(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
a) ニッケル含有鉱と濃硫酸の混合物から少なくとも1つのヒープを形成すること；b) 0.1％〜20％硫酸の浸出溶液を上記ヒープの頂部に最初の平均流量で導入して、浸出液をヒープ底部に生成させること；およびc) 工程(b)からの浸出液産生物を処理プラントに直接送給するための生成物液集水孔内に送ってニッケル価値物を実質的に抽出することを特徴とするラテライト鉱からニッケルを浸出させるためのヒープ浸出方法の操作方法。
【請求項２】
ラテライト鉱が少なくとも10質量％のクレー成分を含有する請求の範囲第1項記載の方法。
【請求項３】
ラテライト鉱が2.54 cm未満の平均粒度を有する請求の範囲第2項記載の方法。
【請求項４】
上記鉱石と濃硫酸の混合物を、a) ラテライト鉱を2.54 cm未満の平均粒度を有するように細粒化すること；b) 細粒化鉱石を濃硫酸と混合すること；およびc) 細粒化鉱石を凝集させて3350ミクロン〜2.54 cm範囲の平均粒度を有する凝集粒子を生成させることによって調製する請求の範囲１記載の方法。
【請求項５】
凝集粒子を養生させる工程をさらに含む請求の範囲第4項記載の方法。
【請求項６】
硫酸をヒープの頂部に少なくとも10 l/hr/m2の流量で導入する請求の範囲第1項記載の方法。
【請求項７】
硫酸をヒープの頂部に少なくとも20 l/hr/m2の流量で導入する請求の範囲第5項記載の方法。
【請求項８】
浸出溶液が硫酸を加えた海水からなる請求の範囲第1項記載の方法。
【請求項９】
複数のヒープを、先導ヒープと時間差ヒープを構成するように形成する請求の範囲第1項記載の方法。
【請求項１０】
ヒープの1つを鉄沈降反応器として使用する請求の範囲第７項記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つのヒープが、最終pH調整および鉄沈降用の床岩物質を含む請求の範囲第1項記載の方法。
【請求項１２】
床岩物質を300〜800℃の温度で焼成させる請求の範囲第１１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、ニッケル含有鉱を浸出処理してニッケルを回収するためのヒープ(heap:積重ね体)浸出の操作方法に関する。詳細には、本発明は、実質的なクレー成分(即ち、10質量％以上のクレー)を含むニッケル含有鉱のヒープ浸出方法に関する。さらに詳細には、本発明は、実質的なクレー含有量を有するニッケル含有ラテライト鉱の経済的なヒープ浸出方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
ラテライト鉱堆積物は、より高品位の硫化物堆積物が好まれたため、歴史的に見過ごされてきたが、豊富な低品位ニッケル鉱資源である。現在、容易に採鉱される硫化物鉱体は枯渇し始めており、これら硫化物鉱処理の環境的懸念の増大と相まって、ラテライト堆積物は世界的なニッケルおよびコバルトの益々重要な資源となるであろう。
今日まで、ラテライト鉱からのニッケル抽出方法は、費用高でおよび/またはエネルギー集約的な方法に限られていた。例えば、ラテライト鉱を溶融製錬することは知られているが、これは全くエネルギー集約的である。また、ラテライト鉱を硫酸により加圧浸出させることも知られているが、これは費用高なオートクレーブ、フラッシュタンク等を必要とし高度に腐食性である。従って、ラテライト鉱からの経済効率的なニッケル取得方法が求められている。
ヒープ浸出は、低品位鉱から金属類を経済的に抽出させる一般的方法である。一般に、ヒープ浸出は、鉱石堆積物から直接採取した原料鉱を高さの変わるヒープとして積重ねることを単純に含む。浸出用溶液(浸出剤)をヒープの頂部に導入し、ヒープを通して下方に浸透させる。流出液は、例えば、ヒープの下の基部表面上に配列した穿孔ドレインパイプを通る。これらのドレインパイプにより、流出液を処理プラントへの輸送用ヘッダーに向わせ、処理プラントにおいて金属価値物を流出液から分離し回収する。
ヒープ浸出は銅、金、銀およびウランのような金属価値物の回収に成功裏に使用されているけれども、ヒープ浸出方法は、実質的なクレー成分を含有する特定のラテライト鉱からのニッケル回収については提案されていない。特異的なクレー鉱については一般的な意味以外に、“クレー”は、粒度(particle size)の意味も含む。John Bichard (Oil Sands, Composition and Behaviour, Alberta Oil Sands Technology and Research Authority, Edomonton 1987, pp. 3-7)によれば、“クレー”は、粒度325メッシュ未満(<44ミクロン)の物質としてしばしば定義されている。
【０００３】
クレー鉱類は、多くの共通の特徴を有する。それらの構造的分類は、4面または8面配位カチオンを含む諸成分からの複合層蓄積に基づく。殆どのクレー鉱は微細粒状化凝集物中の板状粒子として生じ、水と混合したとき、変動度合の可塑性を有する物質が得られる。クレー鉱類は４つの多層型鉱物群に一般に分類され、それらは、カオリナイト、スメクタイト(モンモリロナイト)、バーミキュライトおよびイライトである。クレー鉱類の化学組成は、主として、アルミニウムまたはマグネシウムの水和ケイ酸塩鉱である。
クレー鉱形成のタイプは、親岩石およびクレー形成の物理化学環境に依存している。例えば、斑岩銅鉱物形成に関連するクレー鉱は、ラテライトニッケル鉱物形成に関連するクレー鉱と明確に異なる。斑岩銅に関連するクレー鉱は、基本的には酸性の中間岩石(高シリカ)であり、強力な水熱変換を受けてカオリナイト、イライトおよびモンモリナイトを形成する。対照的に、ニッケル腐食岩石(saprolite)とカッ鉄鉱に関連するクレーは、塩基性または超塩基性のような比較的不安定な親岩石(低シリカ)の表面近くの風化により形成される。
【０００４】
一般に、殆どのニッケル-コバルトラテライト堆積物は、形態学、鉱物学および化学組成に基づく3つの主要領域を含有していることが判明している。基岩から表面頂部風化親床岩物質までのこれら3つの領域は、腐食岩石領域、転移領域およびカッ鉄鉱領域であり、堆積物全体の厚さおよび個々の領域厚さにおいて大きく変動している。腐食岩石領域は、3つの別々の領域：岩状腐食岩石、腐食岩石および鉄分含有腐食岩石からなっている。この腐食岩石領域は、“腐食岩石性蛇紋石”および1983年、英国ロンドンのDeer, Howie and Zussman; Longman Group Limitedによる“An introduction to the Rock Forming Minerals”に定義されているセプトクロライト(septochlorite)鉱物群に属する多種のニッケル-マグネシウム鉱から主としてなっている。セプトクロライト類(一般化学式：A8(B4O10)(OH)8、式中、AはMg、Fe、Niおよび/またはAlを示し、BはSi、Feおよび/またはAlを示す)は蛇紋石様の複数層に特徴を有し、各層は、トリ-8面体水滑石タイプ(MgO)化合物が結合した4面体(SiAl)2O5成分を有する。種々の配列の層積重ねがあり得、これらの配列により、多層化した粘土質構造がラテライト堆積物に与えらていれる。超塩基性床岩(低ニッケル(〜0.2%)および高(〜5％)鉄分含有マグネシウムカンラン石鉱)の風化過程即ち蛇紋石化は、超塩基性床岩内でのMgの減少とNiおよびFeの増加に特徴を有する。得られる腐食岩石領域は、0.5〜4％のニッケルを含有している。
【０００５】
明確には形成されていない転移領域は、ノントロナイト(nontronite)タイプのクレー類(スメクタイト群)と石英から本質的になる。転移領域も1.0〜3.0％範囲のNiを普通含有し、共存するCoは0.08％から1％Coの範囲にある(ゴス、水和酸化マンガンを伴って)。カッ鉄鉱領域(0.5〜1.8％範囲のニッケルを含む)は、上層の赤鉄鉱リッチ部分と下層の針鉄鉱リッチ部分からなり、Fe、AlおよびCrに富んでいる。時には、その風化は十分に完了していず、赤鉄鉱または針鉄鉱リッチ部分のいずれかが存在しない。また、気候条件にもよるが、カッ鉄鉱領域は、ニッケル含有のクロライトのような残留鉄-アルミニウムシリケートを依然として含有するであろう。
ラテライト化過程は、温暖で湿潤性の良好な排水環境が一般的である熱帯または亜熱帯環境において主として起る。この過程は、カンラン石および輝石の緩慢な溶解(これら鉱物の微細分裂および粒子境界に沿う)によって起り、通常マグネシウムのような可溶性金属を除去し、とりわけ蛇紋石においては多孔質のケイ酸塩(蛇紋石)、シリカ(玉髄、トリジマイト)および鉄の骨格(ふるい組織)、箱状組織(box-work)または時にはいわゆるメッシュ組織を残す。
熱帯の湿期-乾期気候においては、クレー形成は、貧弱な排水および高pH環境に基づきより普遍的である。さらに、排水が貧弱である地域においては、緑色を帯びた鉄リッチのシリカゲルが先ず形成され、このゲルの再結晶化が経時的に生じてノントロナイト(Fe-スメクタイト、またはグリーナライト)、ヘクトライト(Ni-スメクタイト)およびサポナイト(Mg-スメクタイト)を形成する。ノントロナイト鉱プロフィールは、長期の乾期を伴う気候、例えば、象牙海岸、西オーストラリアニッケル堆積帯、キューバ、ブラジル楯状地においては極めて普通である。非晶質の鉄-ニッケルリッチシリカゲルは、ブロング(Bulong)およびムリン ムリン(Murrin Murrin)ニッケル堆積物のような種々の西オーストラリア堆積物において極めて普通である。これらのシリカゲルは、酸性溶液にゆっくりではあるが容易に可溶性である。
【０００６】
ラテライト鉱の透過性は、鉱物出現のタイプ、鉱物形態学および粒度によって大きくコントロールできることが判明している。ラテライト鉱の鉱物学はかなり複雑であり堆積物間で広く変動し得るけれども、世界のラテライト系ニッケル堆積物、例えば、フェリクリート(ferricrete)地平面内の酸化鉄類のウーライトおよびピソライト(pissolite)、蛇紋石のメッシュまたはふるい組織、玉髄石英の骨格またはふるい組織および酸化鉄類において鉱物形態学の幾つかの共通性または類似性が存在する。これらの形態学的特徴は、溶液の浸透性を助長し、個々の鉱物の物理的安定性を維持している。ノントロナイトの透過性挙動に関する実験データは入手できないけれども、ノントロナイトは他のスメクタイトクレーと同様な諸特性を有することが予期できる。
しかしながら、ラテライト鉱中のノントロナイトは、シリカ箱状組織、先駆体シリカゲル、およびゲルとノントロナイトの中間の転移性非晶質化合物を伴って通常生ずる。沈降シリカゲルのこの鉱物形態学は、斑岩銅鉱石堆積物においては一般に見出されていない。
銅鉱石をヒープ浸出ことは単位操作として周知であるけれども、若干のクレー成分も含有する銅含有鉱と実質的なクレー成分を含むラテライト鉱のヒープ浸出においては幾つかの相違点が存在する。
【０００７】
実質的なクレー成分を含むそのようなニッケル含有鉱の例を下記の表に提示し、数種のラテライト鉱のレオロジー特性を示す。
【表１】
0004785319.tif 000002
鉱石スラリーの高降伏強度と粘度は、高圧浸出または大気圧浸出操作において不適切な撹拌を生じ得る。
さらに、これらの鉱石は、下記の粒度(particle size)分布を有し得る。
【表２】
0004785319.tif 000003
上記の表は、カッ鉄鉱および腐食岩石ニッケル鉱の双方が有意量の極めて微細な鉱物と有意のクレー分を含有していること明らかに示唆している
【０００８】
米国特許第5,571,308号は、腐食岩石のような高マグネシウム含有ラテライト鉱のヒープ浸出方法を記載している。この米国特許は、“クレータイプ”の腐食岩石が濾過中に貧弱な透過性しか示さなかったことを指摘している。この問題の解決として、この米国特許は、鉱石のペレット化がヒープ全体に亘っての液-薬剤の均一な分布を確保すると共に重力流に耐えるに十分な形状一体性のペレットを与えなお且つヒープ全体に亘っての薬剤溶液の注流(イリゲーション)または浸透のための所望透過性を確実にするための重要な手段であると特記している。その報告された注流量は、通常の銅および金ヒープ浸出基準の上限である10 l/hr/m2である。ニッケルラテライト類は、可溶性マグネシウム分のため、むしろ高い酸消費量(銅鉱石1トン当り約10 kgに対し、鉱石1トン当り数100kg)を要し、低流量ヒープ浸出は長時間を要し得るであろう。例えば、ニッケルラテライト鉱のヒープ浸出は、適正なニッケル抽出(>80%)を得るのに上記の浸透流量において2〜5年ほどの長期を要する。従って、ニッケル浸出動力学の促進は、ニッケルラテライト鉱のヒープ浸出の技術的経済的成功のための重要な事項である。
硫酸による周囲温度でのラテライト類のヒープ浸出は、Heap Leaching of Poor Laterites by Sulphuric asid at Ambient Temperature, S. Agatzini, et al., Hydrometallurgy 1994, Institution of Mining and Metallurgy, London, 1994 page 193-208において報告されている。この文献においては、ラテライト鉱は、下記の粒度分布を有している：
【表３】
0004785319.tif 000004
【０００９】
そのように、上記の鉱石は粗く、従って微造粒化されていないので極めて強靭で、従って、多量のクレーを全く含有していないことが理解できる。さらに、上記の鉱石は、ニッケルクロライト、赤鉄鉱、石英、クロマイト、並びに少量のタルク、イライトおよびダイアスポアからなっている。上記鉱石は、ピソライト組織に特徴を有し、ピソライトはペリオモルヒック(peliomorhic)赤色マトリックス内にある微結晶赤鉄鉱凝集物からなる。そのマトリックスは、クロライトと微分散赤鉄鉱に囲まれた石英とクロマイト粒子から主としてなり、副次的にイライトとダイアスポアを含む。この強靭岩石は、報告されているとおり、ノントロナイト、サポーナイトおよびヘクトライト同様に、膨潤性スメクタイトタイプのクレーを何ら含有しない。また、上記の鉱石は有意量の石灰石(5.68%のCaO)を含有しており、この石灰石は、一般に、典型的なニッケルラテライトにおいては数100 ppm以上の量では決して存在しない。さらにまた、上記鉱石は、典型的なニッケルラテライト鉱においては常に容易に存在している針鉄鉱をも含有していない。即ち、上記論文は、実質的なクレー成分を含有するニッケル含有鉱のヒープ浸出の使用に対応していない。
ラテライト鉱を乾式に積み重ねる場合、浸出溶液の浸透は貧弱或いは不可能であることが報告されている。この貧弱な浸透現象は、浸出溶液によって湿潤されたときに膨潤して、確立されている多孔性を閉塞させるクレー成分の吸収特性の結果であると説明されている。貧弱な透過性故に、浸出溶液がニッケルを効率的に浸出し得るためには低注流速度を必要とし、従って、浸出は望ましくない長期間を要する。
【００１０】
（発明の開示）
本発明の方法は、ニッケル含有鉱を濃酸で予備処理して微細クレー粒子を物理的および/または化学的に凝集させることによって上記問題を解決する。濃酸はクレー鉱物および金属ケイ酸塩を破壊し且つシリカゲルを可溶化し、再沈降したシリカおよび沈降した金属硫酸塩が結合剤として作用し、養生時にかなり強力なペレットを形成させるものと信じている。有利なことに、これらのペレットは、ヒープとして形成したときに、高浸透流量を可能にする。従って、浸出時間は経済的である。
本発明は、ヒープ浸出を如何に操作して、流出液からのニッケル抽出のための回収手順の如何にかかわらず、最高の効率でニッケル回収を最大にするかを教示する。とりわけ、本発明は、実質的なクレー成分を含むニッケル含有ラテライト鉱からのニッケル(およびコバルト)の抽出問題を解決する。
【００１１】
本発明は、実質的なクレー成分を含有するラテライト鉱のヒープ浸出方法を提供する。一般に、本発明方法は、鉱石の予備処理、ヒープ構築およびヒープ操作の各工程を含む。鉱石予備処理は、鉱石の選択、粒度の低減(必要に応じて)および鉱石のペレット化の各工程を含む。ヒープ操作は、酸を高浸透流量で導入しペレット化する結果としてヒープ浸出動力学を促進させること、鉄分調整の内部ヒープ、および酸消費量の低減の各工程を含む。また、本発明の方法は、適切な数のヒープを向流方式で操作することも意図する。
好ましい実施態様においては、本発明方法は、実質的なクレー成分を含むニッケル含有鉱を1インチ(2.54 cm)以下の平均粒度に細粒化することを含む。細粒化した粒子は、濃酸(好ましくは、濃硫酸)と混合し、例えば、回転ディスク、ドラムまたは他の適切な装置内で凝集させることによってペレットにする。ペレットを凝集させるのに使用する酸の量は、一般に、鉱石を直ちに中和させるのに必要な量である。換言すれば、酸の量は、一般に、容易に存在し得るMgOを中和する量である。一般に、酸の量は、鉱石1トン当り100％酸20〜100 kgの範囲である。
その後、凝集ペレットは、1時間ほどの短い時間から数日間までの範囲の適切な時間で養生させることができる。
次いで、得られたペレットを基部および頂部を有するヒープとして形成する。浸出溶液は、ヒープ頂部に導入しヒープ内を下方に浸透させる。浸出液(溶液)は底部で集めて、ニッケル(および/またはコバルト)回収またはその両方のためにリサイクルし、集めることができる。浸出溶液は好ましくは硫酸を含有するが、塩酸および硝酸のような他の酸も利用可能である。
その後、ヒープは、水(淡水または塩水)、濃酸もしくは希酸、またはこれらの組合せで洗浄し、流出液を金属価値物回収のために集めることができる。
【００１２】
以下の説明および特許請求の範囲において使用するとき、“実質的なクレー成分”なる用語は、少なくとも10質量％のクレー、詳細には少なくとも20質量％のクレー、より詳細には25％以上のクレーを含有する鉱石を称する。さらに、本明細書および特許請求の範囲において使用するときの用語“クレー”は、44ミクロン未満の粒度を有するすべての固形物として定義する。
本発明によれば、実質的なクレー成分を含有するラテライト鉱のヒープ浸出方法が提供される。本発明方法は、必要に応じて、実質的なクレー成分を含有するラテライト鉱を1インチ(2.54 cm)以下の平均粒度に細粒化することを含む。当業者であれば、鉱石がすでに微細粒度を有する場合、細粒化が必要でないことは理解し得るであろう。
細粒化した粒子は、濃酸(好ましくは、濃硫酸)と混合し、例えば、回転ディスク、ドラムまたは他の適切な装置内で凝集させることによってペレットにする。凝集粒子は、生ずる“化学結合過程”の完了如何で1時間から数日間まで変わり得る時間量において一般に養生させる。化学結合過程は、沈降シリカゲルの再可溶化並びにペレット化に使用した強酸による鉱石からの鉄およびマグネシウムの溶解からなる。養生過程において、過剰の水は蒸発し、幾分かの水分は、結晶水となり、明確な物理的強度を有する固形ペレットを生成する固形粒子間において化学結合剤として作用するマグネシウム-鉄-シリカゲル“グルー”の再沈降を生ずる。養生時間は、“グルー”相から除去することの必要な過剰または遊離水の量の関数である。
【００１３】
何ら特定の理論によって拘束するものではないが、上記の凝集過程は、浸出動力学を促進させる開放構造を与えるものと信じている。上述したように、銅浸出においては、酸消費量は鉱石1トン当り約10〜約50 kgである。酸の少なくとも1部は、鉱石のカルシウム、アルミニウムおよび/またはマグネシウム成分によって消費される。結果として、約0.5 kgの鉱石が酸1 kg毎に溶解される。従って、鉱石1トン当り約25 kgの酸消費量においては、約12 kgの鉱石即ち約1.2%の鉱石が溶解される。
対照的に、ニッケル含有鉱は、鉱石1トン当り約600 kgの酸を消費する。酸のおよそ半分がMgOの溶解に消費され、残りが鉄、アルミニウムおよび/またはニッケルの溶解に消費される。酸の600 kgは、鉱石中の約300 kgの固形分、即ち鉱石の約30％を消費する。これは銅浸出において示される重量損失の約25倍である。この重量損失の結果として、得られる凝集ペレットが、とりわけ銅と比較したとき、より開放された構造を有するものと信じている。
次いで、得られた凝集ペレットを基部および頂部を有するヒープとして形成する。浸出溶液は、ヒープ頂部に導入しヒープ内を下方に浸透させる。浸出液(溶液)はヒープ底部で集めて、ニッケル(および/またはコバルト)回収またはその両方のためにリサイクルし、集めることができる。浸出溶液は、好ましくは硫酸である。浸出溶液は、採算金属価値物を回収したリサイクル溶液であり得る。
【００１４】
本発明の方法は、実質的なクレー成分を含有するニッケル含有堆積物においてとりわけ適している。この堆積物は、少なくとも10％のクレー、一般に20％以上のクレー、典型的には25％以上のクレーを含むニッケル含有堆積物を称する。上述したように、クレーは、44ミクロン未満の粒度を有する粒子を称する。
これらのクレー成分は、多くの場合、ニッケル硫化物鉱本体の酸化された頂上部中にも存在し、従って、これらの酸化物鉱または混合酸化物/硫化物鉱は、本発明により有利に処理できる。そのような酸化物頂上部鉱は、10％以上のクレーを一般に含有している。
本発明を実施するに当っては、鉱石サンプルを、必要に応じて、2.54 cm以下、好ましくは6メッシュ(3350ミクロン)〜1.9 cm範囲の粒度に先ず粉砕し、硫酸と予備混合し、凝集させて粒子(ペレット)を形成し、次いで養生させる。
鉱石は、鉱石を少なくとも100 g/lの酸、好ましくは50％、より好ましくは93〜98％の濃度を有する硫酸と混合することによってペレット化する。ペレット化は、回転ディスク、ドラムまたは当業者にとって公知の他の適切な装置内で実施する。硫酸は、塩水、淡水またはリサイクル溶液のような水資源と混合することができる。使用する硫酸の量は、一般に、鉱石中の酸消費性鉱物質(一般に、鉱石中に存在するケイ酸マグネシウムから容易に生じ得るMgO)を侵食するのに必要な量である。典型的には、酸の量は、鉱石1トン(乾燥基準)当り100％当量硫酸20〜100 kgである。
【００１５】
得られる凝集粒子(ペレット)は、6メッシュ(3350ミクロン)〜2.54 cmの平均粒度を有する。凝集ペレットは、必要に応じて、養生させる。養生時間は、1時間〜2、3日間の範囲であり得る。好ましくは、養生時間は、4〜10時間の範囲である。
本明細書および特許請求の範囲において使用するとき、養生なる用語は、上記ペレットを、硫酸が十分な化学反応時間を有して鉱石の幾分かを部分的に溶解し且つ含有水の幾分かを除去(空気蒸発により)して塩基性硫酸塩および/またはケイ酸塩或いはシリカゲルが沈降してペレット形中の残存鉱石粒子を一緒に固定する結合剤として生成するのに十分な時間長において、撹拌しないで開放空気中で保存することを意味する。
ペレットは、積み重ねて2〜30フィート(0.61〜9.14 m)高さ範囲の高さを有するヒープを形成する。この高さにおいて、ヒープは、浸出操作を終えた後に、再生利用のためにその場に残す。また、ペレットは、バット中に積み重ねてもよい(バットは、限定され固定された壁サイズを有するヒープからなるものとみなすべきである)。さらに、ヒープは、一般に、0.9〜1.1 g/cm3の見掛け密度と0.3〜0.6の多孔度(空隙度)を有するように、ペレットによって形成する。そうすることにより、高浸透流量(10〜100 l/hr/m2)の使用を可能にし、それによって浸出動力学を有意に増大させる。
ヒープは、次の方法で形成する。原料鉱を、必要に応じて、上述した所望粒度に粉砕する。粒子サンプルを採取して、粒子を凝集させるのに必要な硫酸量を決定する。その後、粒子を凝集させて養生させる。次いで、凝集し養生させた粒子をヒープとして積み重ねる。
【００１６】
好ましくは、ペレットした凝集鉱石を2つまたは連続のヒープとして形成する。本発明の原理に従う2つのヒープの操作スケジュールを図6に示す。図6に示しているように、先導(リード)ヒープと時間差(ラグ)ヒープが存在する。しかしながら、凝集ペレット化鉱石は、任意の経済的に適する数のヒープまたはバットとして形成してもよい。
ニッケルの最適回収は、乾燥鉱石1トン当り約300〜約700 kgの硫酸を消費したときに得られる。硫酸は、典型的には、2 g/l〜500 g/l、好ましくは少なくとも10 g/l、望ましくは20 g/l〜100 g/lの酸性度を有するヒープリサイクル溶液に加えて全体の酸消費量を最少化する。ヒープ全体を通じての低い酸勾配により、鉄に対比してニッケル浸出の選択性を増大させる。鉄は、第2鉄として存在する場合、浸出溶液のpHが3以上であればヒープ内で水酸化物または塩基性硫酸塩として沈降する。1例として、本発明の１つの実施態様によれば、ヒープの1つを上記の方式で操作して第2鉄を沈降させることができ、その後、このヒープは鉄沈降反応器として機能する。従って、本発明は、ヒープ浸出による鉄分の有効な調整方法も提供する。本発明のペレット化方法の結果である高多孔度または空隙度(0.3〜0.6)は、鉄沈降によって生し得る閉塞を最小化または防止する。
高MgO含有量故に、すべての腐食岩石鉱は、超塩基性であり、酸中和ポテンシャルを有するものとみなされている。Yoshio Ogura (Y. Ogura et al.,"Geochemistry and Mineralogy of Nickel Oxide Ores in the Southwestern Pacific Area", Proceedings of the International Seminar on Laterite Processing, Trivandrum, India, 1979, Oxford and IBH Publishing Co. New Dehli, 1981)は、ラテライト堆積物の種々の鉱石領域と接触させた水溶液のpH値測定に関するデータを提示している。ニッケルラテライト鉱は親岩石の風化からの諸化学成分の溶解と沈降によって形成されるので、ラテライト鉱プロフィールにおいてはpH値の変化が必要である。Oguraのデータを下記の表に示す。
【表４】
各ラテライト鉱領域におけるpH値
0004785319.tif 000005
【００１７】
腐食岩石鉱をニッケル含有酸性溶液(pH 0.5〜2)と混合する場合、或いはそのような溶液を腐食岩石鉱または床岩物質の鉱石積重ね体上に通す場合、残留酸は、鉱石によって中和されpHを3〜4に上昇させるであろう。この酸ニッケル溶液中に何らかの第2鉄が存在する場合、水酸化第2鉄が約2.5のpHで沈降し始めるので、第2鉄はpHが上昇するにつれて沈降するであろう。従って、第2鉄含有溶液を腐食岩石鉱または床岩のヒープ上に通すことにより、沈降が生ずるであろうが、ペレット化ヒープの多孔度が極めて大(50％以上)であるので、鉄が沈降しその水酸化物がヒープ内に残存するには十分過ぎる空間および表面積が存在する。
風化されつつあるラテライト鉱を含むことは、ある量の鉱石が風化されて種々のニッケル含有ケイ酸マグネシウムに転化していることおよびある量の鉱石が未風化の超塩基性岩石からなることを意味する。鉱石のこの部分、一般的には巨礫および岩石画分の芯は、ヒープ浸出溶液中で容易に溶解しない高ケイ酸マグネシウム鉱物(カンラン石のような)において比較的高量である。ヒープ浸出溶液の酸性度は良好に調整されているので、このパラメーターは、寄生高マグネシウム低ニッケルケイ酸塩鉱物による酸消費量を最少にする機会を提供するであろう。
酸溶液は、一般に、ヒープ上で液体分布剤として機能する不活性床岩の層上にスプレーすることによって導入するが、酸をヒープ上に適切且つ均一に分散させる如何なる方法も使用できる。酸溶液は、少なくとも10 l/hr/m2、好ましくは少なくとも20 l/hr/m2の流量で導入する。実質的にそれより高い流量(100 l/hr/m2以上のような)も使用でき、その上限は、地質工学専門家が固形物床の水伝導性として何を定義したかによって決まる。
【００１８】
ラテライト鉱本体の床岩は、一般に、限られた中和能力を有する水和ケイ酸マグネシウムからなる超苦鉄質岩である。その中和能力は、鉱石を、鉱石を300〜800℃の温度に加熱して化学結合水を除去し且つ水和ケイ酸マグネシウムを酸化マグネシウム/ケイ酸マグネシウム分を含む化合物(酸を消費できる)に転化するデヒドロキシレーション(dehydroxilation)処理に供した場合、有意に増大させることができる。
最高のニッケル回収を最大の効率で得るためには、各ヒープを次の方法で浸出する。第1のヒープを、少なくとも10 g/lの濃度を有する新鮮浸出剤(H2SO4)で浸出する。浸出剤は、0.1％〜20％の硫酸を含有する溶液であり得る。ヒープをpH 2を有するH2SO4で洗浄する。浸出液を集め、遊離酸の存在について分析する。pHが2よりも大或いは遊離硫酸分が1 g/l未満である場合には、浸出液をニッケル回収操作に向わせ得る。これらのレベルにおいては、さらなる中和は必要ではなく、ニッケルは、例えば、イオン交換操作により回収できる。しかしながら、実際には、浸出液の大部分をヒープ2に向わせる。好ましくは、浸出液容量の60％〜90％をヒープ2に向わせ、残りをニッケル回収操作に向わせる。
ヒープ1からの浸出液を導入するのに加え、新鮮硫酸(少なくとも10 g/lの濃度を有する)もヒープ2に導入する。ヒープをpH 2を有するH2SO4で洗浄する。ヒープ2からの浸出液を遊離酸の存在について分析する。pHが2よりも大或いは遊離硫酸分が1 g/l未満である場合には、浸出液をニッケル回収操作に向わせ得る。これらのレベルにおいては、さらなる中和は必要ではなく、ニッケルは、例えば、イオン交換操作により回収できる。実際には、浸出液の大部分をニッケル回収に向わせる。好ましくは、浸出液容量の60％〜90％をニッケル回収に向わせ、残りを第３のヒープに向わせる。
【００１９】
図6に示すように、本発明方法は、ヒープ数によって連続し得る。ニッケルラテライト類に関しては、適切なニッケルおよびコバルト抽出を得るための鉱石1トン当りの酸の総消費量はプロセス経済性に臨界的であることが以前から判明している。驚くべきことに、今回、適切なニッケルおよびコバルト抽出を得るのに必要な酸の量が、クレー鉱を、積重ね体上に置き、養生し、ヒープ浸出し得る物質に転化させるのに必要とする酸量よりも有意に多いことを見出した。一般に、ラテライト鉱本体のカッ鉄鉱領域は、鉱石1トン当り200〜400 kgの硫酸を必要とし、一方、腐食岩石領域においては、酸必要量は鉱石1トン当り硫酸400〜800 kgで高い。対照的に、本発明の実施においては、鉱石1トン当り硫酸20〜100 kg範囲の酸が、操作に耐え且つ鉱石を30フィート(9.14 m)までの高さまで積重ねることから受ける積み重ね荷重に耐える所望の物理特性を有するペレットを生成させるのに必要なすべての量である。
ペレット化および養生段階において粒子全体に亘って初期量の浸出剤(好ましくは、濃硫酸)を化学的に導入することにより、ペレット内の化学反応動力学が変化するものと信じている。驚くべきことに、個々のペレットおよびヒープ全体の浸出動力学が、明らかに物質移動制限が小さいが故に促進されていることが判明した。
【００２０】
（発明を実施するための最良の形態）
以下、限定するものではないが、実施例により本発明を具体的に説明する。特に断らない限り、すべての部およびパーセントは質量による。
実施例1
以下の水伝導性試験は、ペレット化が一定のヒープ高さにおいてヒープの透過性を如何に有意に変化させているかを示唆している。試験は、底部レベルまで鉱石を満たしたチューブの底部を密閉し、水を一定のヘッド下に試験片の底部に流し頂部から出すことによって実施した。粗い約9.5 mmの排水砂利を試験片の頂部および底部に置き水を均一に分布させた。フィルター材料を試験片と排水砂利間に置いて砂利の試験片への入り込みを防止した。水道水を浸透液として使用した。測定は、時間と共に試験片を流れる水の容量を算出できるようにして行った。水伝道度は、ダーシーの法則(Darcy's law)を使用して計算した。試験は、一定のヒープ高、例えば、4、8および12メートルを模倣しての未荷重条件下および荷重下に実施した。
荷重は、試験片に、スプリングを圧縮して荷重を維持する2枚の荷重プレート間に置いた較正した水圧ラムによって掛けた。試験片の安定状態を経時的にモニターして安定状態が完了したときを確認して、水伝導試験を開始できた。一定のヒープ高さに等価の荷重を、鉱石立方センチメートル当り1.5グラムの想定水分単位質量を使用して算出した。
ペレット化していないニッケルラテライト鉱の透過性結果を図2に示す(ニッケルラテライト鉱 − “そのまま”)。この鉱石は、極めて小さい透過性しか有さず、実際には、浸出時間がそのような低浸透流量下では許容し得ない程に長いであろうから、ヒープ浸出に適し得ない程に小さいことが理解できる。
【００２１】
水試験を、下記の表1に示す組成を有する高クレー銅鉱において実施した。
【表５】
表1
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図1は、腐食岩石鉱、カッ鉄鉱および高クレー鉱の粒度分布をグラフにより示している。高クレー銅鉱の透過性はヒープ高が増大するにつれて減少していることが判った。結果を図2に示す。
表1に示す組成を有する強靭銅鉱は、異なる透過性挙動を有する。図2に示すように、想定ヒープ高さが増大するにつれ、その透過性は低下しないことが判った。この効果は、この鉱石が微細物を殆ど含まず、クレーを含有せず、極めて粗いためであったと信じている。
【００２２】
本発明に従ってペレット化したニッケルラテライト鉱は、全く異なる透過性挙動を有していた。図2に示すように(ニッケルラテライト − “特許”)、その透過性は、ペレット化していないラテライト鉱と比較したとき、少なくとも係数約10,000まで増大していた。しかも、その透過性は、与えられたヒープ高さの如何によらず、本質的に一定のままであった。高透過性は、高浸透流量を可能にして、ヒープ浸出の動力学を有意に促進させることができる。
比較として、前述したAgatziniにおいて報告されたヒープ浸出特性も図2に示している(“原鉱石”と表示)。この鉱石は、硫酸が存在する有意のカルシウムと結合した時のセッコウの生成に基づく流動制限を示したものと信じている。さらにまた、この鉱石は、本発明を使用してペレット化はされてなかった。
図2に示すように、予備処理透過性を有しない典型的なクレー質ラテライト鉱は、0.01 l/hr/m2辺りの注流流量を与えるであろう(ニッケルラテライト − “そのまま”を参照されたい)。そのような浸透速度は、1メートル高さのヒープにより非現実的な浸出時間を必要とするであろうから、実際的意義を有しない。例えば、2％のニッケルを含有する1平方メートルのヒープ内で1トンのニッケル鉱を処理するためには、すべてのニッケルを抽出するのに約5,000リットルの浸出溶液を必要とするであろう。0.01 l/hr/m2の浸透流量によっては、5,000/0.01即ち500,000時間、およそ57年間の操作を要するであろう。代りに、本発明に従う方法を使用した場合、図2に示すような100 l/hr/m2の浸透流量を使用でき、ニッケルを十分に抽出するのに要する時間は5,000/100即ち50時間に短縮できた。
【００２３】
実施例2
以下の試験を実施した。実質的なクレー成分を含むニッケル含有鉱をジャークラッシャーにより細粒化し1インチ(2.54 cm)以下の粒度を得た。細粒化した鉱石を、回転ミキサー内で93〜98％濃度を有する硫酸と鉱石を混合して安定なペレットを形成させることによって凝集(ペレット化)させた。凝集化濃度は、乾燥鉱石1トン当たり硫酸25 kgであった。ペレットの1部を13フィート(3.96 m)の高さを有するヒープとして形成した。その後、50 g/lの濃度を有する硫酸をヒープの頂部に10 l/hr/m2の流量で導入した。サンプルを採取して抽出ニッケル量を測定した。
ペレットの他の1部を11フィート(3.35m)の高さを有するヒープとして形成した。その後、50 g/lの濃度を有する硫酸をヒープの頂部に40 l/hr/m2の流量で導入した。再び、サンプルを採取して抽出ニッケル量を測定した。浸出時間は、係数4まで酸導入流量を増加させることによっておよそ係数7まで短縮していたことを観察した。結果を図3に示す。
実施例3
実施例2に試験を繰り返したが、50 g/lの代りに100 g/lの酸濃度を使用した。ニッケル抽出速度は、実施例2に比較して上昇していた。しかも、浸出時間は、酸導入量の増加によりおよそ係数7まで短縮していた。結果を図4に示す。
【００２４】
実施例4
比較試験を、ニッケル含有鉱の代りに銅含有鉱を使用して実施した。銅含有鉱を、1つが10フィート(3.05 m)の高さを有し、他の1つが12フィート(3.66 m)の高さを有する2つのヒープとして形成した。14 g/lまでの濃度を有する硫酸を、各ヒープの頂部に、それぞれ、10 l/hr/m2と40 l/hr/m2の導入流量で導入した。銅抽出速度を図5に示す。酸導入流量の増大によっては、多くとも係数2までしか浸出時間を短縮しなかったことが判った。銅浸出における反応動力学は、化学反応の速度によって主として制御されるものと信じている。比較として、ニッケル浸出における反応動力学は、拡散によって、即ち、溶液流動または浸透速度によって主として制御されるものと信じている。
上記の各実施例およびそれに伴う各指数は、鉱石の予備処理としてのペレット化がヒープの透過性並びにヒープの浸出動力学を増大させていることを示している。ニッケルラテライトヒープ浸出においては、ペレット化が通常のヒープ技術の流量よりも高い流量の使用を可能にしている。結果として、浸出動力学の促進が観察された。
【００２５】
実施例5
図6に示すような向流方式においてヒープ浸出を操作する望ましさを示すために、幾つかの試験を実施した。向流浸出は、2つのカラムNo.1とNo.2からなっていた。カラムNo.1に、最初、酸性度100 g/lのみの硫酸を含有する溶液を供給した。カラムNo.1の放出溶液(浸出剤)の最初の21％は、金属回収用の所定pH(3以上)を有しているので、最終溶液貯槽に送ったが、浸出剤の残り79％は金属回収のためにはまだ酸性であり過ぎ、従って、カラムNo.2に送った(いわゆる先導浸出)。カラムNo.2先導浸出からの浸出剤も、過剰の酸が消費されているので、最終溶液貯槽に送った。先導浸出の終了時に、カラムNo.2に、酸性度100 g/lのみの硫酸を含有する溶液を供給した(いわゆる時間差浸出)。下記の表に、この群の試験結果を要約する。下記の表は、最終溶液のすべてが3以上のpHを有し、幾分かの鉄を溶液から除去できていたので、向流操作の利点を明らかに示唆している。
【表６】
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【００２６】
同様な方式において、カラムNo.3とカラムNo.4に、100 g/lのH2SO4および27 g/lのNaClを含有する溶液を供給して海水によるヒープ浸出を模倣した。11%のカラムNo.3浸出剤はpH3以上を有していたので、カラムNo.3から集めた89％の浸出剤のみをカラムNo.4にリサイクルさせる必要があった。“先導”浸出を終えた後、カラムNo.4に上記模倣海水を供給した。上記のデータと同様な結果が得られた。下記の表に示す。
【表７】
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【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例1において説明した鉱石の粒度分布を示すグラフである。
【図２】  ペレット化したおよびペレット化していないヒープ高さを変えた数種の鉱石の透過性試験の結果を示すグラフである。
【図３】  ニッケル含有鉱を予備処理した、即ち、本発明に従ってペレット化し、50 g/lのH2SO4浸出溶液を使用した場合のニッケル抽出速度に対する浸出溶液の導入量増大の効果を示す。
【図４】  ニッケル含有鉱を予備処理した、即ち、本発明に従ってペレット化し、100 g/lのH2SO4浸出溶液を使用した場合のニッケル抽出速度に対する浸出溶液の導入量増大の効果を示す。
【図５】  ペレット化しないで14 g/lまでのH2SO4浸出溶液を使用した場合の銅抽出速度に対する浸出溶液の導入量増大の効果を示す。
【図６】  本発明の1つの実施態様のフローシートを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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