情况下依照下列步骤以较快速率 溶解的矿石。该步骤主要如下
-将该硫化铁矿浸入酸(如pH-2)中以形成泥浆(slurry);
-给该泥浆提供氧化能量(oxidative energy)以活化(特别是氧化)该矿
石；
-在时间段T1以后停止给该泥浆提供氧化能量； --将该泥浆在缺氧条件下放置一段时间T2。 在被活化以后，该硫化物矿可经历多个阶段
--当活化刚开始时，暴露在外的铁、氧化硫(oxy-sulphur)、氢氧化物/氢 氧化合物等立即会出现短暂的的剧烈溶解；
-接着，在诱导阶段，持续引入活化能量。硫化物中的铁进入溶液并且硫 磺在矿石的颗粒上形成或沉积。
--当硫化物矿完全或基本上完全被活化且氧化能量的输入终止时，该诱导 阶段结束。
--此刻，泥浆置留在缺氧条件下。这样将开始快速还原溶解阶段。此刻， 硫化物矿溶解的速率比诱导阶段快几个数量级。
-最后，溶解速率下降。在这一阶段， 一般多于85%的硫化物矿溶解。至 此，铁以溶解的Fe^的形式存在，且一部分硫以溶解的硫核素(specie)或硫 元素的形式存在。多数硫以硫化氢气体的形式从泥浆中释放掉。
下面更加详细地讨论这些阶段。在诱导阶段，不稳定的或是亚稳定的多硫 化物沉积到尚未溶解的硫化物颗粒上。此时，铁被氧化溶解，但是该过程非常 慢，因其通过富硫层传播。
试验表明，如果氧化能量的输入延续较长时间，特别对于磁黄铁矿将要发 生或是可能发生的是，不稳定的多硫化物将让位给稳定的硫元素和氧化硫核 素，这些稳定的硫元素和氧化硫核素将在硫化物矿的未溶解颗粒上形成包覆层。试验表明，这些稳定层，如果可以形成，将在较大程度上钝化剩余的矿石， 并将极大地抑制进一步的溶解。因此，氧化能量的输入需减少，并且最好在不 稳定或亚稳定的多硫化物被稳定的硫核素取代之前终止。
当氧化能量的输入终止时，将是诱导阶段的结束，且此刻快速溶解阶段开 始。此刻，该不稳定多硫化物核素经历还原反应，且这触发强劲的溶解。
对于快速溶解的原因，可以假设的是，在诱导阶段，在硫化物晶体的表面
区域，电子被俘获(trapped)在亚稳定状态。可以认为当负电荷积聚到能够还 原共价S-S键的水平，此刻电子将被释放，足以还原多硫化物核素，快速阶段 开始。实际上，该快速阶段可持续到所有的硫化物矿溶解。然而，对于后阶段， 钝化层开始占主导，因此进一步的溶解受到抑制(至少在磁黄铁矿的例子中)， 当上述情况发生时，通常98%的硫化物已经溶解了。
这样，接下来的快速溶解阶段，在这一例子中，硫化物中98X的Fe残留 在溶液中，在酸中。某些残留在溶液中的硫作为可溶硫核素，但是大多数S 作为H2S气体释放出。
现在讨论上述化学过程对残留在矿石中的镍的效应。
镍，当存在于硫化铁矿中时，通常是与磁黄铁矿和镍黄铁矿相关。磁黄铁 矿中的镍可表现为固溶体(solid solution)和/或以小块镍黄铁矿共生物的形式 存在于磁黄铁矿硫化物(pyrrhotite sulphide)中。试验表明镍黄铁矿未必具有 磁黄铁矿可经历快速溶解阶段的性质。
虽然，镍黄铁矿本身可能不能(经济地)经历快速溶解阶段，可以假设， 当镍黄铁矿处于邻近磁黄铁矿的位置时，且当磁黄铁矿经历如上所述快速溶解 阶段时，也可使得该镍黄铁矿将金属释放到溶液中。在多数残渣矿床(tailings bed)中，镍黄铁矿颗粒确实在物理上邻近磁黄铁矿，或该镍黄铁矿颗粒(松 散地)化学键合于磁黄铁矿。任何以固溶体形式存在于磁黄铁矿中的镍可期望 基于磁黄铁矿的溶解释放出。
镍自身并不是纯磁黄铁矿的化学成分。并不是所有的磁黄铁矿都具有相同 的含铁量，实际上含铁量从FeS (即FeO.l)变化到Fe二0.8。在氧化环境中， 当氧化时，该FeS溶解成Fe++ + S04--。含有低价铁内含物的磁黄铁矿氧化成0.8Fe+十 + S04— + 1.6H+。
镍黄铁矿中包含的镍以Fe4.5Ni4.5Ss或通常以(Fe, Ni) 9S8的形式存在。
在可以经济地提取镍的矿石中，虽然磁黄铁矿经常出现，但是其上沉积有硫化
物的镍黄铁矿还是占主要的。但是在包含痕量的本发明所涉及的这种镍的残渣
矿床中，通常镍是存在于磁黄铁矿中的，即部分小块镍黄铁矿混杂在磁黄铁矿
中。(当然，其它硫化物矿也可能存在，如黄铁矿本身FeS2)。
再者，磁黄铁矿可经历快速溶解阶段。(然而，这并不是说它可以被设计 成可与其它矿石一起经济地经历快速溶解阶段)。虽然，镍黄铁矿通常与磁黄
铁矿共存，但是主要针对较小块镍黄铁矿分布在磁黄铁矿主体中的残渣，也就 是，镍黄铁矿中的镍物理上邻近快速溶解的磁黄铁矿的情况，应用本发明的技 术特别有效。
这样，虽然镍残留在镍黄铁矿中，但对于其中磁黄铁矿并没有超过镍黄铁 矿的残渣，并不适合采用此处所述的方法以经历快速溶解阶段的方式来回收痕 量镍。在大多数可回收镍实际上存在于磁黄铁矿晶体的情况下，其当然可被认 为采用此处所述的方法提取镍是优选方案。
试验表明，当实施此处所述的方法时，在合适的残渣中大约70%或更多 的镍可以溶解到酸里。如果有十亿吨含有约1%镍的残渣，该70%可提供数百 万吨极易获取的镍。
一旦镍溶解到酸中，当然同时还有大量的Fe和S核素也进入溶液，则可 使用传统方法从酸中提取镍。
此处所述的对于含有镍的残渣进行处理的方法也可应用于低级镍矿中或 用于浓縮镍矿。该方法也可用到其它金属硫化物残渣以及它们的相对低级的矿 石或浓縮物中。试验表明，使用此处所述的方法来提取有价金属特别适合从现 有的硫化物残渣矿床中提取镍。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中 图1是用于促进此处所述的某些反应的装置的示意图；图2是将图1所示装置结合到整个处理回路(overall circuit)中的示意图。
具体实施例方式
可以认为，为了使镍从硫化铁矿(磁黄铁矿)残渣中滤出成为可能，此处 所述的方法需要适当地设置，以使磁黄铁矿快速溶解。可以认为，当磁黄铁矿 溶解时，其中所含(物理或化学地)的镍也将被释放，并将进入滤取用酸 (leaching acid)溶液中。
当设计用于从酸中硫化物矿的泥浆中滤取镍的系统时，该设计需要建立该 方法的第一步，在第一时间段T1活化该矿石。这可通过创建氧化环境来实现， 例如以下面讨论的方式将硫化物矿变成电解池中的电解液。在时间T1后，停 止能量输入，此刻设计者可使得泥浆在缺氧状态经历另一时间段T2。此后， 镍己经溶解到酸中了，此时可采用传统技术将其取出。
如果该方法很合适地完成，将形成磁黄铁矿的快速溶解阶段。可以认为， 在该快速溶解阶段(T2)中，也可释放镍且镍也可进入酸溶液中。
以电解的方式完成的起始或诱导阶段包括泥浆的活化(通过输入电能)， 该泥浆包括放置于盐酸中的大量的原料(在该例子中为硫化物残渣)。在泥浆 中包括足够的酸，这样该泥桨的pH值约为2或更小。己包括足够(液体)的 酸，这样泥浆的物理密度和粘合性可使得该泥浆可以被搅动。这发生在固体/ 液体比(w/w)低于1/1的情况下。作为优选，该矿石以小颗粒的为主，其颗 粒尺寸小于250微米。
可以预计，大于该尺寸的硫化物颗粒在合理的时段内将不会或不能充分经 历此处所述的快速溶解阶段。(合理的时段将看到，从快速溶解阶段开始所有 可溶解的镍将在约一个小时内溶解，确实少于半天)。
在图1中，该泥桨放置到反应器或容器(containmentvessel) 21中，并在 其中采用电解活化。反应器21的底部(floor)包括阳极板23，而阴极25是 以悬挂环(suspendedring)的形式提供的。这些部件设置成这样，在操作时， 阴极25将被泥浆淹没。电动搅拌器(motorised stirrer) 27用于消除整个泥浆 体浓度的差异和梯度一最佳化电极处的差异和梯度。电流从DC电源29提供给电极。
输入电化学能的目的是使硫化物矿部分氧化，进而促进亚稳态多硫化物核 素的形成，从而有效地活化矿石。优选相对较低的电流密度，也就是优选低于 约每平方米电导电极100安培的电流，以促进期望的氧化反应，同时要避免金 属沉积在阴极上、以及避免次生硫化物矿的再形成。
一旦能量输入终止，也就是在时间T1 (诱导阶段)以后，并且在时间T2 (快速溶解阶段)，该泥浆不能被曝露在空气中或其它氧化剂中。如果此刻发 生氧化，则可能将亚稳态多硫化物转变成稳定的硫，如之前所解释的，这样会 钝化此时尚未溶解的矿石，并抑制促进快速溶解过程的还原反应。
这样在快速溶解阶段T2中，该活化泥浆需要保持在缺氧状态。可采取一 个步骤来促进缺氧条件实现，该步骤是在快速溶解阶段T2中将泥浆保持在诱 导或活化阶段(时段T1)所占据的同一容器中。如果将泥浆从一个容器转移到另 一个容器，那么很容易发生氧化。然而，出于对生产过程的考虑，设计者会优 选指定该转移。
在活化以后，某些轻微的过氧化是可以容忍的，但后果是快速溶解阶段将 会延迟。引起快速溶解的还原反应直到这一过氧化被还原以后才能启动。过氧 化硫元素越少，则快速溶解阶段起步之前必经的等待时间越短。如前所述，硫 过度氧化将留下过多的以元素形式存在的硫，这将钝化剩余的硫化物矿并且抑 制快速溶解阶段的全面发生。
在图1中，该阳极板是由包覆有硼掺杂金刚石(boron-doped diamond, BDD)的钛或铌材料制成。该BDD材料非常稳定，并且具有很高的析氧过电 位，2.2V(SHE)。已知BDD材料在氧化应用中非常有效，BDD是优选的，但 是阳极也可采用具有高析氧过电位(高于1.8VSHE)的其它材料。
至少在电解活化的例子中，活化步骤所需输入能量的量可估计(从已公布 的数据)为从约20千焦耳/摩尔硫化物矿到约100千焦耳/摩尔。应该理解，该 范围并不能看作是变化的裕量(a margin of variation),而且随着不同的原料中 矿石、矿物学(mineralogies)、密度等的不同，能量需求也有所不同。例如， 来自同一残渣源的每批硫化物矿将期望具有相同的能量需求，在较小的裕量内(within a small margin)。
图2示出了典型的整个湿法冶金学回路的实施例。残渣原料30被供应给 电解容器21中。从蓄酸池32将盐酸提供给容器21。在图2的设置中，已经 在容器21中活化的泥浆将转移到缺氧容器30，在此，在快速溶解阶段其将被 覆盖并保持在缺氧条件下。
作为电解活化的替代，硫化物矿的氧化活化可以以化学方式完成，下面将 对其进行介绍。
此刻，将硫化物矿与足够的水一起放置到活化容器21中，以便形成可由 搅拌器27进行搅拌的泥浆。 一旦搅拌器将泥浆完全混合，将合适的酸注入泥 浆中。
合适的酸可包括硫酸、高氯酸等，盐酸为还原酸。然而，HC1可与硫化铁 矿一起使用(特别是风化的残渣)，因为其可以形成氯化铁，而氯化铁是强氧 化剂。
在加压情况下将高浓度酸注入，也就是快速注入活化容器中的泥浆。将这 样的酸注入含水泥浆将包括发热效应，并且产生的热可用于加热泥浆和酸。对 于有效的活化，在HC1的情况下该泥浆的温度需要上升到至少40摄氏度，而 在氧化酸(oxidising acids)的情况下该泥浆的温度需要上升到至少50摄氏度。 需要注意的是，该温度并不接近泥浆中的任何液体组分的沸点，否则或将扰乱 该反应过程。
在多数情况下，注入的酸产生的热量足够维持并完成活化过程。然而，谨 慎的设计者将提供在需要辅助热量输入时用于加热活化容器的设备。
采用化学氧化和采用电解氧化一样，可将用于诱导阶段或活化阶段容器 21的同一容器用于缺氧快速溶解阶段，或可使用另一单独的缺氧容器30。
在活化阶段T1和快速溶解阶段T2以后，此刻处理后的泥浆经固体/液体 分离器34从缺氧容器30流出，自此液体被输送到提取站36，未溶解的固体 作为残留物被转移处置38。图2中未示出用于收集在缺氧反应器中生成的硫 化氢的工作站。
提取站36可为传统设计。包含溶解金属的酸液在40进入提取站36。当其中溶解的金属被移除后该酸液流入蓄酸池32以在该方法中重复使用。需要
时，新补充酸(make-up acid)在43加入。该提取站36包括电解冶金站 (electro-winning station) 45，溶解的固体在其中成为沉淀物。固体金属收集 到储藏室(repository) 47中。
在实验室测试中，将来自加拿大萨德伯里附近的矿场的大量主要包括磁黄 铁矿的残渣放置到电解容器中。在该容器中加入足够的盐酸以使得获得的泥浆 的pH值小于2。残渣质量与液体质量比为1: 5.6。在测试中使用的残渣包含 0.8%的镍(干重(dryweight))。
接通电源并加电到电极上以活化泥浆。在5小时的时间T1以后，可切断 电流，并且将该泥浆保持在缺氧条件下。
在诱导阶段结束时(也就是在快速溶解阶段的开始之前)检测酸沥出液 (leachate)中的镍浓度，测得其为143毫克/升。在3小时后，在H2S气体释 放结束以后，也就是快速溶解阶段结束时，再次测量酸沥出液(leachate)中 的镍浓度，测得其为1160毫克/升。在电解过程中的功率消耗总计每千克回收 镍5千瓦小时。约77。/^的镍被回收。
如上所述，时间段T1始于当氧化能量被加到电解槽中。当提供的能量达 到使亚稳态多硫化物处于最大值并且向稳态硫元素的转变尚未大量出现时，时 间段Tl结束。可通过检测Fe进入酸溶液的速率来监测从不稳定硫化物到稳 定的硫的转变。当铁的溶解速率开始下降时，指示稳定的硫核素开始形成并欲 取代不稳定的多硫化物。
因此优选地，对于某些处理批次，需要保持时间T1的记录。接着可确定 在各个批次间时间Tl是否是不变的(如果反应器中泥浆的电解参数是不变的， 那么该时间T1应该是不变的)。接着，可调整过程控制，这样可在稳定的单 硫化物开始生成之前切断(在电解的例子中)能量供应。
在化学氧化剂完成活化的例子中，如果热量是由如电加热器施加的，那么 可以关掉该加热器，这也是结束活化过程的控制方法。但是如果氧化能量是通 过在开始时向泥浆中加入化学物质而引入到泥浆中的，那么此刻将不能切断能 量提供，并且在这种情况下，可通过控制开始加入的能量的数量来控制能量的
13总量。在这种情况下，较为谨慎的做法是，可通过执行预备试验来确定可添加 的氧化剂材料的合适的量，这一方面可以保证活化可以完成(或基本上完成)， 另一方面可以保证不会(或基本上不会)出现过氧化。
或者，设计者可简单地通过反复试验设置定时。然而，Fe溶解速率的变 化是易于监测的，并且其确实可用于指示什么时候结束Tl，也就是什么时候 切换电解站的电流。
以下将介绍控制该诱导或活化阶段Tl (在快速溶解阶段T2之前)的其它 方面。
设计者期望确定在切断或停止氧化能量之前，已经将足够的氧化能量提供 给泥浆了，且矿石已经完全活化了。另一方面，设计者也希望确保矿石并没有 被过氧化，因此不会形成会钝化矿石的稳定硫核素。
试验表明，在本发明中，在这两个事件中，可能有大量的裕量(be ample margin)，至少在常规情况下可能遭遇商业上的挑战。这样，如果在特定的情 况下，完全活化矿石所需的氧化能量的总量为如100单位，而可导致过氧化的 氧化能量的量为200单位，这样2: 1的比例可看作是合适的裕量。
合适的裕量是在诱导阶段可允许的施加到泥浆的氧化能量的量，在无需采 用精确的(昂贵的)精细过程控制的情况下，可通过对氧化能量的精确控制来 有效操作氧化过程。试验表明，在多数情况下，完全氧化和过氧化之间的裕量 可大于上述2: 1的裕量。
因此，设计者提出，处理时间Tl的长度可通过简单的反复试验来设置。 如果希望更加精确地监测该过程，那么可监测泥浆的氧化还原过程或Eh-电压 (Eh-voltage)。读数约为200毫伏的Eh-电压(SHE)表示氧化充分完成。
Eh-电压测量也可特别用于指示T2 (快速溶解阶段)的开始，其中可观察 到Eh-电压急剧下降。然而，该Eh-电压并不能给快速溶解的结束提供良好的 指示，其中在该点上测量的电压不会突然改变。又，对硫化氢的监测为快速溶 解的结束提供了很强的信号，在这时H2S的散发停止。
时间段Tl和T2的长度随着矿物学、酸的强度、温度、密度和其它因素 改变，但是这两个时间段并不可能长于6小时或短于半小时。在活化过程中，该硫化物主要如下分解铁进入酸溶液，在此硫形成不稳 定的多硫化物核素或作为多硫化物核素沉积。这一事件的发生可通过监测铁和 硫进入溶液的速率来检测如果铁溶解地更快，那么意味着活化发生。
当活化完成时，此刻铁的溶解速率开始下降，并且铁和硫的溶解速率变得 几乎相等。这样，可通过检测溶解速率来检测活化的结束如果铁的溶解速率 比硫快，活化持续进行(也就是，硫仍在沉积)；如果铁的溶解速率显著下降， 且/或速率变得更接近，此刻进一步的氧化将不会制造不稳定的硫核素，也就 是活化已经完成。
在过氧化状态，此刻硫开始形成稳定的核素。检测这一现象(也就是检测 过氧化)的一个方法是，监测泥浆以监测硫的出现如果，该溶解的硫酸盐含 量开始上升，这将指示不稳定的硫开始分解。
为了控制时间段T2的定时，设计者优选设置监测来自泥浆的H2S的散发。
硫化氢气体当然是非常易于检测的。H2S散发的开始表示快速溶解过程的开始 和时间段T2的开始。H2S散发的结束表示快速溶解过程和时间段T2已经完成。
虽然，检测硫化氢散发是很容易的，但是也可采用其它方法来监测快速溶 解阶段。例如，可周期性测量酸中的镍浓度，这可确定快速溶解什么时候开始 和结束。使用标准氢电极测量氧化还原电压(即Eh电压)也可指示氧化和还原 阶段、快速溶解阶段的发展过程。
一旦快速溶解阶段结束，该方法继续以从酸中提取溶解的镍。该酸中包括 溶解的铁和镍。典型的比例可以是IOO等分溶解的铁比1等分溶解的镍。传统 技术，如电解冶金术可用于从酸中提取有价金属。为了完成这一工作，将酸与 仍未溶解的固体分离，可将这些固体丢弃。接着将酸液(含有溶解金属)转移 到电解冶金站，优选通过分离站，在分离站中，在提取镍之前，可分离某些或 大部分溶解的铁。可能需要另一溶剂提取步骤以增加镍的浓度。大部分酸液是 可以回收并且在另 一批硫化物-酸泥浆中重复使用的。
需要重申的是这并不意味着磁黄铁矿是可以经历上述快速溶解阶段的唯
一矿石。其它矿石也可采用同样的过程来处理，只是可能其经济上-有吸引力 的比例比磁黄铁矿小。试验表明，磁黄铁矿是包含镍的硫化物残渣的常见(如果不是普遍的话)成分，其可以是以任何比例的，并且可能的，使得磁黄铁矿 经历快速溶解阶段的所需的原料与使得其它的硫化物矿经历相同的过程所需 的原料相比，是相当地少的。此处描述的技术将残渣块在已经活化的条件下保留。这是良性条件，其可使得残渣块不那么危险。常规的残渣，如果被氧化，可产生AMD (酸性矿山 废水，acid mine drainage)，这是很大的污染难题。事实上，残渣已经被部分 氧化-由此处所述的反应-使得此时该残渣一点不危险并且即使该残渣全部被 丢弃也不容易产生AMD。确保硫化物残渣块的永久性非氧化性(non-oxidisability)的巨大(传统) 花费(其需要在任何条件下在多个管辖区域运输)可与采用本发明的方法从残 渣块提取镍的花费相比，其差量可由提取的镍的价值抵消。可以这样说，回收 的残渣(几乎)是完全安全的，免费的。如上所述，在快速溶解阶段，硫化物矿中的大部分硫转换成硫化氢气体。 该H2S可用作制造硫酸的基础原料，并且该现场人造酸(on-site-manufactured) 可用作泥浆中的酸。即使发现硫酸不如盐酸合适,但是如果可从H2S制造硫(可 收集H2S并在任何条件下进行处置)，那也将是更为经济的。在该应用中，由于Cl-离子具有可作为许多金属核素的配位体的能力，盐 酸是合适的酸。而且，Cl-具有侵蚀在电化学氧化过程中在矿石上形成的钝化 层的能力。本发明涉及采用滤取的方式在硫化物矿中提取低浓度的有价金属，如镍。 本发明主要涉及在镍硫化物矿和铁硫化物矿中提取镍，但是本发明也可用于各 自对应的硫化物矿中的铜、金、铅、锌以及其它金属。无论其它金属是如何存 在于其硫化物矿中，它们都可能被滤取出。如上所述，已知磁黄铁矿可经济地 经历快速溶解阶段。这并不排除可出现其它具有同样性能的矿石，特别是当经 济条件改变时。由于本方法的降低的环境影响，并不排除此处所述的从硫化物矿提取有价 金属的方法也可作为熔炼常规高级矿石的经济型可选方法。此处示出了本发明的具有不同特定特征的不同的实施例。需要了解的是，除另作说明外或除非在本文中清楚地说明该取代或增加将是物理或化学不兼 容的外， 一个实施例中的特征可增加到另一实施例中或取代另一实施的特征。附图标号说明如下21污染物/电解容器23 21底部的阳极板25悬挂阴极(suspendedcathode)27电动搅拌器29 DC电源30缺氧容器32蓄酸池34固体/液体分离器36提取站38未溶解固体的丢弃40含有溶解金属的酸液的运输43补充酸45电解冶金站47收集金属的储藏室1权利要求
1、一种从含有低浓度的有价金属的原材料，如低级矿石、矿山残渣、矿渣浓缩物或类似物中提取有价金属如镍的方法，其特征在于，所述方法包括提供大量的原材料；确保所述大量的原材料的主要组成部分包括硫化物矿；提供一定量的酸液，并形成包括所述酸液和所述大量原材料的泥浆；将所述泥浆盛装在活化容器中；在时间段T1中给所述泥浆提供氧化能量，这样以获得所述矿石的氧化；在所述时间段T1中以某个速率给所述泥浆提供氧化能量以完全或基本完全活化所述硫化物矿；在此，在时间段T1中，所述硫化物矿以相对较低的速率溶解到酸液中；接着在时间段T2中，在缺氧条件下将活化泥浆盛装在缺氧容器中；所述时间段T2是这样的在时间段T2中，所述硫化物矿以相对较高的速率溶解，接着开始显著降低；在此，在时间段T2中，泥浆中的有价金属也以高速率溶解，并且接着从所述酸液中回收溶解的有价金属。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述原材料包括来自采矿 作业的残渣，并且大多数所述硫化铁矿主要由磁黄铁矿组成。
3、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有价金属是镍，且至 少有一部分有价金属是以固溶体形式存在于磁黄铁矿中，或是以小块镍黄铁矿 共生物的形式存在于磁黄铁矿，或两者兼有。
4、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，活化容器中的泥浆的pH 值约为2或更小；且所述泥浆的浓度和粘合度使得所述泥浆是可搅拌的。
5、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸是盐酸。
6、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸是硫酸，所述方法 包括收集硫化氢气体并将其作为制造硫酸的原材料，并且所述方法还包括将制 得的硫酸添加到泥桨中。
7、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活化容器和所述缺氧 容器是两个分离的容器，并且所述泥浆在Tl结束和T2开始之间从活化容器 转移到缺氧容器。
8、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括 监测活化容器中的Eh-电压；通过检测Eh-电压是否升至约高于200毫伏(SHE)来监测泥浆的活化是否 是正在进行。
9、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括在时间段Tl中以这 样一个速率将氧化能量提供给泥浆避免过氧化；在此过氧化是由稳定的硫核素在矿石上/或中的形成和沉积来标记的。
10、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过电解来 提供用于活化的氧化能量；可通过在活化容器中提供阳极和阴极以在活化容器中产生电解池，所述泥浆是电 解池中的电解液，且在时间段T1内在电极间流过电流，这样部分地氧化泥浆中的矿石。
11、 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述电解池的阳极包覆 有硼掺杂金刚石。
12、 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法包括 在时间段T1中，监测金属在泥桨中溶解的速率；响应于监测到的金属溶解速率显著降低，接着通过停止将能量提供给电解 池来结束时间段T1。
13、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括通过使用化学氧化剂 和将泥浆加热到至少40摄氏度的温度来提供氧化能量以活化泥浆。
14、 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，通过向泥浆中加入酸以 在泥浆中的原处形成氧化剂来提供氧化能量以活化泥浆。
15、 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法包括 将大量原料和足够的水一起放置到活化容器中以制作可以被搅拌的矿石和水的含水泥浆；以及迅速将酸添加到含水泥浆中，这样将泥浆升至至少40摄氏度所需的热的 至少大部分由将酸快速加入到含水泥浆中产生。
16、 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法包括 在此用于活化的氧化能量通过化学氧化剂的持续加入来提供给泥浆； 在时间段T1中，监测金属在泥浆中溶解的速率；响应于监测到的金属溶解速率显著降低，接着通过停止添加化学氧化剂来 结束时间段T1。
17、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过下面步 骤检测活化的完成以及时间段T1的结束监测铁进入溶液的速率；通过记录铁进入溶液的速率显著下降时的速率来标记活化的完成； 提供足够的氧化能量以确保泥浆的活化完成。
18、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括 监测硫在酸中的出现；在活化完成以后，将酸中硫酸盐含量开始上升的点作为过氧化的点； 提供足够的氧化能量以用于泥浆的完全氧化，但提供的氧化能量不能过多 以致造成所述泥浆过氧化。
19、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 在时间段T2，当硫化物溶解时，硫化氢气体从泥浆中散发出去； 监测泥桨中硫化氢气体的散发；以及响应于硫化氢气体的散发速率的显著下降，标记时间段T2的结束。
20、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括响应于硫化 氢气体的散发速率的显著上升，标记时间段T2的开始。
21、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括响应于泥浆 的Eh-电压的显著下降，标记时间段T2的开始。
22、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，活化由不稳定的或者亚稳定的多硫化物核素在矿石上或矿石中的形成标 记；并且当进一步增加氧化能量基本不能再增加不稳定的或者亚稳定的多硫化物 核的形成时，活化结束。
全文摘要
本发明涉及从硫化物矿中氧化和缺氧提取金属的方法。磁黄铁硫化物矿中的镍可通过两个步骤溶解到滤取酸中。首先，对矿石和酸的泥浆进行氧化活化。这可通过电解在时间段T1中完成，或可通过向矿石加入氧化酸化学地完成。在活化以后，接着将该泥浆在缺氧条件下保存时间段T2。在时间段T2中，该硫化物开始更为迅速地溶解，且该硫化物的快速分解使得镍可以溶解以从矿石中析出。该溶解的镍可通过电解冶金法从滤取酸中提取。
文档编号C22B3/06GK101522925SQ200780033587
公开日2009年9月2日 申请日期2007年9月13日 优先权日2006年9月13日
发明者吉恩·西德尼·谢尔普, 莱昂纳多·保罗·希德 申请人:恩派科技有限公司