(57)【要約】【課題】  金属水酸化物や金属酸化物を粒子として高い濃度で含有する濃縮スラリーを、スラリーポンプにて送液可能にする方法、装置構成を提供する。【解決手段】  固形成分と液体成分の混合体であるスラリーの送液方法であって、    液体成分と、９０％以上が１００μｍ以下の粒度分布を有する粒径が１．４ｍｍ以下の粒子のみで構成された固形成分からなり、前記固形成分の濃度が、１５質量％以上である前記スラリーを、６０℃〜７０℃の温度範囲に暖めた加温スラリーに形成した後、前記加温スラリーをスラリーポンプの動力により送液することを特徴とするスラリーの送液方法。【選択図】  図１
2020041171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形成分と液体成分の混合体であるスラリーの送液方法であって、
前記液体成分と、９０％以上が１００μｍ以下の粒度分布を有する粒径が１．４ｍｍ以下の粒子のみで構成された固形成分からなり、
前記固形成分の濃度が、１５質量％以上である前記スラリーを、６０℃〜７０℃の温度範囲に暖めた加温スラリーに形成した後、前記加温スラリーをスラリーポンプの動力により送液することを特徴とするスラリーの送液方法。
【請求項２】
固形成分と液体成分の混合体であるスラリーの送液方法であって、
前記液体成分と、９０％以上が１００μｍ以下の粒度分布を有する粒径が１．４ｍｍ以下の粒子のみで構成された固形成分からなり、
降伏応力が、４００Ｐａ以下である前記スラリーを、６０℃〜７０℃の温度範囲に暖めた加温スラリーに形成した後、前記加温スラリーをスラリーポンプの動力により送液することを特徴とするスラリーの送液方法。
【請求項３】
前記加温スラリーの降伏応力が、加温前のスラリーの降伏応力の５０％以下であることを特徴とする請求項２に記載のスラリーの送液方法。
【請求項４】
前記スラリーが、ニッケル鉱石を解砕、分級して得られた鉱石スラリーであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスラリーの送液方法。
【請求項５】
前記スラリーが、凝集剤を含有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスラリーの送液方法。
【請求項６】
スラリーポンプの動力により配管内をスラリーが送液されるスラリーの輸送装置であって、
液体成分と、９０％以上が１００μｍ以下の粒度分布を有する粒径が１．４ｍｍ以下の粒子のみで構成された固形成分からなり、前記固形成分の濃度が１５質量％以上で、降伏応力が、４００Ｐａ以下であるスラリーを形成する濃縮装置から前記スラリーが排出される配管に、前記スラリーを暖める加温装置が設置されていることを特徴とするスラリーの輸送装置。
【請求項７】
前記加温装置が、２０℃から４０℃の常温領域の前記スラリーから、スラリー温度が６０℃〜７０℃である加温スラリーを形成する加温装置であることを特徴とする請求項６に記載のスラリーの輸送装置。
【請求項８】
前記濃縮装置が、シックナーであることを特徴とする請求項６に記載のスラリーの輸送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シックナーにより高濃度に濃縮したスラリーを輸送する方法、スラリーを輸送ためのシステムあるいは機器構成に関するものであり、より詳しくは、金属水酸化物または金属酸化物等の固体粒子を含むスラリーを対象としたものであり、シックナーにて濃縮し高濃度かつ高粘度になっている前記スラリーについて、濃度を高い状態に保ったまま、粘度のみを低下させることでスラリーポンプで輸送可能にする方法、そのための装置構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ニッケル酸化鉱石から有価金属を回収する湿式製錬法として、硫酸を用いた高温加圧酸浸出法（Ｈｉｇｈ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ａｃｉｄ  Ｌｅａｃｈ：以下、ＨＰＡＬ法と呼称する場合がある。）が利用されている。
このＨＰＡＬ法は、例えば鉱石スラリーに硫酸を添加し、高温高圧下で浸出して、ニッケル及びコバルトを含む浸出液を得る浸出処理方法である。鉱石スラリーとしては、金属水酸化物や金属酸化物の形態のニッケル酸化鉱石を含有するスラリーが挙げられる。
【０００３】
このＨＰＡＬ法を適用した浸出工程と、得られた浸出液のｐＨを調整し、鉄等の不純物元素を含む中和澱物スラリーと浄液されたニッケル回収用母液を形成する中和工程と、及びそのニッケル回収用母液に硫化水素ガスを供給し、ニッケル・コバルト混合硫化物と貧液を形成する硫化工程とを含む製錬方法が行われている（例えば、特許文献１参照）。
この製錬方法では、浸出工程において、一般的に、鉱石スラリー中のニッケルやコバルトの９０％以上が浸出される。そして、浸出液が分離された後に、中和法により浸出液中の不純物が分離除去され、ニッケル品位が５５〜６０％、コバルト品位が３〜６％程度であるニッケル・コバルト混合硫化物が得られ、ニッケル・コバルト製錬における中間原料として用いられる。
【０００４】
ところで、上述した製錬処理等において用いられるニッケル酸化鉱石等の原料鉱石は、通常、鉱石処理に付されて製錬処理へ装入するために調製されて鉱石スラリーとなり、そしてその鉱石スラリーのかたちで浸出処理等において用いられる。
この原料鉱石の鉱石処理としては、具体的に、原料鉱石に対して解砕処理及び多段階からなる分級（篩分け）処理を施す解砕・分級段階と、スラリー中の固形成分を濃縮する鉱石スラリー濃縮段階とに大別される。
【０００５】
まず、解砕・分級段階では、湿式設備による原料鉱石の解砕処理と、オーバーサイズの鉱石粒子や混入物の除去する分級処理が行われ、アンダーサイズの鉱石粒子からなる粗鉱石スラリーが製造される（例えば、特許文献２参照）。
そして、ここで産出された粗鉱石スラリーには、過剰の水分が含まれているため、次の鉱石スラリー濃縮段階で、過剰に含まれた水分の除去が行われる（例えば、特許文献３参照）。この水分除去により、同じ移送量あたりの鉱石スラリーに含まれる鉱石成分が増加する濃縮スラリーとなるため、プラント全体の操業効率の向上に寄与することになる。
【０００６】
しかしながら、上述したような従来の鉱石処理では、投入される原料鉱石の粒度の変動や解砕処理における解砕度合い等により、鉱石粒子の大きさが変動したり、大小さまざまの鉱石粒子が並存したりする場合があり、その結果、得られる鉱石スラリーの粘度が高くなり過ぎる場合がある。
同様に、後工程で化学反応によって発生する金属水酸化物や金属酸化物などの粒子も、粒子の大きさが変動したり、大小さまざまの粒子が並存したりする場合があり、その結果、得られるスラリーの粘度が高くなりすぎる場合がある。
【０００７】
ところで、スラリーを送液する方法として特許文献４に、その開示があるが、有機化合物であるテレフタル酸と水の混合スラリーを対象としたものであるので、これとは異なって金属製錬で扱う無機化合物であり、しかもビンガムスラリーの性質を有する、金属水酸化物や金属酸化物のスラリーの輸送性を向上させる方法が下記観点からも望まれている。
高粘度になっているスラリーの輸送は、そのスラリー粘度を低下させたのちにスラリーポンプにて送液するか、その高い粘度に対応した、より輸送力の大きなポンプにて送液する方法が挙げられるが、より高濃度のスラリーを、その状態のまま希釈等のスラリー容量を増加させずに送液できるようになれば、製錬所全体の処理流量の減少、製錬所建設コストの低減と製錬所全体の液送に関わる消費動力・ランニングコストの低減が可能になるため、より濃縮されたスラリーを送液するための方法が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３５０７６６号公報
【特許文献２】特開２００９−１７３９６７号公報
【特許文献３】特開平１１−１２４６４０号公報
【特許文献４】特開２００６−１４３６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、金属水酸化物や金属酸化物を粒子として高い濃度で含有する濃縮スラリーを、スラリーポンプにて送液可能にする方法、装置構成を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上述した課題を達成するために鋭意検討を重ねた結果、シックナーにて高い濃度に濃縮されたスラリーについて、従来常温で送液されていたスラリーの温度を高めることで、濃縮スラリーの粘度が低下し、従来送液できないとされてきた高濃度スラリーを送液可能に成ることを見出し、本発明の完成に至った。
【００１１】
本発明の第１の発明は、固形成分と液体成分の混合体であるスラリーの送液方法であって、液体成分と、９０％以上が１００μｍ以下の粒度分布を有する粒径が１．４ｍｍ以下の粒子のみで構成された固形成分からなり、前記固形成分の濃度が、１５質量％以上である前記スラリーを、６０℃〜７０℃の温度範囲に暖めた加温スラリーに形成した後、前記加温スラリーをスラリーポンプの動力により送液することを特徴とするスラリーの送液方法である。
【００１２】
本発明の第２の発明は、固形成分と液体成分の混合体であるスラリーの送液方法であって、前記液体成分と、９０％以上が１００μｍ以下の粒度分布を有する粒径が１．４ｍｍ以下の粒子のみで構成された固形成分からなり、降伏応力が４００Ｐａ以下である前記スラリーを、６０℃〜７０℃の温度範囲に暖めた加温スラリーに形成した後、前記加温スラリーをスラリーポンプの動力により送液することを特徴とするスラリーの送液方法である。
さらに、本発明の第３の発明は、第２の発明における加温スラリーの降伏応力が、加温前のスラリーの降伏応力の５０％以下であることを特徴とするスラリーの送液方法である。
【００１３】
本発明の第４の発明は、第１から第３の発明におけるスラリーが、ニッケル鉱石を解砕、分級して得られた鉱石スラリーであることを特徴とするスラリーの送液方法である。
【００１４】
本発明の第５の発明は、第１から第４の発明におけるスラリーが、凝集剤を含有していることを特徴とするスラリーの送液方法である。
【００１５】
本発明の第６の発明は、スラリーポンプの動力により配管内をスラリーが送液されるスラリーの輸送装置であって、液体成分と、９０％以上が１００μｍ以下の粒度分布を有する粒径が１．４ｍｍ以下の粒子のみで構成された固形成分からなり、前記固形成分の濃度が１５質量％以上で、降伏応力が４００Ｐａ以下であるスラリーを形成する濃縮装置から前記スラリーが排出される配管に、前記スラリーを暖める加温装置が設置されていることを特徴とするスラリーの輸送装置である。
【００１６】
本発明の第７の発明は、第６の発明における加温装置が、２０℃から４０℃の常温領域の前記スラリーを、スラリー温度が６０℃〜７０℃である加温スラリーを形成する加温装置であることを特徴とするスラリーの輸送装置である。
【００１７】
本発明の第８発明は、第６の発明における前記濃縮装置が、シックナーであることを特徴とするスラリーの輸送装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、金属水酸化物や金属酸化物を粒子として含有するスラリーであり、シックナーにより粒子濃度が濃縮されたスラリーを送液可能にする方法、送液可能にする装置構成を提供することができる。そして、このような方法を導入することで、製錬所全体で取り扱うスラリーを濃縮したとしても、必要最小限の輸送力のポンプ、小配管で移送することができ、効率的な操業を行うことを可能にして工業上顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る装置構成を示す概略図である。
【図２】ニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法の工程図である。
【図３】鉱石スラリーの製造方法の工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の具体的な実施形態（以下、本実施の形態という。）について、図面を参照しながら以下の順序で詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
１．高濃度の濃縮スラリーの粘度低減方法。
２．本実施の形態を適用した金属製錬方法（ニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法）。
【００２１】
＜１．高濃度の濃縮スラリーの粘度低減方法＞
本実施の形態に係るスラリーは、破砕した鉱石を水溶液に懸濁したものや、水溶液にアルカリを添加して粒子を析出させたものが挙げられる。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係る濃縮スラリーの送液に適用する高濃度の濃縮スラリーの粘度低減方法を実施する装置構成を示す概略図である。
１０はシックナー、１０Ａはシックナー缶体、１１はモーター、１５はスラリー流入口、１６はオーバーフロー流出口、１７はアンダーフロー流出口、２０は加温装置、Ｓinは粗鉱石スラリー、ＯＦはオーバーフロー、ＵＦはアンダーフロー（鉱石スラリー：高濃度スラリー）、２０は加温装置、２１はアンダーフローライン（配管）、Ｓoutは加温スラリーである。
具体的なスラリーの粘度低減方法の実態様は、スラリーを濃縮するシックナー１０のアンダーフローライン２１に、スラリー加温のための加温装置２０を配置し、シックナーで分離された高い粒子濃度の濃縮スラリーの加温を行うもので、具体的にはスチームトレースによる加熱ヒーターや、スタティックミキサーによる蒸気加熱、熱交換器による間接加熱などから適宜選択して行うが、粘度の大きなスラリーを連続して加温可能な方法であれば、これらに限定されるものではない。
【００２３】
ここで、シックナー１０から流出されるアンダーフロー成分の濃縮スラリーは、スラリー中の固形成分割合を示すスラリー濃度が、１５質量％以上のスラリーであって、好ましくは５０質量％以下、例えば４５質量％前後の濃縮スラリーに本実施の形態は対応可能である。
このようなスラリー濃度の高い濃縮スラリーにおいて、配管内をスラリーポンプからの圧力により送液される際に送液のし易さを示す指標としては、物体の粘度を用いることができるが、粘度そのものでは、配管の形状因子（管径や配管長など）に影響されて数値が変ることから、送液されるスラリーの物性とスラリーポンプの能力との関係を示すことは容易ではない。
【００２４】
そこで、共軸二重円筒型粘度計で、スラリーによる粘性動摩擦トルクＴを観察し、スラリーの粘性摩擦抵抗に相当する「ずり応力Ｓ［Ｐａ］」を下記（１）式により算出する。
従って、降伏応力τｙは下記（２）式により求められる。なお、Ｒｂは内筒回転体の外径の１／２［ｍ］、ｈは内筒回転体の長さ［ｍ］である。
【００２５】
【数１】
2020041171.tif 000003
【００２６】
このスラリーの降伏応力から輸送に必要な動力、即ち、スラリーポンプの能力を以下のように求めている。
ここで、一般に鉱石スラリーは非ニュートン流体の中でもビンガム流動の特性を示すものであり、ビンガム流動の特性をもつ流体（以下ビンガム流体と称する）は、一般に、せん断速度が０［１／ｓ］であるとき、降伏応力以上の外力を加えないと流動せず固体のような振舞いを示す。このビンガム流体に降伏応力以上の外力を加えると、流動化が始まり、流体としての性質を示すようになる。また一般に、ビンガム流体はせん断速度が大きくなればなるほど粘度が低下する、シアシニング効果と呼ばれる性質を有している。
【００２７】
従って、本実施の形態では配管中でスラリーに作用するせん断速度による「シアシニング効果」の影響を正しく考慮するため、共軸二重円筒型粘度計の測定結果から求めた降伏応力（上記（２）式）から、下記（３）式に示す換算式を用いて、配管中を流れる鉱石スラリーの見かけ粘度μ［Ｐａ／ｓ］を算出した。
【００２８】
【数２】
2020041171.tif 000004
【００２９】
ここで、μは粘度［Ｐａ／ｓ］、τｙは降伏応力［Ｐａ］、τｗは液面せん断応力［Ｐａ］、Ｖは管内平均流速［ｍ／ｓ］、Ｄは配管内径［ｍ］、Ｌｅは配管相当長［ｍ］、ΔＰは摩擦圧力損失［Ｐａ］を表している。
次に、求めた見かけ粘度μと、鉱石スラリーの密度ρ［ｋｇ／ｍ３］とを用いてレイノルズ数Ｒｅを下記（４）式により求める。
【００３０】
【数３】
2020041171.tif 000005
【００３１】
ここで、レイノルズ数は、流体が層流の状態か乱流の状態かを判別するための無次元数であり、水などのニュートン流体の場合は一般にＲｅ＝２０００〜２３００が層乱流の閾値とされるが、ビンガム流体の場合はこの閾値が低くなる傾向にあり、本実施の形態では閾値をＲｅ＝１０００としている。
次に配管摩擦圧力損失ΔＰｆｒｉｃを下記（５）式の「ダルシー・ワイスバッハの式」を用いて計算する。
【００３２】
【数４】
2020041171.tif 000006
【００３３】
ここで、λは摩擦係数とよばれ、層流の場合、λ＝６４／Ｒｅで解析的に求められているが、乱流の場合、解析的に求めることができないことから数々の実験式が提案されている。本実施の形態では、乱流の場合、比較的粗い管内壁をもつ系に対して精度が良いとされる下記（６）式に示す「コールブルックの式」を用いてλを求める。
【００３４】
【数５】
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【００３５】
ここで、εは管内面の絶対粗度［ｍｍ］を表し、以上の計算式および手順により、摩擦圧力損失が求められる。
【００３６】
次に、スラリーポンプの必要圧力と消費電力の計算手順を説明する。
ポンプに求められる必要エネルギーは、全必要圧力をＰａｌｌ、摩擦圧力損失をΔＰｆｒｉｃ、落差項をΔＰｈ、速度項をΔＰＶとすると、下記（７）式により計算される。
【００３７】
【数６】
2020041171.tif 000008
【００３８】
ここで、ΔＰｈ及び△ＰＶは、それぞれ下記（８）式により求められる。ｇは重力加速度［ｍ／ｓ２］、ΔＨは揚程［ｍ］である。
【００３９】
【数７】
2020041171.tif 000009
【００４０】
したがって、ポンプ必要軸動力Ｐａｘ［Ｗ］は、ポンプの代表的性能を表す効率η１［％］を考慮して下記（９）式により計算される。
最後にポンプの消費動力の予想値Ｐｍ［Ｗ］は下記（１０）式により計算される。
【００４１】
【数８】
2020041171.tif 000010
【００４２】
ここで、Ｑは流量［ｍ３／ｈｒ］、ｅはポンプを設計する際に設定する余裕率［％］で、η２はモーターから軸に伝わるエネルギーの伝導効率である。
【００４３】
上記（１）〜（１０）式から、スラリー濃度が高い濃縮スラリーの降伏応力を小さな値にすることで、配管内を容易に送液できることが分かる。降伏応力を低下させるには、スラリーを加温することでスラリー温度を上昇させるのが有効であり、これによってシックナーのアンダーフローのような濃縮スラリーも低能力のポンプで容易に送液できるようになる。
その加温条件は、加温に供されるシックナー１０からアンダーフロー成分として排出される濃縮スラリーの温度を、常温（２０℃から４０℃）から６０℃〜７０℃に暖めるものである。
【００４４】
このような加温条件内では、濃縮スラリーの降伏応力は、加温前後で応力比が０．５以下になり、濃縮スラリーの移送が容易となる。応力比が０．５を超えていくとスラリーポンプには、より高い性能が要求されるため、ポンプの調達が難しくなる。
以上の濃縮スラリーの性質やスラリーポンプの性能を考慮すると、本実施の形態で使用可能な濃縮スラリーは、配管内送液をするには、降伏応力の最大が２００〜４００［ＭＰａ］で、スラリー濃度が１５質量％以上で、望ましくは５０質量％以下、例えば４５質量％前後のスラリー濃度を示す濃縮スラリーが適切である。
【００４５】
＜２．金属製錬方法（ニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法）＞
そこで、次に、上述した鉱石スラリーの製造方法により製造した鉱石スラリーを用い、ＨＰＡＬ法によりニッケル酸化鉱石からニッケル及びコバルトを回収する湿式製錬方法について説明する。
【００４６】
図２に、ニッケル酸化鉱石の高温加圧酸浸出法による湿式製錬方法の工程図の一例を示す。図２に示すように、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法は、ニッケル酸化鉱石を解砕・分級し、スラリー中の固形成分を濃縮して鉱石スラリーを製造する鉱石スラリー製造工程Ｓ２１と、得られた鉱石スラリーからニッケル及びコバルトを浸出する浸出工程Ｓ２２と、得られた浸出スラリーから浸出液と浸出残渣とに固液分離する固液分離工程Ｓ２３と、浸出液を中和しニッケル回収用の母液と中和澱物スラリーとに分離する中和工程Ｓ２４と、母液である硫酸に硫化水素ガスを吹き込んで硫化反応を行いニッケルを含む硫化物と貧液とを得る硫化工程Ｓ２５とを有する。以下、各工程についてより具体的に説明する。
【００４７】
（鉱石スラリー製造工程）
鉱石スラリー製造工程Ｓ２１では、まず、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石を解砕し、所定の分級点で分級し、分級して得られたアンダーサイズの鉱石粒子と水からなる粗鉱石スラリーを製造する。そして、得られた粗鉱石スラリーから固液分離処理により水分を除去して固形成分（鉱石成分）を濃縮することによって、鉱石スラリーを製造する。
【００４８】
より具体的に、図３に示す本実施の形態に係る金属製錬方法における鉱石スラリー製造工程Ｓ２１は、原料鉱石を解砕し、所定の分級点で分級してオーバーサイズの鉱石粒子を除去し、アンダーサイズの鉱石粒子と水からなる粗鉱石スラリーを得る解砕・分級工程Ｓ１と、解砕・分級工程にて得られた粗鉱石スラリーの粒度を測定する粒度測定工程Ｓ２と、粗鉱石スラリーを固液分離装置に装入し、粗鉱石スラリーに含まれる水分を分離除去して鉱石成分を濃縮する鉱石スラリー濃縮工程Ｓ３を経ることで、本実施の形態に係る所定の９０％以上が１００μｍ以下の粒度分布を有する粒径が１．４ｍｍ以下の粒子のみで構成された固形成分と液体成分とを有するスラリー濃度が高い濃縮された鉱石スラリーを作製する。
さらに、鉱石スラリー濃縮工程Ｓ３を経て得られた、この高濃度に濃縮された鉱石スラリーは、次工程までの間に送液ライン（配管）の途中で、図１、符号２０の加温装置を通過する際に加温処理を行うスラリー加温処理工程Ｓ４において、スラリー濃度を、加温処理を受ける前後で変化させずに維持したまま、即ち、高いスラリー濃度のまま、送液が容易な降伏応力を示す濃縮スラリー（加温スラリー）に変換されてスラリーポンプ（移送ポンプ）を介して浸出工程Ｓ２２へ移送される。
【００４９】
そして、この鉱石スラリー製造工程Ｓ２１では、粒度測定工程Ｓ２にて測定された粗鉱石スラリーの粒度が所定値を下回った場合に、解砕・分級工程Ｓ１にて除去されたオーバーサイズの鉱石粒子の一部を、鉱石スラリー濃縮工程Ｓ３における固液分離装置に装入添加する。
【００５０】
このような鉱石スラリーの製造工程Ｓ２１によれば、スラリー粘度の上昇を抑制した鉱石スラリーを製造することができ、一般的な移送ポンプ等を用いて、移送不良等を生じさせることなく、次工程の浸出工程に効率的に移送することができる。
【００５１】
鉱石スラリー製造工程Ｓ２１にて製造する鉱石スラリーのスラリー濃度（固形成分濃度）としては、特に限定されるものではないが、１５〜４５質量％、あるいは４５〜５０質量％といった目標を定めて調製することが好ましい。
【００５２】
（浸出工程）
浸出工程Ｓ２２では、鉱石スラリー製造工程Ｓ２１にて得られた鉱石スラリーに硫酸を添加し、２２０℃〜２８０℃の温度下で撹拌処理して、浸出液と浸出残渣とからなる浸出スラリーを形成する。浸出工程Ｓ２２では、例えば高温加圧容器（オートクレーブ）が用いられる。
【００５３】
具体的に、浸出工程Ｓ２２においては、下記の式（Ａ）〜（Ｅ）で表される浸出反応と高温熱加水分解反応が生じ、ニッケル、コバルト等の硫酸塩としての浸出と、浸出された硫酸鉄のヘマタイトとしての固定化が行われる。ただし、鉄イオンの固定化は完全には進行しないため、通常、得られる浸出スラリーの液部分には、ニッケル、コバルト等の他に２価と３価の鉄イオンが含まれる。
【００５４】
【数９】
2020041171.tif 000011
【００５５】
浸出工程Ｓ２２における硫酸の添加量は、特に限定されるものではなく、鉱石中の鉄が浸出されるような過剰量が用いられる。例えば、鉱石１トン当り３００〜４００ｋｇとする。鉱石１トン当りの硫酸添加量が４００ｋｇを超えると、硫酸コストが大きくなり好ましくない。
【００５６】
（固液分離工程）
固液分離工程Ｓ２３では、浸出工程Ｓ２２で形成される浸出スラリーを多段洗浄して、ニッケル及びコバルトを含む浸出液と浸出残渣とを得る。
【００５７】
固液分離工程Ｓ２３における多段洗浄方法としては、特に限定されるものではないが、ニッケルを含まない洗浄液で向流に接触させる連続向流洗浄法（ＣＣＤ法：Ｃｏｕｎｔｅｒ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｄｅｃａｎｔａｔｉｏｎ）を用いることが好ましい。これによって、系内に新たに導入する洗浄液を削減できるとともに、ニッケル及びコバルトの回収率を９５％以上とすることができる。
【００５８】
（中和工程）
中和工程Ｓ２４では、固液分離工程Ｓ２３にて分離された浸出液の酸化を抑制しながら、その浸出液のｐＨが４以下となるように炭酸カルシウムを添加し、ニッケル回収用の母液と３価の鉄を含む中和澱物スラリーとを形成する。中和工程Ｓ２４では、このようにして浸出液の中和処理を行うことで、高温加圧酸浸出による浸出工程Ｓ２２で用いた過剰の酸の中和を行うとともに、溶液中に残留する３価の鉄イオンやアルミニウムイオン等を除去する。
【００５９】
中和工程Ｓ２４において調整する浸出液のｐＨは、上述のように４以下とし、好ましくは３．２〜３．８とする。浸出液のｐＨが４を超えると、ニッケルの水酸化物の発生が多くなる。
【００６０】
また、中和工程Ｓ２４においては、溶液中に残留する３価の鉄イオンの除去に際し、溶液中に２価として存在する鉄イオンを酸化させないことが好ましい。そのため、例えば空気の吹込み等による溶液の酸化を極力防止することが好ましい。これにより、２価の鉄の除去に伴う炭酸カルシウム消費量と中和澱物スラリーの生成量の増加を抑制することができる。すなわち、中和澱物スラリー量の増加による澱物へのニッケル回収ロスを抑えることができる。
【００６１】
また、中和工程Ｓ２４で得られる中和澱物スラリーを、必要に応じて固液分離工程Ｓ２３へ送ることができる。これによって、中和澱物スラリーに含まれるニッケルを効果的に回収することができる。具体的には、中和澱物スラリーを、中和工程Ｓ２４よりも低いｐＨ条件で操業される固液分離工程Ｓ２３へ繰返すことによって、浸出残渣の洗浄と同時に中和澱物の付着水と中和澱物表面での局所反応により生成した水酸化ニッケルの溶解を促進させることができ、中和澱物の付着水を浸出液中に回収することもできる。よって、回収ロスとなるニッケル分を低減することができる。
【００６２】
中和工程Ｓ２４における反応温度としては、５０℃〜８０℃程度とすることが好ましい。反応温度が５０℃未満では、形成される３価の鉄イオンを含む中和澱物が微細となり、その分離が難しくなる。一方、反応温度が８０℃を超えると、装置材料の耐食性の低下や加熱のためのエネルギーコストの増大を招く。
【００６３】
（硫化工程）
硫化工程Ｓ２５では、中和工程Ｓ２４において得られたニッケル回収用の母液である硫酸水溶液に硫化水素ガスを吹き込んで硫化反応を生じさせ、ニッケルを含む硫化物と貧液とを生成する。
【００６４】
母液は、上述のように鉱石スラリーを浸出して得られた硫酸であり、中和工程Ｓ２４を経て得られたものである。具体的には、例えば、ｐＨが３．２〜４．０で、ニッケル濃度が２〜５ｇ／Ｌ、コバルト濃度が０．１〜１．０ｇ／Ｌであり、また不純物成分として鉄、マグネシウム、マンガン等を含む硫酸である。不純物成分の含有量は、浸出の酸化還元電位、オートクレーブの操業条件、及び鉱石品位により大きく変化するが、一般的に鉄、マグネシウム、マンガンがそれぞれ数ｇ／Ｌ程度含まれている。ここで、不純物成分は、回収するニッケル及びコバルトに対して比較的多く存在するが、鉄、マンガン、アルカリ金属、マグネシウム、及びその他のアルカリ土類金属は、硫化物としての安定性が低いので、生成する硫化物には含有されることはない。
【００６５】
また、母液中に亜鉛が含まれる場合には、硫化反応によりニッケル等を硫化物として生成させる処理に先立って、亜鉛を硫化物として選択的に分離する処理を行うことができる。この亜鉛を選択分離する処理としては、添加する硫化剤を少量に制限することによって、亜鉛と比較して濃度の高いニッケルの共沈を抑制し、亜鉛を選択的に除去する。
【００６６】
硫化工程Ｓ２５においては、不純物含有の少ないニッケルを含む硫化物とニッケル濃度を低い水準で安定させた貧液とを生成して回収する。具体的には、硫化反応により得られた硫化物のスラリーをシックナー等の沈降分離装置を用いて沈降分離処理することによって、沈殿物である硫化物をシックナーの底部より分離回収し、水溶液成分である貧液はオーバーフローさせて回収する。なお、この貧液は、ｐＨが１〜３程度であり、硫化されずに残る鉄、マグネシウム、マンガン等の不純物元素を含んでいる。
【００６７】
この硫化工程Ｓ２５においては、平均粒径を所定の大きさ以上となるように調整したニッケルを含む硫化物（ニッケル硫化物）を種晶としてニッケル回収用の母液中に添加することもできる。これにより、硫化反応により生成した硫化物スラリーを沈殿物である硫化物と貧液とに分離する沈降分離処理に際して、オーバーフロー液中におけるニッケルを含む微細な浮遊固形分の含有量を低下させ、硫化物として沈殿形成するニッケル分を増加させ、ニッケルの回収ロスを低減させることができる。
【００６８】
種晶となるニッケル硫化物の添加量としては、母液に含まれるニッケル量に対し、４〜６倍のニッケル量に当たる添加量とすることが好ましい。これにより、反応容器内面への生成硫化物の付着を抑制することができるとともに、貧液中のニッケル濃度をより一層に低い水準で安定させることができる。
【００６９】
また、この種晶として添加するニッケル硫化物は、硫化工程Ｓ２５において生成され沈降分離処理を経て回収された後、平均粒径が所定の大きさ以上となるように分級処理等により粒径調整された硫化物が好ましい。なお、必要に応じて、分級処理に先立ち、硫化物を粉砕する処理を行ってもよい。
【実施例】
【００７０】
以下に本実施の形態についての実施例を詳細に説明するが、本実施の形態は下記の実施例に限定されるものではない。
【００７１】
（送液試験）
休止中のシックナー設備を用い、そのアンダーフローラインの一部に、加熱ヒーターを加温源とする加温装置を設置し、上流側より下記実施例１〜３、比較例１、２のいずれかに係る各スラリーを、その加温装置に送り込み、所定の加温を実施しながら、備え付けの輸送ポンプで、その加温されたスラリー（加温スラリー）を吸引して配管への送液状態を形成し、約２４時間の送液を実施し、配管の詰まり具合を観察、評価した。
【実施例１】
【００７２】
ニッケル酸化鉱石を水と混合してスラリーとした後に、含有される１．４ｍｍ以上の粒径を有する塊を除去し、分級することによって９０％以上が１００μｍ以下の粒度分布を有する粒径が１．４ｍｍ以下の粒子のみで構成された固形成分を５０質量％有し、残りは液体である供試材となるスラリーＡを作製した。
次に、そのスラリーＡを加温してスラリー温度が６０℃〜７０℃に成るように調節して送液試験に供給した。
その結果、送液を開始してから２４時間が経過した時点でも、送液したスラリーに詰まりは発生せずに送液することが出来た。
【実施例２】
【００７３】
実施例１において、ニッケル酸化鉱石の含有量を４５質量％に調節した以外は、同じ条件でスラリーＢ及び、加温スラリーＢＨを作製し、送液試験に供した。
その結果、送液を開始してから２４時間が経過した時点でも、送液したスラリーによる詰まりは発生せずに送液することが出来た。
【実施例３】
【００７４】
実施例２よりも更に少なく、１５質量％のニッケル酸化鉱石を含有した以外は、実施例１と同じ条件でスラリーＣ、及び加温スラリーＣＨを作製し、送液試験に供した。
その結果、送液を開始してから２４時間が経過した時点でも、送液したスラリーに詰まりは発生せずに送液することが出来た。
【００７５】
（比較例１）
実施例１において、スラリーＡを加温せずに、常温の状態で送液試験に供した。
その結果、送液を開始してから、６時間で配管に詰まりが生じたため、送液を停止した。
以上の結果を纏めて表１に示す。
【００７６】
【表１】
2020041171.tif 000012
【実施例４】
【００７７】
ニッケル酸化鉱石を水と混合してスラリーとした後に、含有される１．４ｍｍ以上の粒径を有する塊を除去し、分級することによって９０％以上が１００μｍ以下の粒度分布を有する粒径が１．４ｍｍ以下の粒子のみで構成された固形成分に水（液体）を加え、降伏応力が４００［Ｐａ］のスラリーＤを作製した。
次に、そのスラリーＤを加温してスラリー温度が６０℃〜７０℃に成るように調節して送液試験に供給した。
その結果、送液したスラリーは配管に詰まりを発生させずに、用意した全量を送液することが出来た。なお、加温後の降伏応力は２００［Ｐａ］であった。
【００７８】
（比較例２）
実施例４で使用したスラリーＤを、加温せずに送液試験を行なった。その結果、送液を開始してから、１分以内に配管に詰まりが生じたため、送液を停止した。
【符号の説明】
【００７９】
１０    シックナー
１０Ａ  シックナー缶体
１１    モーター
１５    スラリー流入口
１６    オーバーフロー流出口
１７    アンダーフロー流出口
２０    加温装置
２１    アンダーフローライン（配管）
Ｓin    粗鉱石スラリー
ＯＦ    オーバーフロー
ＵＦ    アンダーフロー（鉱石スラリー：濃縮スラリー）
Ｓout    加温スラリー
【図１】
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【図２】
2020041171.tif 000014
【図３】
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