Procédé pour l'extraction du nickel, du cuivre et autres métaux.
La présente invention se rapporte à un procédé pou�
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nerais sulfurés de nickel, de leurs concentrés et des sulfures synthétiques.
L'idée de traiter directement les sulfures par hydrométallurgie a pris de l'importance au cours des dernières années. Cette façon de procéder a été favorisée par l'augmentation de
la production mondiale des métaux non ferreux qui a. nécessairement entraîné une diminution des réserves connues de minerais riches. Or, les procédés pyrométallurgiques conventionnels
pour l'extraction des métaux des gisements de minerais pauvres et complexes ne sont pas économiques, surtout si l'on veut respecter les normes sur la pollution. Cette invention est donc liée directement aux traitements hydrométallurgiques des minerais sulfurés pauvres ou complexes. L'invention a pour but,
en principe, de traiter directement les minerais sulfurés et,
de préférence, de recycler les réactifs et de récupérer les matières polluantes.
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2,129,916 et 2,129,917 décrivent l'extraction du nickel de minerais sulfurés en les mettant en contact avec l'acide nitrique. Ces procédés utilisent en général le carbonate de sodium pour éliminer le fer et le cuivre. Les brevets canadiens portant les numéros 928,969 et 953,925 concernent l'extraction des métaux des minerais sulfurés en les mettant en contact avec l'acide sulfurique lors du traitement des mattes de nickel et de cuivre à hautes teneurs. Le brevet américain portant le numéro 2,793,429 décrit la mise en contact d'un minerai de sulfure de cuivre avec l'acide nitrique en présence d'oxygène. Le traite-
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rique.
Les procédés décrits dans les brevets mentionnés pré-sentent certains inconvénients qui sont éliminés par la présente invention, tel qu'il apparaîtra dans la description qui suit.
Dans l'invention, on utilise comme matière premiers
(substrat des minerais ou des concentrés contenant le nickel,
le cuivre ou le cobalt comme métaux principaux ou des sulfures de nickel synthétiques et comme agents de lixiviation une solution des acides nitrique et sulfurique dans des proportions et des conditions contrôlées pour obtenir d'une façon afficace un mélange facilement séparable des métaux principaux et des produits secondaires. Au cours de la lixiviation une certaine quantité du substrat est traitée pour obtenir une pulpe ayant une densité inférieure à 45% en poids de solides, avec agitation,. à pression atmosphérique et à une température inférieure à 100[deg.]C. On ajoute les acides graduellement de façon à contrôler l'effer-
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excès par rapport à la quantité stoechiométrique requise pour assurer l'extraction complète des métaux principaux et l'oxydation des sulfures en soufre élémentaire. Le rapport de l'acide nitrique à l'acide sulfurique varie entre un et dix.
On poursuit la lixiviation assez longtemps pour obtenir un mélange dans lequel les métaux principaux deviennent pratiquement complètement solubles. Après la réaction, les solides sont séparés du liquide, par exemple par filtration. La phase liquide contient les métaux principaux et un peu de fer, alors que la phase solide contient les produits secondaires dont le soufre élémentaire, les métaux noble et la gangue. Les métaux principaux sont récupérés de la phase liquide et les métaux secondaires, de la phase solide.
Plus précisément, selon l'invention dans ses aspects préférés, une certaine quantité de minerai ou de concentré finement broyée est soumise à la lixiviation en présence d'un mé-lange approprié d'eau, diacide nitrique et d'acide sulfurique. Le traitement est effectué à pression atmosphérique et à une
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pour une durée inférieure à 90 minutes, de préférence supérieure � 30 minutes. Les oxydes d'azote produits au cours de la réaction sont de préférence récupérés pour la régénération de l'acide nitrique.
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paux (le nickel, le cuivre et le cobalt) sous forme de sulfates, sont séparés les uns des autres par extraction liquide-liquide, suivie de l'électrolyse. Le résidu solide est soumis à des techniques de flottation et de cyanuration pour la récupération respective du soufre élémentaire et des métaux précieux, laissant un produit final contenant principalement du sulfate de fer hydrolisé appelé jarosite ainsi que quelques impuretés éven-. tuelles.
La solution résiduelle provenant du stade d'extrac-
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et non métalliques par des techniques connues appropriées permettant de sortir ces impuretés du.système sous forme de matières inertes qui ne polluent pas l'environnement.
La description suivante a pour but d'expliquer la mise en oeuvre le l'invention. On doit la lire en relation
avec les dessins en annexe: La figure 1 est un schéma des différents stades d'un procédé cyclique préféré, selon l'invention;
les figures 2, 3 et 4 sont des diagrammes montrant le rendement d'extraction des métaux principaux dans des conditions différentes.
Plus précisément, la figure 1 présente schématiquement un procédé cyclique préféré selcn l'invention, dans lequelle une lixiviation idéale permet l'extraction de 100% du nickel, du cuivre et du cobalt et une transformation complète du soufre des sulfures en soufre élémentaire ainsi qu'une récupération totale des métaux précieux et du fer sous forme de jarosite
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On a effectué une série d'essais à partir d'un concentré de pentlandite 16 provenant de l'enrichissement et du broyage du minerai 15 et dont la composition étant la suivantes
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Les teneurs approximatives des principaux minéraux dans le concentré étaient les suivantes:
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On a introduit dans le réacteur 17, muni d'un agitateur de type marin, une quantité de concentré de pentlandite, broyé a une finesse d'au moins 400 mailles (Tyler) et une .quantité d'eau suffisante pour obtenir un mélange global d'une <EMI ID=11.1>
de solides après l'addition des acides nitrique et sulfurique. La concentration initiale de l'acide nitrique atteignait 7.5 moles par litre et celle de l'acide sulfurique 2.5 moles par litre. Ces acides étaient ajoutés graduellement. L'addition lente des acides à la pulpe composée d'eau et de substrat solide avait pour but de régulariser l'effervescence causée par les réactions exothermiques lorsque le substrat venait en contact avec les acides. Une fois la période d'agitation terminée, le mélange était maintenu à des températures contrôlées entre 45 et 95[deg.]C pour une durée de réaction de 30 à 90 minutes. Une agitation mécanique constante suffisante pour garder les solides en suspension était maintenue durant l'alimentation et au cours de la période de traitement.
Une fois l'essai terminé, on a procédé à une séparation liquide-solide 18 par filtration qui a donné, par exemple, pour le traitement du concentré de pentlandite 16:
1) un filtrat 19 contenant les métaux principaux, le nickel, le cuivre et le cobalt et un peu de fer sous forme de sulfates. Les concentrations variaient de 20 à 25 grammes par litre dans le cas du nickel, de 35 à 40 grammes par litre pour
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grammes par litre pour le fer;
2) un résidu 20 constitué de soufre élémentaire, de métaux précieux, de jarosite d'hydrogène, de gangue résiduelle et une petite quantité de sulfures non oxydés. Le soufre et
les métaux précieux étaient récupérés en 22 et le résidu était dirigé vers les rejets 24.
La solubilisation du nickel était dans le voisinage de 100%, habituellement de 98 à 99%, tandis que celle du cuivre et du cobalt. variait entre 90 et 95%. La séparation des sulfates de ces trois métaux du sulfate de fer et d'autres impuretés éventuellement solubilisées était effectuée par séparation liquide-liquide 21, alors qu'on recourait à l'électrolyse 23 pour récupérer séparément les métaux individuels en 26.
La plus grande partie du fer solubilisé s'hydrolysait pour donner un précipité, la jarosite, que l'on retrouvait dans le résidu avec le soufre élémentaire, les métaux précieux et la gangue résiduelle. De 90 à 95% du fer présent dans le substrat de
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soufre présent dans le sulfure de départ sa retrouvait également dans le résidu sous forme de soufre élémentaire. Le soufre initial restant était transformé, dans le procédé, en acide sulfurique.
Les oxydes d'azote 27 produits dans le réacteur 17 sont dirigés vers le régénérateur 28 pour former l'acide nitrique 29, qui est retourné au réacteur 17. L'acide sulfurique
est récupéré de l'extraction liquide-liquide 21 et retourné également au réacteur 17.
Les équations suivantes représentent le processus d'oxydation de la pentlandite et l'hydrolyse partielle du sulfate ferrique:
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L'équation 1 montre que la pentlandite s'oxyde pour donner du sulfate de nickel, du sulfate de fer, des oxydes d'azote gazeux, de l'eau et du soufre élémentaire.
L'équation 2 montre le sulfate de fer qui s'hydrolyse pour donner le composé de jarosite déjà mentionné et de l'acide sulfurique. Cette formation diacide sulfurique compense pour la quantité entraînée dans la jarosite, mais implique une diminution du rendement de la transformation du soufre des sulfures en soufre élémentaire tel qu'indiqué par l'équation 2.
La chalcopyrite et la pyrrhotine du concentré sont oxydées d'une façon analogue tel qu'indiqué par les équations 3 et 4:
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tion 2.
Des essais semblables effectués sur le minerai lui-même
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mêmes conditions expérimentales ont donné des rendements analogues.
Dans les essais effectués sur le sulfure de nickel synthétique 14, ayant toujours la même finesse, on a obtenu dans les mêmes conditions expérimentales des rendements d'extraction du nickel de 100% et une transformation presque complète du soufre du sulfure en soufre élémentaire, tel qu'indiqué par l'équation 5:
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L'acide sulfurique 25 provenant de l'électrolyse 23 est recyclé à l'étape de l'extraction liquide-liquide 21.
Les figures 2, 3 et 4 indiquent respectivement le rendement d'extraction des métaux, le nickel, le cuivre et le cobalt, en fonction de la température et de la concentration initiale des acides nitrique et sulfurique dans le mélange au moment de la lixiviation.
La figure 2 montre le rendement d'extraction de ces métaux en fonction de la température. Les conditions expérimentales établies pour cette série d'essais étaient les suivantes:
- une durée totale du traitement de 120 minutes y compris le temps requis pour l'addition des acides;
- une concentration initiale respective de 4 moles par litre et de 0.7 mole par litre pour l'acide nitrique et l'acide sulfurique :
- une pulpe ayant 10% de solides en suspension.
Les conditions de la concentration initiale des acides et de la densité de la pulpe sont maintenues à des valeurs inférieuresà celles des conditions optimales de façon à démontrer l'influence de la température. On remarque que le rendement d'extraction augmente rapidement avec l'élévation de la tempé-
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La figure 3 montre le rendement d'extraction des métaux principaux en fonction de la concentration initiale de l'acide nitrique dans le mélange. Les conditions expérimentales étaient les suivantes:
- la durée de l'alimentation des acides et de la réaction <EMI ID=20.1>
- la densité de 'la pulpe était de 40% de solides et la concentration initiale de l'acide sulfurique était de 1 mole par litre.
On remarque que le rendement d'extraction des métaux augmente rapidement avec l'augmentation de la concentration de l'acide nitrique. L'influence de l'acide nitrique, qui est l'agent oxydant, est très évidente.
La figure 4 montre le rendement d'extraction des métaux en fonction de la concentration initiale de l'acide sulfurique. Les conditions expérimentales étaient les mêmes que pour la série d'essais résumés sur la figure 3, sauf que la densité <EMI ID=21.1>
toujours maintenu à la concentration inférieure initiale de 3 moles par litre de manière à permettre l'observation de l'influence de la concentration initiale de l'acide sulfurique, On constate que les rendements d'extraction obtenus sont ceux
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que de 3 moles par litre. On peut déduire que l'acide sulfurique _est nécessaire mais que son influence est plus limitée et proportionnelle à son rôle de fournisseur de la partie anionique des métaux solubilisés.
Bien que l'on ait employé un concentré de pentlandite comme substrat dans les essais décrits plus haut, on peut également appliquer le procédé au traitement d'autres concentrés de minéraux sulfurés contenant le nickel, le cuivre ou le cobalt comme métaux principaux. Ce groupe de matières comprend les compositions suivantes:
Minerai Concentré
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Le substrat de départ peut être sous la forme de minerais ou de concentrés ou de sulfure synthétique contenant les métaux principaux.
Le substrat de départ doit être finement broyé à une finesse allant de 150 à 500 mailles, de préférence entre 350 et
400 mailles.
L'acide nitrique peut être utilisé dans des concentrations variant entre 0.1 et 7.5 moles par litre, de préférence de 6 à 7 moles par litre. L'acide sulfurique peut être utilisé dans des concentrations allant de 0.01 mole par litre à environ 1 mole par litre, de préférence de 0.7 mole par litre à 0.8 mole par litre.
La pulpe formée du substrat, des acides et de l'eau peut avoir une densité allant d'environ 5 � environ 45% en poids de solides, de préférence entre environ 25 à environ 30% de solides.
La température peut varier entre environ 45 et environ
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Parmi les avantages de la présente invention on peut mentionner:
1) Le traitement est effectué à des températures modérées et à pression atmosphérique.
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pour les métaux principaux et les métaux secondaires.
3) Le procédé évite la pollution en raison de la récupération des réactifs et de la production de résidus inertes.
4) Le soufre provenant des sulfures de départ est récupéré sous forme élémentaire et non sous forme de gas polluants tel que l'anhydride sulfureux.
5) Le fer est transformé en jarosite facile à filtrer.
6) Le procédé ne requiert'qu'un équipement usuel.
7) Les investissements requis pour l'établissement d'un procédé de ce genre peuvènt être inférieurs à ceux d'un procédé pyrométallurgique capable d'effectuer une extraction analogue, même si un tel procédé était utile pour une extraction semblable à partir de minéraux pauvres et complexes contenant des sulfures.
Cette demande de brevet est une division de la demande canadienne no 242,534, déposée le 22 décembre 1975.
Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:-
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traitement d'un substrat comprenant des minerais sulfurés ou des concentrés contenant coalise métaux principaux, le nickel, le cuivre, ou le cobalt ou des sulfure de nickel synthétiques, dans lequel,
on effectue la lixiviation du substrat finement pulvérisé par un mélange diacides nitrique et sulfurique dilués à la
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dans le but de solubiliser les métaux principaux et d'oxyder en soufre élémentaire le soufre contenu dans le substrat,
on sépare les solides du liquide contenant les métaux principaux,
et on récupère les métaux principaux du liquide.