JP5141781B2 - 鉱石スラリーの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、採掘後のニッケル酸化鉱石の原鉱石から鉱石スラリー調製する鉱石処理工程における、鉱石スラリーを濃縮する方法に関するもので、より詳しくは、鉱石スラリー濃縮段階における、凝集剤の分子量および添加時の希釈率を規定すること、凝集剤の添加量を規定すること、および濃縮後の鉱石スラリー温度を規定する方法の組み合せによって鉱石スラリーの濃度と粘度を調整し、後工程である浸出工程への移送不良を防止する方法に関する。

近年、原料鉱石として、ニッケルとコバルトを、全量に対しそれぞれ１．０〜２．０％、０．１〜０．５％程度含有するニッケル酸化鉱石からニッケルやコバルトを回収する製錬方法として、湿式製錬法の一つである、硫酸を用いた高温加圧酸浸出法（Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ａｃｉｄ Ｌｅａｃｈ：ＨＰＡＬ法と呼称する場合がある。）が利用されている。

このＨＰＡＬ法では、例えばニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーに硫酸を添加し、高温高圧下で浸出し、ニッケルおよびコバルトを含む浸出液を得る浸出工程、ニッケル、コバルトとともに、不純物元素を含む浸出液の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、およ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を含む製錬方法である（例えば、特許文献１参照）。

この方法では、浸出工程においては一般的に、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。次いで、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る。また、得られるニッケル・コバルト混合硫化物中のニッケル品位は５５〜６０％、コバルト品位は３〜６％程度であり、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ている。

ここで、用いるニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーは、通常は、採掘後の原鉱石から製錬工程への装入原料を調製する鉱石処理工程に付される。
このニッケル酸化鉱石の鉱石処理工程としては、例えば、ニッケル品位が１．０〜２．０％程度である低品位のニッケル酸化鉱石が、多段階からなる分級（篩別）および解砕段によって、所定の粒度および濃度を有するスラリーに形成、回収されて、後工程である浸出工程に移送される。
より詳しくは、この鉱石処理工程は解砕・分級段階と、鉱石スラリー濃縮段階とに大別される。その解砕・分級段階では、湿式設備により原鉱石の解砕、オーバーサイズ粒子や混入物の除去が行われる（例えば、特許文献２参照）。

ここで産出された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ため、プラント全体の操業効率を向上させるのに有効な側面をもつ。
しかしながら、鉱石スラリーを濃縮するだけでは、鉱石スラリーの粘度が高くなりすぎる場合があり、この場合には鉱石スラリーを鉱石処理工程から浸出工程に移送するためのポンプの移送能力を超えてしまう。このため、移送不良が発生し、プラントを一時的に停止させる事態を招き、操業効率が低下してしまう。

このような理由から、従来当該プラントの操業においては、スラリー移送が可能な範囲でしか固形分濃度を上昇させられず、より高いスラリー固形物濃度と、移送可能な程度に低い降伏応力とを、同時に満足できる結果が得られない、という問題があった。

特開２００５−３５０７６６号公報 特開２００９−１７３９６７号公報 特開平１１−１２４６４０号公報

本発明は、このような状況を解決するためになされたものであり、高濃度であっても移送可能な程度に低い降伏応力を持ち、移送上の問題を発生させない鉱石スラリーの製造方法を提供するものである。

本発明者らは、鉱石スラリー濃縮段階における、凝集剤の分子量および添加時の希釈率の規定、凝集剤の添加量の規定、および濃縮後の鉱石スラリー温度を規定することによって、濃度と粘度が調整された鉱石スラリーを作製することで、後工程である浸出工程への移送不良が防止されることを見出したものである。

すなわち、本発明の鉱石スラリーの製造方法は、硫酸を用いた高温加圧酸浸出法によって、ニッケル酸化鉱石からニッケルおよびコバルトを回収する際の、解砕・分級段階と鉱石スラリー濃縮段階を含む鉱石スラリーの製造方法であって、スラリー濃縮段階が、使用する凝集剤溶液に、（Ａ）凝集剤分子量が８〜２０×１０^６、（Ｂ）凝集剤希釈率が０．１〜０．５ｇ／Ｌの条件をみたす凝集剤の希釈液を用い、さらに凝集剤の添加量を鉱石スラリー中の乾燥固形分１トン当り、凝集剤量として５０〜１５０ｇに相当する量の凝集剤溶液を、鉱石スラリーに添加して、充分な時間接触させ、また濃縮段階から次工程に移送される際のスラリー温度を、３５〜４５℃の範囲に保持することを特徴とするものである。

本発明の鉱石スラリーの製造方法は、高濃度であっても移送可能な程度に低い降伏応力を持ち、移送上の問題を発生させない鉱石スラリーを提供するもので、設備コストを上昇させること無く、高い操業効率を維持できるので、その工業的価値は極めて大きく、優れた効果を奏するものである。

以下、本発明の、鉱石スラリーの製造方法を詳細に説明する。
本発明の方法は、硫酸を用いた高温加圧酸浸出法（ＨＰＡＬ法）によって、ニッケル酸化鉱石からニッケルやコバルトを回収する際の鉱石処理工程として、鉱石スラリーの製造工程に適用される方法である。

この鉱石処理工程では、鉱石中に含まれる不要物を除去し、鉱石の粒度を調整し、鉱石の粒径として１．４ｍｍ以下程度であって、固形分濃度として８〜１２重量％程度の水と鉱石粒子の混合物（以下、粗鉱石スラリーという場合がある）を得る解砕分級段階、および、粗鉱石スラリーを濃縮、すなわち水分を低減して、次工程以降に移送可能な、鉱石スラリーを得る、スラリー濃縮段階を有している。

先ず、スラリー濃縮段階では、粗鉱石スラリーを例えばシックナーのような固液分離装置に装入し、固形成分を沈降させて装置の下部から取り出し、上澄みとなった水分を装置の上部からオーバーフローさせ、固液分離をすることによって水分を低減、すなわち粗鉱石スラリーは濃縮され、次工程に移送するために適切な固形分濃度として、４０重量％の程度の鉱石スラリーを得るという方法が行なわれている。

必要に応じて、粗鉱石スラリーを固液分離装置に装入する際に、凝集剤を添加し固形分の凝集を促がし、沈降を促進させる場合がある。その凝集剤として、例えば高分子系の凝集剤においては様々な分子量の種類のものが用いられる。この凝集剤は、適切に希釈され、粗鉱石スラリーと混合し、充分に接触させることにより効果が発現するもので、充分に接触させるためには、例えばシックナーのフィードウエル部分で粗鉱石スラリー流中に希釈後の凝集剤を添加することが一般的である。この際、次工程以降で効率的な操業を行うためには鉱石スラリーの濃度は、４０重量％を超える濃度とすることが重要である。

一方、鉱石スラリーの粘度は、スランプ試験値の降伏応力として得られる値として、２００Ｐａ以下であることが重要である。鉱石スラリーを次工程に移送するためのポンプの能力として、一般的で安価なポンプであれば、そのスラリー移送能力が、前記、降伏応力として２００Ｐａまで、だからである。
尚、鉱石スラリーの降伏応力測定は、スランプ試験によって求めることができる。

スランプ試験は、鉱石スラリーを取り扱う実操業の現場では良く知られた方法で、コンクリートのスランプ試験方法（ＪＩＳ Ａ １１０１）に類似した方法であるが、スランプ試験の概要は次の通りである。
円筒形パイプにスラリーを充填し、水平面に直立させ、前記パイプだけを静かに上方に抜き取ると、スラリーの柱は自重によって底部が広がり高さが低くなる。
円筒形パイプの高さ（≒パイプ抜き取り直後のスラリー柱の高さ）をＨ_０とし、その後自重によって変形した後のスラリーの高さをＨ_１とし、この変化率をＳとすると、Ｓは次の数式（１）で表され、スラリーの密度がγ[ｇ／Ｌ]で判れば、下記数式２に代入し
て降伏応力［Ｐａ］が求められる。

本発明の鉱石スラリーの製造方法では、使用する凝集剤の選定において、凝集剤分子量は８〜２０×１０^６のものを選択して使用する。しかも、凝集剤の希釈率においては、凝集剤の濃度が０．１〜０．５ｇ／Ｌとなるように水で希釈する。
その希釈の方法は、特に限定されるものでは無く、少量の場合は、例えば、２００Ｌのドラム缶に１００Ｌの水を入れて、１０〜５０ｇ程度の凝集剤を投入し、１〜２ｍ程度のシャフトを有する一般的なハンドミキサーで１０分程度撹拌すればよく、大量の場合は同様な撹拌状態となるように大きな設備を使用しても良い。

また、凝集剤の添加量としては、粗鉱石スラリー中に含まれる乾燥固形分１ｔ当り、凝集剤の量として５０〜１５０ｇに相当する量の凝集剤溶液を、鉱石スラリーに添加する。
さらに、重要なのは上記固液分離装置から鉱石スラリーを抜き出す際に、温度が３５〜４５℃となるように制御することである。

このようにして調整した鉱石スラリーは、３５℃より低いと粘度が高くなり、場合によっては降伏応力が４００Ｐａ程度になることもあり、通常の移送ポンプでは不具合が生じる可能性が高く、また４５℃より高い温度であっても、例えば鉱石スラリーが移送途上で沸騰して取扱いが困難になるような高温でない限り、粘度の面では低下して移送が容易になるので好ましいが、それ以上の効果が見込めないので４５℃以下とすることが好ましい。

この鉱石スラリーの温度を制御する方法としては、特に限定されるものではなく、粗鉱石スラリーの温度を所定範囲にして固液分離装置に投入すること、固液分離装置の外壁に着脱可能な保温装置あるいは冷却装置を設置することなどにより実現される。
また、上記の温度範囲で製造された鉱石スラリーを次工程に移送するまでの区間において、配管や装置などを所定温度範囲に制御することが好ましく、同様の方法により実施することができる。

また、より好ましい実施の条件として、室温や外気温が年間を通じて余り変動のない熱帯地方から亜熱帯地方にプラントを建設することが、制御方法が容易となるので、好ましい。特に、前記した鉱石の解砕分級段階では、装置から伝導する熱や、加えられる運動エネルギーによって、粗鉱石スラリーの温度は、室温や気温よりも若干高くなり、鉱石スラリーとして最適な温度である３５〜４５℃に制御することが容易になるので、好適な地域といえる。

以上のように、本発明を実施することにより沈降濃縮して得られる鉱石スラリーの粘度として、鉱石スラリーの降伏応力が、２００Ｐａ以下となるので、高粘性スラリー用ポンプ（例えばシャーシニングポンプ）を用いることなく、安価な一般的なポンプ（例えば遠心型ポンプ）で流送可能となり、設備的なコストを上昇させること無く高効率の操業が可能となる。

尚、凝集剤の分子量として８×１０^６未満のものでは、凝集の効果が低いので沈降に時間がかかりすぎるため充分な効果がえられない。また、同じく、２０×１０^６より大きいものは、凝集、濃縮の効果が高すぎて、適切な粘度範囲に収まらなくなるため好ましくない。

また、凝集剤の希釈率においては、凝集剤の濃度が０．１〜０．５ｇ／Ｌとなるように水で希釈するが、０．１ｇ／Ｌ未満の濃度では、固液分離装置に装入される総液量（粗鉱石スラリー＋凝集剤の希釈溶液）の量が増加し、効率的でなく、０．５ｇ／Ｌより大きくなると、粗鉱石スラリーと凝集剤の希釈溶液の充分な出会い（混合）が困難となるため好ましくない。

さらに、凝集剤の添加量は、粗鉱石スラリー中の乾燥固形分１ｔ当り、凝集剤の量として５０〜１５０ｇに相当する量の凝集剤溶液とするが、前記５０ｇよりすくない範囲では、凝集剤の効果が不充分で目的の濃縮が困難になり、１５０ｇより多くてもそれ以上の効果が見込めないので好ましくない。

しかも、上記した、凝集剤の分子量、凝集剤の希釈率、凝集剤の添加量に加えて、前記温度範囲である３５〜４５℃の温度範囲に、鉱石スラリーの温度を制御することにより、鉱石スラリーの粘度が、降伏応力として２００Ｐａ以下となることが実現できるのであって、発明者らは、以上の設定した条件が、それぞれの最適な組み合せになっているからであると推測している。

以下、実施例、比較例により、より詳しく説明する。

硫酸を用いた高温加圧酸浸出法（ＨＰＡＬ法）によって、ニッケル酸化鉱石からニッケルやコバルトを回収する際の鉱石処理工程として、鉱石スラリーの製造工程で、解砕分級段階において固形成分として１００ｇ／Ｌを含む粗鉱石スラリーを製造した。
この粗鉱石スラリーを直径約２５ｍ、高さ約５ｍ、容積約２０００ｍ^３のシックナーに、流量として２５０ｍ^３／時間で装入した。

この際に、高温加圧酸浸出法（ＨＰＡＬ法）で用いられる高分子系の凝集剤を以下の条件で添加した。
凝集剤の分子量は、９．０×１０^６、凝集剤希釈液の希釈率を０．３重量％、凝集剤希釈液を添加流量１０ｍ^３／時間で装入した（鉱石１トン当たり、凝集剤１００ｇの装入）。
さらに、シックナーの沈降部分にアルメルクロメルタイプ熱電対を設置し、温度計測を行い３５℃に維持されるように保温した。

その結果、製造された鉱石スラリーの降伏応力は１８０Ｐａであり、一般的な遠心型ポンプを利用して、鉱石スラリーを次工程に移送することができた。
また、鉱石スラリーの固形物濃度が４４重量％と充分な結果が得られた。
この時の凝集剤分子量、凝集剤濃度、鉱石スラリーの降伏応力および鉱石スラリーの固形物濃度を表１に示す。
尚、鉱石スラリーの降伏応力は、スランプ試験によって求め、使用した円筒形パイプのサイズは、内径５ｃｍ、高さ８．５ｃｍである。

（比較例１）
凝集剤の分子量を、２．５×１０^６とした以外は、実施例１と同様の操業を実施した。
その結果、製造された鉱石スラリーの降伏応力は４００Ｐａであり、一般的な遠心型ポンプの利用では、鉱石スラリーを次工程に移送することができなかった。
鉱石スラリーの固形物濃度が４４重量％と充分な結果であったが、移送できないので操業を中断せざるを得なかった。
この時の凝集剤分子量、凝集剤濃度、鉱石スラリーの降伏応力および鉱石スラリーの固形物濃度を表１に示す。

（比較例２）
凝集剤を使用せず、鉱石スラリー温度を２５℃とした以外は、実施例１と同様の操業を実施した。
その結果、製造された鉱石スラリーの降伏応力は２３０Ｐａであり、一般的な遠心型ポンプの利用では、鉱石スラリーを次工程に移送することができなかった。
しかも、鉱石スラリーの固形物濃度が３９重量％と低く不充分な結果だった。
この時の凝集剤分子量、凝集剤濃度、鉱石スラリーの降伏応力および鉱石スラリーの固形物濃度を表１に示す。

（比較例３）
凝集剤を使用せず、実施例１と同様の操業を実施した。
その結果、製造された鉱石スラリーの降伏応力は１８０Ｐａであり、一般的な遠心型ポンプを利用して、鉱石スラリーを次工程に移送することができた。
ところが、鉱石スラリーの固形物濃度が３９重量％と低く不充分な結果だった。
この時の凝集剤分子量、凝集剤濃度、鉱石スラリーの降伏応力および鉱石スラリーの固形物濃度を表１に示す。

Claims (1)

1. 硫酸を用いた高温加圧酸浸出法によって、ニッケル酸化鉱石からニッケルおよびコバルトを回収する際の解砕・分級段階と、鉱石スラリー濃縮段階を含む鉱石スラリーの製造方法であって、
   前記スラリー濃縮段階が、使用する凝集剤溶液に下記（Ａ）（Ｂ）の条件をみたす凝集剤の希釈液を用い、
   （Ａ）凝集剤分子量：８×１０ ^６ 〜２０×１０ ^６
   （Ｂ）凝集剤希釈率：０．１〜０．５ｇ／Ｌ
   および、前記凝集剤の添加量を、鉱石スラリー中の乾燥固形分１トン当り、凝集剤量として５０〜１５０ｇに相当する量の凝集剤溶液を、鉱石スラリーに添加して充分な時間接触させ、
   さらに、濃縮段階から次工程に移送される際のスラリー温度を、３５〜４５℃に保持することを特徴とする。