專利名稱：從礦石和精礦中提取鈷和鎳的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從砷硫化物(arsenosulfidic)或硫化物礦石或精礦中提取鈷和鎳的方法。
背景技術(shù)：
世界上絕大多數(shù)的鎳和鈷的產(chǎn)品都是從砷硫化物或硫化物礦物中提取得到的。但是，鈷和鎳通常都是伴生的，并與其他金屬礦石一起存在。
所謂的含鈷砷硫化物首先指的是斜方砷鈷礦(CoAs2)，方鈷礦(CoAs3)，砷黃鐵礦((Fe，Co，Ni)AsS)，和輝鈷礦(CoAsS)。而硫化物首先指的便是硫鈷礦(Co3S4)。
至于砷硫化物，首先便是斜方砷鎳礦NiAs2，砷黃鐵礦(FeAsS)，輝砷鎳礦(NiAsS)和紅砷鎳礦(NiAs)。而硫化物首先指的便是鎳黃鐵礦(Fe，Ni)9S8，針鎳礦(NiS)和方硫鐵鎳礦((Ni，F(xiàn)e)S2)。
鈷礦中的輝鈷礦和鎳礦中的鎳黃鐵礦是分布最為廣泛的礦石。因此，它們在新提取方法的研發(fā)中占有重大的科學(xué)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
另外，這兩種礦石的特點(diǎn)還在于其中通常都沉積或溶有一定量的金、鉑金屬和其他一些稀有金屬以及稀土礦。
砷硫化和/或硫化鈷礦是從形成的礦床中開采的，并一般需要經(jīng)過研磨和浮選法濃縮成精礦，該過程尤其要除去研磨物中所含的大量硅酸鹽。
礦石或精礦的提煉過程通常需要對礦石進(jìn)行煅燒，用以在高溫下將硫化物氧化成SO2并保留下金屬氧化物。然后可以添加碳還原這樣得到的礦石，并通過特殊的方法以及必要時(shí)的后續(xù)處理再將各種金屬提純出來。
在這期間，除了已知的火法冶金法和濕法冶金法外，還靠各種輔助措施溶解出砷硫化和/或硫化鈷礦中的鈷、鎳和其他金屬。
術(shù)語“浸濾”既包括通過FeIII的化學(xué)浸濾，也包括通過微生物的生物浸濾，其中都可以使用硫作為能源。而特別是當(dāng)使用含鐵的銅礦和鎳礦時(shí)，僅僅是浸洗可能就不夠了。
因此本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種從砷硫化和/或硫化礦物或精礦中提取出鈷和鎳以及其他金屬的改進(jìn)方法。
該任務(wù)通過以下一種方法解決，其中·使砷硫化和/或硫化鈷礦和/或鎳礦或它們的精礦與硫或含硫的砷化合物進(jìn)行反應(yīng)，得到反應(yīng)產(chǎn)物，并且·將可溶金屬和稀土金屬從所述反應(yīng)產(chǎn)物中溶出。
反應(yīng)方程式為(1)(2)(3)有證據(jù)表明，如果過程進(jìn)行適當(dāng)，則輝鈷礦就會(huì)幾乎完全反應(yīng)轉(zhuǎn)化成CoS和雄黃。鎳黃鐵礦在反應(yīng)中則會(huì)幾近完全轉(zhuǎn)化成NiS和黃鐵礦。在該轉(zhuǎn)化中，輝鈷礦的研磨小顆粒會(huì)形成主要由雄黃的核和CoS的殼構(gòu)成的顆粒。與輝鈷礦相反，利用傳統(tǒng)的氧化反應(yīng)法就可以毫無問題地從硫化鈷中溶出鈷以及其他富集于其中的金屬。至于鎳，同樣會(huì)由鎳黃鐵礦的研磨顆粒形成具有黃鐵礦的核和NiS的殼的顆粒。毫無疑問，這種顆?？梢酝ㄟ^傳統(tǒng)的浸濾法溶出。特別合適的是處于液體凝集狀態(tài)的硫。根據(jù)溫度的不同，硫會(huì)從易流動(dòng)的黃色變?yōu)檎吵淼纳罴t色/棕色。在液相中會(huì)出現(xiàn)λ-、π-和μ-硫之間的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。不同的形式會(huì)導(dǎo)致凝固點(diǎn)的降低。因此，液態(tài)的硫通常處于111-444℃的范圍內(nèi)，同時(shí)沸點(diǎn)取決于壓力。優(yōu)選使用該溫度范圍，而約187℃的溫度則稍差一些，因?yàn)榇藭r(shí)的硫具有極高的粘度，而該粘度在更高的溫度下又會(huì)降低。優(yōu)選的溫度范圍為111-159℃，或者是350-444℃。從必要的能量供應(yīng)角度來看，很明顯低溫要更為有利一些，而更高的溫度則會(huì)加速反應(yīng)進(jìn)程。
這些反應(yīng)是放熱反應(yīng)，這使得所需用于反應(yīng)的能量消耗相對較少。
一種從CoS或NiS中獲得鈷或鎳的可能方法，可以用以下方程式表示(4)(5)
所制得的鈷或鎳的硫酸鹽同樣如硫酸鐵一樣，是可溶于酸的，因此鈷、鎳和鐵可以相繼進(jìn)入溶液，并能在合適的反應(yīng)進(jìn)程中分開和分離。
其余留下的則是研磨物中所包含的混合物，該混合物由貴金屬和其他金屬以及稀土金屬，特別是由金、銀、鉑、PME和鋅組成，該混合物作為殘?jiān)恋碓谶M(jìn)行溶解過程的容器底部。
利用新型的生物浸濾法就可以特別環(huán)保地，并在產(chǎn)生較少量硫酸的情況下，將鈷或鎳溶解出來。其中，硫化鈷根據(jù)如下兩個(gè)方程式(6)或(7)在有特殊的細(xì)菌存在下進(jìn)行氧化，并在水溶液中分離和電解。
礦石或精礦的反應(yīng)應(yīng)該優(yōu)選在惰性氣氛下進(jìn)行，比如氮?dú)夥栈驓鍤夥铡?br> 事實(shí)證明，用于該反應(yīng)的優(yōu)選溫度范圍在50℃到550℃之間，特別優(yōu)選在350℃和450℃之間時(shí)，反應(yīng)可以較快地進(jìn)行。反應(yīng)的持續(xù)時(shí)間取決于研磨顆粒的大小和溫度，并且可以由技術(shù)人員通過簡單的試驗(yàn)來優(yōu)化選擇。
在礦石或精礦的反應(yīng)過程中可以輔助使用微波輻射。因?yàn)橥ㄟ^微波，可使研磨物的各顆粒內(nèi)外受熱均勻，由此可以加速在反應(yīng)中所進(jìn)行的分散過程。由于改善了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，就可以加快反應(yīng)過程。
根據(jù)反應(yīng)溫度和必要時(shí)微波輻射強(qiáng)度的不同，反應(yīng)的持續(xù)時(shí)間可以從0.5小時(shí)到10小時(shí)，特別是2小時(shí)到5小時(shí)不等。
應(yīng)向輝鈷礦中加入化學(xué)計(jì)量的硫。這就是意味著，一般要在反應(yīng)開始前進(jìn)行分析，用以確定所需的硫量為多少時(shí)，能實(shí)現(xiàn)依賴于所用的礦石來進(jìn)行方程式(1)、(2)、(3)的反應(yīng)或類似的反應(yīng)。要避免硫過量的情況，因?yàn)檫@些過量的硫會(huì)在冷卻時(shí)主要生成粘稠的物質(zhì)。在這種情況下，化學(xué)計(jì)量是指以礦石或精礦中所含的金屬量計(jì)，在反應(yīng)完成后實(shí)際上不應(yīng)該再殘留有游離的硫。
因此可以將硫以固體形式添加到研磨物中去，同時(shí)礦石或精礦的反應(yīng)應(yīng)該在環(huán)境壓力下進(jìn)行，但也可以在不大于10bar的超壓下進(jìn)行。為避免在反應(yīng)溫度下過多的硫氣化，比較有利的辦法是使反應(yīng)在飽和硫蒸氣氣氛中進(jìn)行。
另一方面，也可以不添加固體的硫而在一含有氣態(tài)硫的氣氛中，于負(fù)壓下進(jìn)行該反應(yīng)。
該反應(yīng)也可以在添加硫等離子體的情況下進(jìn)行。
也可以進(jìn)行液態(tài)硫和相應(yīng)預(yù)熱的礦石或精礦的反應(yīng)，因?yàn)檫@樣就能大大加速反應(yīng)進(jìn)程并減少副產(chǎn)物的生成。
該方法可以，比如在三室隧道式爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)。該三室隧道式爐具有第一室和第三室，它們用作為第二室的隔離室。爐的第二室設(shè)計(jì)有電加熱螺旋線，并具有一個(gè)氮?dú)饣驓鍤獾娜肟冢@些氣體用作為洗氣。此外，第二室上還設(shè)置有用于引入微波的石英玻璃窗。
實(shí)驗(yàn)表明，如果用微波輻照由研磨物和硫組成的混合物，且微波具有以研磨物的量計(jì)的，8-35kWh/t的比能量密度，則可以優(yōu)化反應(yīng)過程?？梢允褂玫奈⒉?15MHz或是2.45GHz。
反應(yīng)也可以在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行。
令人驚奇的是，使用本發(fā)明的方法可以得到自由流動(dòng)的產(chǎn)品，即所加入的硫不會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物粘結(jié)，反而對于反應(yīng)來說是必需的。而萬一出現(xiàn)了粘結(jié)也可以簡單地解開。由于所形成的多孔性，同時(shí)也由于放熱反應(yīng)的作用，相對于初始材料而言，該產(chǎn)品的表面積至少擴(kuò)大了50倍。這顯著提升了生物和/或化學(xué)浸濾劑的作用。
權(quán)利要求
1.一種用于從砷硫化和/或硫化鈷礦和/或鎳礦或它們的精礦中提取金屬的方法，其中·使砷硫化和/或硫化鈷礦和/或鎳礦或它們的精礦與硫或含硫的砷化合物進(jìn)行反應(yīng)，得到反應(yīng)產(chǎn)物，并且·將可溶金屬和稀土金屬從所述反應(yīng)產(chǎn)物中溶出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于溶出反應(yīng)產(chǎn)物中的砷并分離出沉積在反應(yīng)產(chǎn)物上的金屬和稀土金屬，特別是金、銀、鉑、PME、鎳、鈷和鋅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于利用生物浸濾法溶出反應(yīng)產(chǎn)物中的金屬。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于轉(zhuǎn)化反應(yīng)在惰性氣氛中進(jìn)行。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于轉(zhuǎn)化反應(yīng)在50℃到550℃，特別是350℃到450℃之間的溫度下進(jìn)行。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于利用微波輻射促進(jìn)轉(zhuǎn)化反應(yīng)。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于轉(zhuǎn)化反應(yīng)持續(xù)時(shí)間為0.5到10小時(shí)，特別是2小時(shí)到5小時(shí)。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于添加硫。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于添加固體形式的硫，并在1到10巴的壓力下進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于轉(zhuǎn)化反應(yīng)在飽和硫蒸氣的氣氛下進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的方法，其特征在于添加氣體形式的硫，并且轉(zhuǎn)化反應(yīng)在負(fù)壓下進(jìn)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的方法，其特征在于轉(zhuǎn)化反應(yīng)中利用硫等離子體。
全文摘要
一種從砷硫化和/或硫化鈷礦和/或鎳礦或它們的精礦中提取金屬的方法，其中將硫或含硫的砷化合物與砷硫化和/或硫化鈷礦和/或鎳礦或它們的精礦進(jìn)行反應(yīng)，得到一種反應(yīng)產(chǎn)物，并將溶解的金屬和稀有礦從反應(yīng)產(chǎn)物中溶出。
文檔編號C22B1/06GK1668771SQ02818086
公開日2005年9月14日 申請日期2002年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月14日
發(fā)明者亞歷山大·貝克曼 申請人:亞歷山大·貝克曼