Brevet FR2218390A1 — publié le 19740913

La présente invention concerne un procédé en continu pour le traitement des minerais de nickel et d'autres éléments en vue de l'extraction du métal seul et/ou des métaux contenus simultanément dans les minerais, tels : cobalt fer, manganèse, titane, cuivre, zinc vanadium, molybdène, et autres selon la nature des minerais. Plus particulièrement l'invention est applicable à ltextraction des métaux à partir de minerais de nickel du type latérites et garniérites tels, par exemple les minerais néo-calédoniens. Les traitements actuels des minerais de nickel du type ici concerné consistent à former du sulfure de nickel, du carbonyl de nickel, etc, qui sont ensuite traités dans des bas-fourneaux jusqu a ltobtention d'oxyde de nickel, lui-me- me soumis ultérieurement à une réduction. Ces procédés entraident une dépense importante notamment de calories et sont donc particulièrement coûteux ; ils exigent en outre des installations complexes importantes et partant des investissements onéreux; enfin ces traitements conventionnels nécessitent l'apport de matières entrant dans les réactions des traitements mis en oeuvre ce qui ajoute encore des frais de transport et de manutention. Ltinvention vise à permettre la mise en oeuvre d'un procédé d'extraction du nickel et d'autres métaux à partir de n'importe quel type de minerai en évitant les inconvaiients qui ont été signalés ci-dessus et sans nécessiter d'investissements coûteux ni de frais de transport,ni de dépenses exagérées en calories. Le procédé est caractérisé par la succession des étapes suivantes: -on traite les minerais à l'état pulvérulent par l'anhydride sulfurique, ou par l'anhydride nitrique, ou par l'acide chlorhydrique gazeux jusqu'à l'obten- tion des sulfates ou nitrates ou des chlorures solubles2 le choix étant déterminé en fonction de la nature chimique de l'élément que l'on veut extraire ain si que de la rentabilité visée. - on met les sels obtenus en solution dans l'eau douce ou l'eau de mer - on fait passer la solution de sels sur un lit de résines échangeuses d'ions pour y provoquer la rétention des cations, la structure moléculaire et les caractéristiques de ces résines sont déterminées au préalable en fonction de propriétés ioniques des cations que l'on désire extraire - on récupère les cations par élution au moyen d'acides et réactifs à gradient de concentrations convenables - on traite les éluats par électrolyse pour obtenir à la cathode les métaux purs De préférence et selon une caractéristique principale de l'invention le minerai réduit au préalable à l'état pulvérulent par broyage est mis en contact avec les anhydrides,donc avant la formation définitive d'acides correspondants, et cela dans le but justement de permettre la naissance de ceux-ci à la surface meme des particules de minerai humidifiées ; il s'agit là detirer profit des calories dégagées au cours de la réaction Anhydrides + H20 Acides + calories. De préférence encore le traitement d'attaque en vue de l'obtention de sulfa tes (ou nitrates et chlorures) est réalisé en phase gazeuse, le minerai réduit à l'état de poudre fine est distribué sous forme de dispersion dans des réac teurs où sont parallèlement envoyés d'une part un brouillard humide et d'au tre part des vapeurs d'anhydrides, ces derniers en contact avec- l'eau provo quent la formation d'acides à l'état naissant aptes à attaquer le minerai en suspension.pour former les sels correspondant aux métaux contenus. Selon une variante caractéristique le minerai est dispersé depuis le haut d'un réacteur où il traverse d'abord une zone de brouillard humide pour pé nétrer, alors que les parois des particules sont chargées d'une dose calcu lee d'humidité,dans la zone inférieure où sont injectées les vapeurs d'anhy dride sulfurique, l'acide sulfurique se formant alors à la surface meme des particules du minerai. Selon une autre variante caractéristique la proportion d'anhydride sulfurique est calculée en excès pour obtenir la formation d'un acide sulfurique contenant un excès d'anhydride provoquant la formation d'oléum, et cela à la sur face des particules memes du minerai. Selon une autre caractéristique de l'invention les sulfates recueillis à la base de la tour de sulfatation, sont acheminés vers des tours, bacs ou cuves de mi se en solution où ils- sont additionnés d'eau douce ou de mer, en vue de la mi se en solution des sulfates secs. Selon une variante les sulfates recueillis à la base de la tour de sulfatation sont acheminés au sommet d'une deuxième tour d'attaque, où ils sont mis de nouveau en contact avec un brouillard d'eau en vue de parfaire l'attaque du minerai. Selon encore une variante les caractéristiques moléculaires des résines échangeuses d'ions sont prévues de façon à retenir sélectivement les divers cations souhaités correspondant aux sels obtenus après attaque du minerai d'où la possibilité d'utilisation d'eau de mer. Selon la nature du minerai les cations pourront etre essentiéllement du nic kel, du cobalt, du fer , du manganèse, du zinc, du cadmium, du vanadium, du titane ainsi que des métaux précieux, des terres rares 2 et autres. Selon encore une caractéristique du procédé conforme à l'invention les ca- cations retenus sur les résines échangeuses d'ions sont entrainés sélectivement par lavage aux acides ou complexants de concentration croissante. Les produits d'élution sont récupérés sélectivement ; on recueille ainsi des solutions contenant chacune sélectivement un cation de métal bien déterminé ces solutions ou éluats sont acheminés dans des bacs de stockage sélectifs et un traitement d'électrolyse permet d'obtenir ultérieurement le métal pur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description particulière qui est donnée ci-après et qui constitue un exemple de réalisation présenté sans caractère limitatif et en se référant au dessin annexé. La figure unique est une vue montrant un schéma de principe par sulfatation d'une installation pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à la présen te invention. Le minerai brut stocké en 1 est acheminé à la trémie 2 alimentant un broyeur 3 ; le minerai réduit à l'état pulvérulent est repris pneumatiquement depuis le réservoir de stockage 4 et alimente un réacteur de sulfatation 5 dont les parois internes sont construites en matériaux inactifs tels des briques en ver re pyrex et joints en téflon ou toutes autres matières résistantes aux acides et à la température de la réaction. Le minerai à l'état pulvérulent est dispersé depuis le sommet de la tour 5 où il pénètre dans une zone de brouillard 6 provenant de la rampe de dispersion 7 alimentée en eau par la conduite 8 Les parti cules de minerai ainsi humidifiées descendent et rencontrent dans la partie inférieure de la tour des vapeurs 9, 9' d'anhydride sulfurique injectées depuis la base de la tour par une rampe d'injecteurs 10, 10' alimentés depuis une unité 11 de production catalytique. Dans ce processus l'anhydride rencontrant les particules de minerai chargées d'un degré d'humidité calculé forment avec celle-ci de l'acide sulfurique par une réaction exothermique ; l'acide sulfurique naissant est chaud, attaque le minerai, absorbe de l'anhydride en excès et forme un oléum qui parfait l'attaque des sels métalliques contenus dans le minerai, si besoin en est, pour former des sulfates métalliques et notamment du sulfate de nickel qui s'accumulent à la base de la tour en 12. Le minerai ainsi traité et réduit essentiellement à l'état de sulfate est acheminé dans un bassin de dissolution 13 revêtu d'une paroi intérieure en polyéthylène. Ce bassin est alimenté en eau douce par la canalisation 14 et les sulfates solubles y sont immédiatement mis en solution. La silice et la chromite restantes vont au fond du bassin en 15 pour être évacuées. L'eau contenant les anions sulfates et les cations métalliques est acheminée après filtration par la canalisation 16 dans une colonne 17 de résines échangeuses d'ions où les cations sont retenus. Des agents de lavage notamment des acides et/ou complexants sont ensuite distribués sur la colonne de résine depuis 18 2 et sont prévus avec des propriétés complexantes croissantes de façon à agir sélectivement et à entrainer successivement les cations métalliques souhaités ; les produits de lavage ou éluats sont acheminés vers des bacs de stockage sélectifs 19, 20, 21 etc... affectés chacun à des cations métalliques différents. Les produits d'élution ou de lavage contenus dans les bacs de stockage 19, 20 et 21 sont successivement amenés à une cuve spécifique d'électrolyse 22 qui permet d'obtenir le métal à la cathode 23. La description qui précède n'ayant été donnée qu'à titre d'exemple d'une for me de réalisation de l'invention n'a aucun caractere limitatif et l'on pourra sans franchir les limites de l'invention réaliser à partir d'éléments décrits plusieurs variantes ou formes de réalisation de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour le traitement des minerais notamment de nickel, en vue de la production de métaux purs , le procédé étant caractérisé par la succession des étapes suivantes - on traite les minerais à l'état pulvérulent par un acide minéral fort jusqu'à obtention d'un sel soluble. - on met les sels obtenus en solution en milieux aqueux - on fait passer la solution de sels sur un lit de résines échangeuses d'ions pour y provoquer la rétention des cations - on récupère les cations par élution au moyen d'acides et réactifs à gradient de concentrations convenables - on traite les éluats par électrolyse pour obtenir à la cathode les métaux purs. 2 -Procédé selon la revendication 1 dans lequel l'acide minéral fort est l'acide sulfurique 3 - Procédé selon la revendication 1 dans lequel l'acide minéral fort est l'acide nitrique 4 - Procédé selon la revendication 1 dans lequel l'acide minéral fort est l'acide chlorhydrique 5 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en outre en ce que le minerai réduit à l'état pulvérulent par broyage et humidifié est mis en contact avec l'anhydride gazeux pour former l'acide naissant sur les particules - minerai. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 ci-dessus, caractérisé en outre en ce que le traitement de décomposition en vue de l'obtention de sels solubles est réalisé en phase gazeuse, le minerai réduit à l'état de poudre est distribué sous forme de dispersion dans des réacteurs où sont parallèlement envoyés d'une part un brouillard humide et d'autre part des vapeurs d'anhydride, ce dernier en contact avec l'eau provoque la formation d'acide correspondant à l'état naissant apte à attaquer le minerai en suspension pour former des sels correspondant aux métaux contenus. 7 - Procédé selon la revendication 6 caractérisé en outre en ce que le minerai est dispersé depuis une tour de traitement et il traverse d'abord une zone de brouillard humide pour pénétrer, alors que les parois des particules sont chargées d'un degré d'humidité convenable, dans la zone inférieure où sont injectées les vapeurs d'anhydride, l'acide se formant à la surface meme des particules du minerai. 8 - Procédé selon les revendications 2 et 6 caractérisé en outre en ce que la proportion d'anhydride sulfurique est calculée en excès pour obtenir la formation d'un acide sulfurique contenant un excès d'anhydride en solution ou sous forme d'oléum. 9 - Procédé selon la revendication 6 2 caractérisé en outre en ce que les sels recueillis à la base de la tour d'attaque sont acheminés vers des bacs ou cuves de mise en solution où ils sont additionnés d'eau, en vue de la mise en solution des sels secs. 10 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en-outre en ce--que lastructure moléculaire et les propriétés ioniques des résines échangeuses d'ions sont prévues de façon à retenir sélectivement les divers cations correspondant aux sels obtenus après traitement du minerai. 1 1 - Procédé selon les revendications 1 et 9 2 caractérisé en outre en ce que les sels sont mis en solution dans de l'eau de mer, toutes les propriété s- chimiques, physiques et géométriques des résines étant prévues de façon à pouvoir utiliser l'eau de mer et assurer le fonctionnement en continu du procédé. 12 - Procédé selon la revendication 1 ,caractérisé en outre en ce que les cations retenus sur les résines échangeuses d'ions sont entrainés sélectivement par élution au moyen de réactifs à gradient de concentrations convenables.