专利名称：分离有价值的金属用的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及矿物处理，以及更具体地说，涉及分离有价值的金属用的方法和设备，比如由矿石(包括铁矾土矿石)分离镍和镍化合物。
背景技术：
镍是一种重要的元素，以及使用于各种产品。它经常与其它金属组合以形成不锈钢、有色合金和高温合金。它还可以使用于电镀、催化剂、陶瓷和磁铁。
虽然镍能够存在于不同类型的矿物沉积内，现在仅有硫化物和铁矾土矿石能够使用现有的技术经济地开采。在硫化物矿石内，镍、铁和铜构成一个有差别的矿物的物理混合物。这样允许生产者使用机械技术，比如浮动和磁力分离以富集存在于硫化物矿石内的镍。铁矾土矿石具有与硫化物矿石显著不同的结构。作为其结果，镍生产者不能够使用直接的机械的或物理的分离技术以富集硫化物矿石内的镍，而代之以必须使用化学分离技术。
由铁矾土矿石获取有价值的镍用的一种最有希望的方法称为高压酸浸出，在此方法中，碾碎和依大小分类的铁矾土矿石放置在盛有硫酸的压力容器内。混合物在高温和高压下(例如，在280℃，5.4MPa下)搅拌至浸出镍和钴。包括溶解的镍和钴的最终的液相经受进一步的处理以分离镍和钴。
虽然高压酸浸出是一种有用的技术，但具有某些缺点。作为现在的实践，高压酸浸出是以一种分批的方式进行的。由于在典型的铁矾土矿石内镍仅占约1％，高压容器必须装载大量的矿石(例如100t矿石)以满足日常生产的需要。这样导致设备大量的基建费用。与机械技术比较，该方法操作费用是高的，因为全部混合物必须加热至较高温度以便从固体相提取较大的份额的镍和钴。最后，处理消耗的硫酸引起环境污染的问题。
本发明的目的是克服或至少减轻以上所述的一个或多个问题。
发明内容
本发明提供金属品位分离用的方法和设备，如从矿石(包括铁矾土矿石)分离镍和镍化合物。本发明方法使用物理过程以富集有价值的金属，以及因此不会引起与化学处理相关的环境污染问题。此外，本方法适合于连续地处理矿石，它导致比分批操作低的基建费用。最后，公开的发明使用微波/毫米波技术以选择地加热矿石的组分，它有助于节约能量资源。
本发明的一个方面提供了一种分离颗粒混合物组分的方法，该混合物包括至少一个第一组颗粒和一个第二组颗粒。各组中化学成分相同，具有不同化学成分的颗粒属于不同的组。本方法还包括把颗粒混合物暴露至微波/毫米波能量下，以便有差别地加热第一和第二组颗粒，从而增加第一和第二组颗粒之间的磁化率差别。最后，本方法包括把颗粒混合物暴露通过一个磁场梯度，该磁场梯度导致颗粒分离为第一和第二组分。第一和第二组分分别地具有比混合物更大百分率的第一和第二组颗粒。
本发明的第二方面提供一种富集铁矾土矿石的有价值的镍的方法。本方法包括提供含有一个颗粒混合物的铁矾土矿石，以及把铁矾土矿石暴露至微波/毫米波能量下，以便选择地加热含显著量的有价值的镍的颗粒。暴露至微波/毫米波能量下增加了含显著量的有价值的镍的颗粒与不含有价值的镍的颗粒之间的磁化率差别。此外，本方法包括把铁矾土矿石暴露通过一个磁场梯度，该磁场梯度导致至少某些含显著量的有价值的镍的颗粒从颗粒混合物中分离。
本发明的第三方面是提供了一种分离颗粒混合物的组分用的设备，本设备包括一个容器，具有一个内腔用于在处理时容纳颗粒混合物，以及一个接合至容器的能源系统，用于把颗粒混合物暴露至微波/毫米波能量下。设备还包括一个磁力分离器，该分离器与容器的内腔连通。磁力分离器适合于把磁性颗粒与非磁性颗粒分开。
本发明的第四方面是提供一种连续分离颗粒混合物组分的设备，设备包括一个容器，用于在处理时容纳颗粒混合物。容器具有一个第一端和一个第二端，以及一个入口定位邻接至容器的第一端，该入口允许固体颗粒进入容器。设备还包括一个气体分配器，设置在容器内，用于使颗粒混合物流态化，以及一个接合至容器的能量系统，用于把颗粒混合物暴露至微波/毫米波能量下。最后，设备还包括一个磁力分离器，它定位邻接容器的第二端，用于使磁性颗粒与非磁性颗粒分开。
图1是一个方框图，示出分离颗粒混合物的组分用的一个方法；图2是一个方框图，示出从铁矾土矿石富集有价值的镍的一个方法；图3是由包括铁矾土矿石的一种矿石分离有价值的金属，如镍用的一个设备的示意图。
具体实施例方式
图1提供一个分离颗粒混合物的组分用的一个方法10的全貌图。本方法依赖于使用微波/毫米波能量加热颗粒组至不同的温度，以及随后利用颗粒之间由于温度差别引起的磁化率的改变以影响颗粒组的磁力分离。此方法能够使用于通常不适合于物理分离技术的从矿石提取有价值金属，例如，以及如以下所述，此方法能够使用于从铁矾土矿富集有价值的镍，而不使用高温、高压以及与酸浸出相关的苛刻的酸条件。除非在说明书中另有说明，术语“镍”，“钴”和“铁”或“有价值的镍”，“有价值的钴”和“有价值的铁”等可以分别地指镍，钴和铁原子或含有镍，钴和铁原子的化合物。
如图1中所示，方法10包括提供在一个壳体，容器或空腔内的一个颗粒混合物12。颗粒混合物包括至少一个第一组颗粒和一个第二组颗粒。单独的颗粒属于一个特定的组，也就是第一组，第二组等，各组的颗粒具有相同的化学成分，而属于不同组的颗粒具有不相同的化学成分。因此，例如，辗碎的和按大小分类的铁矾土矿石可以包括一个第一组的颗粒，它主要含氧化镍；一个第二组的颗粒，它主要含氧化钴；一个第三组的颗粒，它含氧化铁(FeO)和一个第四组的颗粒，它含比较无价值的土壤(矿渣)。单独的氧化镍，氧化钴或氧化铁颗粒可能包括矿渣以及其它金属氧化物的极小部分。
除了提供一个颗粒混合物之外，方法10还包括把混合物暴露14在微波/毫米波能量下。由于异种物质一般吸收微波/毫米波辐射的数量不同，把颗粒混合物暴露至微米/毫米波辐射下导致各组颗粒不同的或选择的加热。再者，许多物质，包括铁磁性和反铁磁性材料，其磁化率(即感应磁化与磁场强度的比率)取决于材料的温度。例如，对于一个铁磁性材料，在超过其居里(Gurie)温度时将丧失全部磁性，以及对于一个反铁磁性材料，在其奈尔(Neél)温度时将显示最大的磁化率。氧化镍，例如，应在其奈尔温度显示最大的磁化率，此温度范围从约260℃至约370℃，以及FeO应在其奈尔温度显示最大的磁化率，该温度为约-75℃。
如以上所示，图1内所示的方法10利用各种颗粒之间的磁化率的改变以分离颗粒组。因此，方法10包括把颗粒混合物暴露16至一个磁场梯度，该磁场梯度引起颗粒分离为第一和第二组分。第一和第二组分相应地主要含有第一和第二组颗粒。因此，例如，第一组颗粒可能含有氧化镍颗粒，它经选择地加热至约它们的奈尔温度。第二组颗粒可能含有矿渣(例如二氧化硅)等，它们经加热至较低范围。当颗粒混合物暴露在磁场梯度时，氧化镍颗粒倾向于按照含有磁场梯度的磁力线排列，而非镍颗粒保持比较不受磁场梯度的作用。由于氧化镍颗粒跟随磁力线，方法10使氧化镍颗粒转向离开颗粒混合物的主要流动方向。
有效的分离取决于许多因素，包括颗粒混合物的尺寸分布，各颗粒组之间磁化率的差别，施加的磁场梯度的强度等。根据使用的磁力分离器的类型，基体材料(例如矿石)的颗粒尺寸通常在从约10-1μm至104μm的范围内。对于高梯度磁力分离器，它能够施加磁场梯度至约25×106G/cm(高斯/厘米)，基体材料的颗粒尺寸典型地在颗粒尺寸范围的下部—就是，从约10-1μm至102μm。对于另一种类型的干法磁力分离器，它能够施加磁场梯度在约102G/cm和105G/cm之间，基体材料的颗粒尺寸基本上在颗粒尺寸范围的上部。
在许多情况下，仅有一组颗粒将随着暴露至微波/毫米波能量而显示可测量的磁化率，以及此组将是有价值的组分。在其它情况下，有价值的组分可能显示可忽视的磁化率，而剩余的颗粒是磁性的。当两组或多组颗粒显示显著的磁化率的情况下，以及仅有一组颗粒是感兴趣的，微米/毫米波暴露能够调节以增加混合物的感兴趣的颗粒和其它颗粒之间磁化率的差别。由于一种材料在它的奈尔温度下的磁化率大小通常比一个铁磁材料在居里温度下的弱，方法10经常使用一个高磁场梯度的磁力分离器。
方法10可以包括其它任选的步骤，例如，方法10包括颗粒混合物与一个惰性或活性气体接触，可能因为许多理由这种接触是希望的。例如，方法10可使用一种气体使颗粒流态化，详见下述，以帮助传送颗粒混合物通过处理设备。代替地或附加地，方法10可以使用一种气体从固体颗粒中清除杂质，以形成希望的反应产物以及用类似的方法。
现在转至一个示范性应用，图2示出一个富集铁矾土矿石的有价值的镍的一个方法100。然而，应该指出使用适当的改变，方法100能够使用于从一系列的矿石富集许多不同的有价值的金属。如图2所示，方法100包括提供102由一个颗粒混合物组成的一个铁矾土矿石，此步聚可以包括一系列的任务，包括从土壤提取铁矾土矿石，运输和存储矿石等。此外，由于有效的磁力分离要求感兴趣的组分具有离散的颗粒，提供步骤可以包括从矿石混合物释放感兴趣的组分，在此处是氧化镍，方法是借助辗碎，研磨(如果需要)和按大小分类(例如筛分)矿石颗粒。
在颗粒辗碎和研磨至希望的尺寸之后，它对于典型的铁矾土矿石是小于约20mesh(目)或约1.3mm，矿石暴露至微波/毫米波能量(104)，以便选择地加热含有显著数量的有价值的镍的颗粒。借助选择地加热氧化镍颗粒，方法100增加了含有显著数量的有价值的镍的颗粒和不含它们的颗粒之间的磁化率的差别。对于氧化镍，这样相当于加热颗粒至它们的奈尔温度，该温度在约260℃和377℃之间。应该理解，氧化镍颗粒能够加热至不同于奈尔温度(例如，在150℃和300℃之间)，只要它们能获得希望水平的磁化率。
方法100还包括暴露铁矾土矿石至一个磁场梯度(106)，该磁场梯度引起至少含有显著量的有价值的镍的一些颗粒从颗粒混合物中分离。除了有价值的镍外，铁矾土矿石通常含有其它有价值的金属，它们同样地被选择地加热至不同于它们的奈尔温度。这些颗粒可能保持残余的磁化率，从而在磁力分离步骤中它们中的一些可能被氧化镍颗粒携带。最终的富集的有价值的镍，以及或许少量的携带的有价值的金属可以经受继续的处理(精化，熔化等)，或作为一种最终产品出售。
图3示出一个设备200，它能够使用于分别地进行图1和图2中所示的方法10，100。设备200包括一个容器202，它装有颗粒混合物(例如，辗碎的和按大小分类的矿石)。如箭头204，206所示，颗粒混合物和一种气体(典型地是压缩空气，它可以是冷却的或加热的)通过位于容器202的第一端212处的开口208，218进入容器202。气体排入一个增压室214，和流动向上通过一个气体分配器(即栅格或带孔板)，该气体分配器跨过容器202的侧壁和第一及第二端212及218之间的距离。
在图3内用圆圈220表示的固体颗粒从容器202的第一端212沿着气体分配器216移动至容器的第二端218。为了帮助固体颗粒220在容器202的第一端和第二端212，218之间传送，气体流动向上通过分配器216，升起颗粒220，产生一个流态化床222，该流态化床类似于一种液体的形式。使用于使颗粒220流态化的气体流动进入一个分离空间224以及通过一个开口226排出容器202。一个管路228引导气体进入一个尘土分离器230(例如集尘器)，该尘土分离器从气体流234清除任何携带的固体232。除了作为一个流态化介质外气体可以分离杂质，提供一个表面涂层，反应以形成一种希望的产物等。
设备200包括一个能量系统236，该能量系统能够使用于借助一种辐射技术把颗粒220暴露至微波/毫米波能量下。系统236包括一个微波/毫米波能源和一个施加器240，该施加器设置在容器202内。系统236还包括一个波导器242，该波导器引导微米波/毫米波能量从能源238至施加器240。在本公开中使用的微波/毫米波能量属于具有频率低至100MHz，高至3000GHz的能量。为了讨论产生和施加微波/毫米波能量至处理的材料用的有用的系统，可参见U.S.No.4,894,134；5,784,682；以及6,090,350，在此列出其全部内容供参考以及为了全部目的。
如由图3所见，在颗粒220通过暴露于来自施加器240的微波/毫米波能量进行差别的加热之后，颗粒到达容器202的第二端218，在此处它们移动通过一个磁力分离器244。如箭头246，248所示，磁力分离器，使磁性颗粒(即那些具有一个门坎值的磁化率的颗粒)与非磁性颗粒偏离，从而富集磁性颗粒(或非磁性颗粒)。如以上所述，高梯度磁力分离器是尤其适用的，但这取决于磁性颗粒250的磁化率，并且其它的设备也可以使用，为了讨论有用的磁力分离器，可参见，Robert H.Perry andDon W.Green著的Perry’s Chemical Engineer’s Hand book”pp.19-40 to19-49(1997第七版)。
虽然在图3中所示的设备200利用一个流态化床222在容器202的两端212，218之间传送单独的颗粒220，但其它的设备也可以使用。例如，某些实施例也可以使用传送带，它能够接合至在容器202的第二端处的磁性滑轮，用于进行磁力分离。其它的实施例可以基于重力以传送颗粒以及可以包括一个气体分配系统，用于使颗粒与一种惰性或活性气体接触以便从颗粒分离杂质，形成希望的反应产物，改进颗粒的表面性能以及等等。图3内所示的设备200使用于颗粒混合物的连续的处理，它减少容器202需要的尺寸和从而减少基建费用。然而，其设备也可以使用，它按照分批或半分批模式工作，它似乎导致较高的基建的劳动费用，但可以导致感兴趣的材料较大的回收率。
其它的实施例可以传送磁性颗粒250进入一个第二容器(未示出)在此处磁性颗粒进行继续处理。与图3所示的设备200类似，第二个容器可以包括用以加热磁性颗粒250的必须的结构(例如微波/毫米波能源)以及用于使磁性颗粒与一种惰性或活性气体接触(例如气体分配器)。这样一个设备能够使用可以是使用的任何流态化气体相同的或不同的一种气体，该气体包括硫(例如硫化氢)以便转化氧化镍为硫化镍。
应该理解，以上的说明有意地为示范性的而不是限制性的。在阅读上述的说明之后，许多实施例对于本专业技术人员将是显而易见的。因此，本发明的范围应该不是参见上述说明确定的，而是参见所附权利要求书以及权利要求书提及的等同物的全部范围一起确定的。本文中引用的全部专利，文章和包括专利申请和出版物的参考文献的全部内容结合作为本申请的参考。
权利要求
1.一种分离一个混合物组分的方法，该方法包括提供一个颗粒混合物，此混合物包括至少一个第一组颗粒和一个第二组颗粒，第一组颗粒具有与第二组颗粒不同的化学成分；把颗粒混合物暴露至微波/毫米波能量下，以便有差别地加热第一和第二组颗粒，从而增加第一组和第二组颗粒之间的磁化率差别；以及把颗粒混合物暴露至一个磁场梯度，此磁场梯度导致颗粒分离为第一和第二组分，其中第一组分具有比混合物更大百分率的第一组颗粒，以及第二组分具有比混合物更大百分率的第二组颗粒。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的颗粒混合物是一个铁矾土矿石。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的第一组颗粒包括一种或多种有价值的金属。
4.按照权利要求3的方法，其特征在于，把颗粒混合物暴露至微米/毫米波能量下还包括加热至少一部分第一组颗粒至大致为有价值的金属中的一个的奈尔温度。
5.按照权利要求3的方法，其特征在于，所述的第一组颗粒包括一个或多个有价值的金属。
6.按照权利要求1的方法，其特征在于还包括一个第三组颗粒，该组颗粒包括一种或多种有价值的钴。
7.按照权利要求1的方法，其特征在于还包括使颗粒混合物与一种气体接触。
8.按照权利要求1的方法，其特征在于还包括使颗粒混合物流态化。
9.一种富集一个铁矾土矿石的有价值的镍的方法，该方法包括提供由一种包括颗粒混合物的铁矾土矿石；把铁矾土矿石暴露至微米波/毫米波能量下，以便选择地加热含显著量的一种或多种有价值的镍的颗粒，从而增加含显著量的有价值的镍的颗粒与含不显著量的颗粒之间的磁化率差别；把铁矾土矿石暴露至一个磁场梯度，以引起至少某些含显著量有价值的镍的颗粒从颗粒混合物分离。
10.按照权利要求9的方法，其特征在于，所述的有价值的镍是氧化镍。
11.按照权利要求9的方法，其特征在于，把颗粒混合物暴露至微米波/毫米波能量下还包括加热至少一部分含显著量有价值的镍的颗粒到接近至少有价值的镍的奈尔温度。
12.按照权利要求9的方法，其特征在于，把颗粒混合物暴露至微米波/毫米波能量下还包括加热至少一部分含显著量的有价值的镍的颗粒至至少约150℃的温度。
13.按照权利要求9的方法，其特征在于，把颗粒混合物暴露至微米波/毫米波能量下还包括加热至少一部分含显著量的有价值的镍的颗粒至至少约250℃的温度。
14.按照权利要求9的方法，其特征在于还包括使颗粒混合物与一种气体接触。
15.按照权利要求9的方法，其特征在于还包括使颗粒混合物流态化。
16.一种分离一个颗粒混合物组分用的设备，此设备包括一个容器，该容器具有一个内腔用于在处理时容纳颗粒混合物；一个接合至容器的能量系统，用于把颗粒混合物暴露至微波/毫米波能量下；以及一个磁力分离器，与容器的内腔贯通，用于把磁性颗粒与非磁性颗粒分开。
17.按照权利要求16的设备，其特征在于还包括一个气体分配器，用于使颗粒混合物与一种气体接触。
18.按照权利要求16的设备，其特征在于还包括一个气体分配器，用于使颗粒混合物流态化。
19.按照权利要求16的设备，其特征在于还包括一个第二容器，具有一个内腔与磁力分离器贯通。
20.按照权利要求19的设备，其特征在于还包括一个气体分配器，用于使容纳在第二容器内的颗粒与一种气体接触。
21.按照权利要求20的设备，其特征在于还包括一个气体源，与气体分配器流体连通，其中气体源包括硫或一种含硫的化合物。
22.按照权利要求19的设备，其特征在于还包括一个气体分配器，用于使容纳在第二容器的内腔内的颗粒流态化。
23.一种分离一种颗粒混合物用的设备，此设备包括一个容器，用于在处理时容纳颗粒混合物，容器具有一个第一端和一个第二端，以及一个入口位于邻接至容器的第一端，该入口允许固体颗粒进入容器；一个气体分配器，设置在容器内，用于使颗粒混合物流态化；一个能量系统，接合至容器，用于把颗粒混合物暴露至微波/毫米波能量下；以及一个磁力分离器，位于邻接至容器的第二端，用于使磁性颗粒与非磁性颗粒分开。
全文摘要
从矿石分离有价值的金属(如镍和镍化合物)的方法和设备。方法包括提供颗粒混合物(如辗碎的和按大小分类的矿石)，包括至少第一组颗粒和第二组颗粒。各组中化学成分相同，具有不同化学成分的颗粒属于不同的组。把颗粒混合物暴露至微波/毫米波能量下有差别地加热第一组和第二组颗粒，以增加第一组和第二组颗粒之间的磁化率差别。颗粒混合物随后通过一个磁场梯度处理，引起颗粒中磁性组分和非磁性组分分开。
文档编号B03C1/005GK1643170SQ03806819
公开日2005年7月20日 申请日期2003年2月19日 优先权日2002年2月22日
发明者斯蒂芬·伯肯 申请人:波分离技术有限责任公司