Brevet FR2448577A1 — publié le 19800905

L'invention se rapporte à un procédé d'extraction de nickel de minerais latéritiques par lixiviation à l'acide sulfurique, la solution aqueuse de sels métalliques et d'acide sulfurique ainsi produite étant ensuite partiellement neutralisée, puis du nickel et d'autres métaux lourds sont séparés de la solution contenant du sulfate de magnésium. On sait que des processus de décomposition à l'air donnent naissance aux minerais latéritiques. Les gisements de ces minerais, qui sont extraits par exploitation à ciel ouvert, se trouvent essentiellement dans les régions tropicales. Les minerais latéritiques ayant des compositions minéralogiques différentes qui se distinguent en particulier par leur teneur en nickel, fer et magnésium, forment des stratifications dans les gisements. La couche supérieure de minerai , dont la teneur en magnésium est relativement faible mais dont la teneur en fer est relativement élevée, porte la désignation de zone limonitique. La couche sous-jacente a des teneurs plus élevées en nickel et magnésium et une teneur moindre en fer que la couche limonitique et porte la désignation de zone de transition. La zone inférieure formée de serpentine est formée d'un minerai à teneur- relativement faible en fer et à teneurs relativement élevées en nickel et magnésium. Des procédés de lixiviation ammoniacale sont en général utilisés pour l'extraction du nickel de minerais latéritiques. Ces procédés impliquent une forte consommation d'énergie, car ils exigent un traitement thermique initial du minerai et ils ne conviennent tout au plus qu'à des minerais ayant une teneur relativement forte en fer. Un autre procédé connu d'extraction du nickel de minerais latéritiques met en oeuvre l'hydrométallurgie, c ' est-à-dire un procédé d'extraction du minerai par lixiviation à l'acide sulfurique à température et pression élevées. Ce procédé a l'avantage sur le premier mentionné qu'il n'exige aucun traitement thermique préalable du minerai, car il est exécuté intégralement à l'état humide et avec une consommation d'énergie considérablement moindre. Mais ce procédé a l'inconvénient majeur que la consommation d'acide sulfurique est fonction de la teneur du minerai en oxyde de magnésium et donc ce procédé n'est rentable que pour les minerais à faible teneur en oxyde de magnésium, c'est-à-dire pour les minerais limonitiques. Donc, d'après ce qui précède, les procédés généralement mis en oeuvre jusqu'à présent pour extraire le nickel de minerais latéritiques ont soit l'inconvénient d'une forte consommation, d'énergie, seit imposent l'utilisation de minerais latéritiques ayant une composition minéralogique déterminée. L'invention a pour objet un procédé'rentable d'extra tion du nickel de minerais latéritiques pouvant avoir toute composition minéralogique et en particulier avoir une forte teneur en magnésium. Selon une particularité essentielle du procédé tel que spécifié en préambule et conforme à l'invention, il consiste essentiellement à concentrer au moins partiellement par évaporation la solution contenant du sulfate de magnésium de manière à séparer ainsi de l'epsomite à l'état cristallin, à chauffer ensuite l'epsomite en atmosphère réductrice avec dégagement d'anhydride sulfureux et de vapeur d'eau et obtention d'une substance solide consistant en oxyde de magnésium et à produire à l'aide de l'anhydride sulfureux de l'acide sulfurique qui est recyclé à la phase de lixiviation. L'acide sulfurique étant récupéré conformément à l'invention de la solution contenant du sulfate de magnésium et étant recyclé au stade de la lixiviation, la consommation d'acide sulfurique est minimale et limitée à compenser les pertes extrêmement minimes. L'invention est donc applicable aussi aux minerais nécessitant une grande quantité d'acide sulfurique pour la lixiviation et permet de conserver du point de vue énergétique les avantages de l'hydrométallurgie. Le procédé de l'invention offre par ailleurs l'avantage que l'oxyde de magnésium récupéré représente un sous-produit précieux. Il est possible par exemple d'agglomérer le sous-produit par frittage pour produire de la magnésite. Le procédé de l'invention permettant d'extraire de manière rentable du nickel de minerais latéritiques de tous les types existants, par exemple de ceux à forte teneur en magnésium, il est possible de traiter dans une unique installation tous les types de minerais se présentant dans un gisement. Il n'est par ailleurs pas nécessaire de mélanger les minerais de différentes compositions avant leur traitement pour obtenir une composition déterminée de la charge. Lorsqu'il n'existe dans le gisement ou à proximité du gisement aucune substance convenable contenant de l'oxy- de de magnésium pour la neutralisation de la solution aqueuse de sels métalliques et de l'acide sulfurique, il est possible d'utiliser avantageusement une fraction de l'oxyde de magnésium produit par le procédé de l'invention en agent de neutralisation. L'invention va être décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est un schéma fonctionnel d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Les éléments de l'installation qui sont bien connus en soi ne sont représentés que 'schématiquement sur le schéma fonctionnel. Il faut entendre par "voies de circulation" les directions d'écoulement des différents flux de substances, ces voies de circulation pouvant consister par exemple en canalisations, rubans transporteurs ou goulottes de transfert ou encore en dispositifs de déversement ou de prélèvement dont sont équipés les différents éléments de l'installation. Un dispositif de chargement 2 déverse dans une cuve 1 équipée d'un agitateur la le minerai latéritique broyé qui a subi une decantation à l'aide d'une lessive mère se composant de sulfate de magnésium et d'eau et le mélange de liquide et de solide est dirigé dans un réacteur 6 après qu'une pompe 4 l'a porté à une pression élevée par exemple de 50 bars, et qu'il a été porté par exemple à environ 2000C dans un échangeur de chaleur 5 ; le réacteur 6 peut se composer par exemple d'une série de plusieurs cuves de réaction. L'acide sulfurique récupéré en cours de processus est dirigé par une voie 7 dans le réacteur 6 dans lequel il est utilisé pour la lixiviation de l'oxyde de nickel que contient le mélange de liquide et de solides. De la vapeur d'eau chaude servant à réchauffer le mélange introduit dans le réacteur pour le porter par exemple à environ 2500C et utilisée également en "agitateur" des substances-amenees à réagir est envoyée dans le réacteur 6 par une voie 8. La lixiviation met en solution essentiellement le nickel, le magnésium et le fer. La température relativement élevée de réaction a pour effet qu'une faible quantité seulement du fer que contient le minerai est mise en solution. Lorsque le minerai traité contient d'autres métaux lourds tels que du cuivre, du zinc et du cobalt, ceux-ci sont aussi mis en solution. La suspension résultant de la réaction se compose de sulfates de nickel, magnésium, fer et éventuellement cobalt, cuivre et zinc dissous dans l'acide sulfurique ainsi que de substances non dissoutes, par exemple- des silicates, selon la composition du minerai traité. La suspension est extraite du réacteur par une voie 9, subit un refroidissement dans l'échangeur de chaleur 5, puis subit une détente dans ùn organe étrangleur 10 qui la met à la pression ambiante pour être dirigée ensuite dans une cuve de réaction il équipée d'un agitateur lia. Au lieu d'être refroidie dans l'échangeur de chaleur 5, la suspension pourrait éventuellement l'être par évaporation produite par . détente et le mélange de liquide et desolidesdirigé dans le réacteur 6 pourrait etre réchauffé par de la vapeur chaude dégagée en cours de processus La suspension est mélangée dans la cuve de réaction 11 avec une substance solide composée d'oxyde de magnésium ou avec de l'hydroxyde de magnésium arrivant par une voie 12 de manière que l'acide sulfurique libre soit ainsi partiellement neutralisé et que le fer précipite. La suspension est dirigée ensuite par une voie 13 dans un bassin de décantation 14 dans lequel les substances non dissoutes et le fer précipité se séparent. Les substances solides sont évacuées de l'installation, après avoir été lavées de la manière connue, à l'aide d'un dispositif de décharge 15 qui les extrait du bassin de décantation 14. La solution aqueuse contenant des sulfates de nickel, magnésium et éventuellement cobalt, cuivre et zinc et qui sort du bassin de décantation par un trop-plein non représenté est dirigée par une voie 16 dans un réacteur 17. De l'acide sulfhydrique dirigé dans le réacteur 17 par une voie 18 est mis en contact avec la solution sous pression élevée. Le nickel ainsi que le cuivre, le cobalt et le Zinc éventuellement présents précipitent alors sous forme de sulfures. La solution contenant des métaux lourds et du sulfate de magnésium est dirigée par une voie 19 dans un bassin de décantation 20 pouvant être du même mode de réalisation que le bassin de décantation 14. Un dispositif de décharge 21 dirige les sulfures de métaux lourds dans une installation non représentée d'affinage et dé séparation dans laquelle les métaux lourds sont mis en solution par exemple de manière connue à l'aide d'un acide puis subissent une extraction à l'aide d'un solvant ou subissent une séparation par d'autres procédés connus. I1 est aussi possible d'extraire les métaux lourds de la solution de lixiviation en les séparant de manière connue directement par extraction de la solution contenant le sulfate de magnésium à l'aide d'un solvant dans un dispositif d'échange d'ions. La solution contenant du sulfate de magnésium est dirigée par une voie 22 dans une installation 23 de concentration par évaporation et de cristallisation dans laquelle elle subit de manière connue un chauffage sous vide provoquant la séparation à l'état cristallin d'epsomite (Mg S04 . 7H20), ce sel étant sépare par centrifugation de la solution contenant le magnésium. La solution désignée "lessive-mère est recyclée ensuite par une voie 24 dans la cuve 1. Lorsque la solution subit une concentration totale par évaporation dans l'installation 23, la cuve 1 est alimentée exclusiement en eau par la voie 35 pour la décantation du minérai. Les cristaux humides d'epsomite extraits de l'installation 23 sont transportés sur une voie 25 dans un sécheur 26 à lit fluidisé dans lequel ils sont traités à l'air chaud de manière à être libérés au moins partiellement de l'eau de cristallisation à une température par exemple d'environ 1800C. L'epsomite asséchée est ensuite transportée sur une voie 27 dans un four 28, par exemple un four à plusieurs étages.De l'air et un gaz combustible, par exemple du méthane, sont dirigés dans le four par une voie 29 et les cristaux d'epsomite sont décomposés en at mosphère réductrice, par exemple à 9500C, selon la réaction Les gaz d'échappement contenant de l'anhydride sulfureux sont dirigés par une voie 30 dans une installation 31 dans laquelle l'anhydride sulfureux subit de manière re connue une oxydation en anhydride sulfurique qui est extrait du courant gazeux par lavage sous forme d'acide sulfurique. L'acide sulfurique régénéré est ensuite recyclé par la voie 7 dans le réacteur 6 de la phase de lixiviation de manière précédemment décrite. Une fraction de l'oxyde de magnésium produit dans le four 28 qui est nécessaire à la neutralisation est re cyclée par la voie 12 dans la cuve de réaction 11. L'autre fraction de l'oxyde de magnésium, qui représente un sous-produit, est dirigée par une voie 32 dans une installation d'agglomération par frittage 33 dans laquelle l'oxyde de magnésium est mis sous forme de briquettes et aggloméré de manière connue en magnésite de haute qualité qu'un dispositif de décharge 34 évacue de l'installation. La fraction d'oxyde de magnésium qui n'est pas utilisée pour la neutralisation peut aussi être utilisée en tant que telle en sous-produit, par exemple en matière première pour l'industrie chimique, comme indiqué en préambule. I1 convient par ailleurs de mentionner encore que l'invention comprend aussi les modes de mise en oeuvre dans lesquels les cristaux humides d'epsomite sont trans féres directement dans le four 28 dans lequel ils subissent un séchage qui les débarrasse au moins en majeure partie de l'eau de cristallisation. Toutefois, le mode de mise en oeuvre de l'exemple de réalisation représenté} qui comprend un séchage préalable puis un dessechement séparé des cristaux d'epsomiteprésente l'avantage qu'une poudre cristalline sèche et homogène est dirigée dans le four dans lequel il est certain que les cristaux sont ré- partis de manière bien uniforme. REVE'ND ICAT IONS 1. Procédé d'extraction du nickel de minerais latéritiques par lixiviation à l'acide sulfurique,puis neutralisation partielle de la solution aqueuse ainsi produite de sels métalliques et d'acide sulfurique, le nickel et d'autres métaux lourds etant ensuite séparés de la solution contenant du sulfate de magnésium, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les phases suivantes consistant essentiellement à a) concentrer au moins partiellement par évaporation la solution contenant du sulfate de magnésium avec séparation à l'état cristallin d'epsomite (23) b) chauffer l'epsomite en atmosphère réductrice avec dégagement d'anhydride sulfureux et de vapeur d'eau et production d'oxyde de magnésium à l'état solide (28) c) produire à l'aide de l'anhydride sulfureux de l'acide sulfurique (31) qui est recyclé à la phase de lixiviation (6). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à recycler une fraction de l'oxyde de magnésium à la phase de neutralisation (11). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste par ailleurs à sécher l'epsomite avant son chauffage en atmosphère réductrice et à la débarrasser au moins paEtiellement de l'eau de cristallisation (26). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'autre fraction de l'oxyde de magnésium subit une agglomération par frittage de manière à êtretransforméeen magnésite (33). 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque la solution contenant du sulfate de magnésium ne subit qu'une concentration partiellepar évaporation, la lessive-mère ainsi produite (23) est recyclée à la phase de lixiviation (1).