JP7112677B2 - コバルトの選択浸出方法 - Google Patents

Description

本発明は、銅や鉄を含んだコバルト含有物を用いたコバルト製錬において生成するコバルト製錬中間物から、コバルトを選択的に浸出する方法に関する。
特に、銅とコバルトを含んだ鉱石やスクラップを製錬処理して得た中間物からのコバルトの浸出に適用できる。

世界に存在するコバルトの天然原料は、コンゴやザンビアに局在化している堆積性層状銅鉱床、赤道下に多いニッケルラテライト鉱床およびカナダ、ロシア、オーストラリアなどの銅、ニッケル鉱床が主流であり、中でも堆積性層状銅鉱床の埋蔵量が最も多いことが知られている。

堆積性層状銅鉱床の処理プロセスは、大きく分けて湿式法と乾式法の２種類がある。いずれの方法でも、それぞれ銅とコバルトを分離して精製し、銅は電気銅とし、コバルトは製錬中間物を経てさらに精製され、最終的にはコバルトやニッケル製品が生産される。

乾式法の代表的なプロセスとして、特許文献１に開示されているように、還元溶融して銅とその他の元素とを粗分離し、その他の元素を含んだスラグを精製してコバルト製錬中間物を回収する方法がある。
上記方法で回収したコバルト製錬中間物は、さらに水酸化物や合金形態などの形態に応じて様々な方法で処理される。
これらの処理に際しては、いずれの処理であっても原料に由来する銅や鉄を含んでいる。

このようなコバルト製錬中間物を処理するプロセスとして、例えば硫酸を用いてコバルト製錬中間物を溶解し、中和や溶媒抽出法により不純物を除去してコバルトやニッケル製品を回収する方法がある。
しかしこのような方法では、硫酸を用いてコバルト製錬中間物を浸出する際に、銅や鉄などの不純物元素も同時に浸出してしまうため、後工程において不純物を除去するために薬剤を消費し、工程が長くなるなどの課題がある。

このように、銅とコバルトを含む中間品などからコバルトを効率よく分離することは難しかった。
また、ニッケルと銅を含有する中間原料を処理する場合も、コバルトと化学的性質の似たニッケルを銅と効率よく分離することは容易でなく、同様な課題があった。

国際特許公開 ＷＯ／２００８／１５５４５１号公報

このような状況の中で、本発明は製錬工程内において使用する薬剤の消費量を減少させると共に、生産効率を高めることが可能なように、銅や鉄、特に銅を含むコバルト製錬中間物を浸出するとき、銅や鉄の浸出を抑え、コバルトを選択的に浸出するコバルト浸出方法の提供を目的とするものである。

上記の課題を解決するための本発明の第１の発明は、コバルトと銅を含む製錬中間物、或いはコバルトとニッケルと銅を含む製錬中間物から前記コバルトを浸出するコバルトの選択浸出方法において、下記（１）から（３）に示す処理工程を順に付すことで、前記製錬中間物に含まれる前記コバルト、または前記ニッケルとコバルトから銅を分離することを特徴とするコバルトの選択浸出方法。

（記）
（１）前記製錬中間物に、スラリー化溶液を加えてスラリーを得るレパルプ工程。
（２）前記（１）のレパルプ工程で得られたスラリーに、硫黄と硫酸溶液を添加して作成した原料スラリーを圧力容器内に装入し、次いで酸素を含んだ気体によって加圧しながら加圧容器内を加熱して前記製錬中間物を浸出して浸出後スラリーを得る浸出工程。
（３）前記（２）の浸出工程で得られた浸出後スラリーを、固液分離して液相となるコバルトを含む浸出液と、固相となる銅を含む浸出残渣とに分離する固液分離工程。

本発明の第２の発明は、第１の発明における製錬中間物の平均粒径が、１～３００μｍの範囲の大きさであることを特徴とするコバルトの選択浸出方法である。

本発明の第３の発明は、第１の発明における浸出工程での浸出温度が、６０～１３０℃の範囲であることを特徴とするコバルトの選択浸出方法である。

本発明の第４の発明は、第１の発明における浸出工程における前記気体による加圧の圧力が、０．０１～１．０ＭＰａの範囲であることを特徴とするコバルトの選択浸出方法である。

本発明の第５の発明は、第１の発明における製錬中間物が、コバルトやニッケルを含有する硫化鉱石を還元熔融処理して回収したコバルトとニッケルの混合メタル、コバルトとニッケルの混合硫化物、コバルトの金属粉末、の少なくとも１つであることを特徴とするコバルトの選択浸出方法。

本発明の第６の発明は、第１から第５の発明におけるスラリー化溶液が、水または水と前記製錬中間物を形成する際に発生した溶液との混合溶液であることを特徴とするコバルトの選択浸出方法である。

本発明によれば、特に銅を含む製錬中間物を浸出するとき、銅の浸出を抑えながら、コバルトを選択的に浸出することができ、銅を分離するための後工程を効率化することができる。

本発明は、コバルトと銅や鉄を含む製錬中間物からコバルトを選択的に浸出する際に、銅の浸出を抑え、コバルトを選択的に浸出するもので、特に銅の浸出抑制に効果を示すものである。

以下、本発明のニッケルとコバルトの浸出方法について詳細を説明する。
本発明における製錬中間物からのコバルトの選択浸出方法の特徴は、下記（１）から（３）に示す工程を順に経ることで銅を分離し、コバルトの浸出が成されるものである。

（１）前記製錬中間物に、水または水と製錬中間物を形成する際に発生した溶液との混合溶液であるスラリー化溶液を加えてスラリーを得るレパルプ工程。
（２）前記（１）のレパルプ工程で得られたスラリーに、硫黄と硫酸溶液を添加して作成した原料スラリーを圧力容器内に装入し、次いで酸素を含んだ気体によって加圧しながら加圧容器内を加熱して前記製錬中間物を浸出して浸出後スラリーを得る浸出工程。
（３）前記（２）の浸出工程で得られた浸出後スラリーを、固液分離して液相となるコバルトを含む浸出液と、固相となる銅を含む浸出残渣とに分離する固液分離工程。

［粉砕工程］
この粉砕工程では、原料となるコバルトと銅や鉄、特に銅を含む製錬中間物や、コバルトとニッケルと、銅や鉄、特に銅を含む製錬中間物を粉砕し微細化する。その粉砕は、一般的なボールミルや振動ミルなどを用いて粉砕することができる。
このとき、粉砕後の平均粒径が、１～３００μｍの大きさにすることが望ましい。１μｍ未満にまで粉砕するには、莫大なエネルギーと多くの設備が必要となり、工業的には不向きで、望ましくないが、粉砕による欠片として形成される微細物は篩などによる分離が難しいこともあって粉砕後の原料に含まれていても良い。また、３００μｍを超える粗大な径では浸出反応が悪化し、目的の浸出速度が得られないなど好ましくない。

［レパルプ工程］
次に、粉砕後の原料に、水もしくは水と製錬中間物を形成する製錬プロセスの工程内で発生した繰返し利用可能な溶液の混合液をスラリー化溶液として加えてスラリー化する。この際に、原料中の銅モル量に対して０．５～２．０倍モル量となる硫黄を添加する。０．５倍モル量未満であると銅の溶出量が増加し、一方２．０倍モル量を超えて添加しても効果がない。

併せて、原料中のコバルトとニッケルおよび鉄を合計したモル量に対し０．１～２．０倍モル量の硫酸を添加して原料スラリーを作製する。
０．１倍モル量未満であるとコバルトやニッケルの溶出量が低下して浸出が不調となるが、２．０倍モル量を超えて添加しても浸出に対する更なる効果が見られず無駄である。

［浸出工程］
次に、上記原料スラリーを浸出工程に供し、浸出後スラリーを得る。
この浸出工程では、圧力容器に原料スラリーを充填し、加圧条件下で混合、撹拌しながら加温し、ニッケルやコバルトを溶出させる。このとき加圧するために圧力容器内に注入する気体としては酸素を含む気体であればよく、純酸素や空気を使用することができる。

このときの圧力容器内の圧力は、０．０１～１．０ＭＰａの範囲とする。
また、温度は６０～１３０℃の範囲とする。６０℃未満では反応が進まず、１３０℃を超えると反応速度が上昇し、不純物を余分に溶出させてしまう。
保持時間は特に制限されないが、１～５時間が望ましい。
なお、本発明では、反応容器内の酸素を上記の圧力範囲に維持することで酸素がスラリーに効率よく供給されることが重要であり、温度は必ずしも大気圧下での限界である１００℃を超えるまで上昇させる必要はない。

［固液分離工程］
前工程の浸出工程で得られた浸出後のスラリーは、フィルタープレスや遠心分離機など工業的に広く用いられる機器などを使用して固形と溶液を分離し、コバルトを含む浸出液と、銅を含む浸出残渣に分離できる。なお、製錬中間物に含まれていたニッケルはコバルトと共に浸出液に移り、鉄は銅と同様に浸出残渣に濃縮される。

このようにして回収された浸出液は、別途溶媒抽出法など公知の方法を用いて精製することによりコバルトを分離し、コバルト製品を得ることができる。
また、浸出残渣は、銅製錬の原料として公知の方法を用いて処理させることにより銅製品を得ることができる。

以下、実施例を用いて本発明を、より詳細に説明する。

銅６１％、鉄３５％、コバルト３％を含む製錬中間物を、ディスクミルを用いて粉砕した後、目開き１５０μｍの篩で選別し、篩下を回収した。
次に、回収した粉砕後の製錬中間物１００ｇに濃度６４重量％の硫酸溶液２８ｍｌ（コバルトと鉄を合計したモル量に対し０．４倍モル量）と粉砕した硫黄１５ｇ（銅モル量に対し０．５倍モル量）を加え、イオン交換水を全体が１０００ｍｌとなるように加えて撹拌して原料スラリーとした。

その原料スラリーを圧力容器に充填し、密閉した後に容器内部の圧力が１．０ＭＰａを維持するように純酸素を供給しながら混合、撹拌しながら、加熱して容器内のスラリーの温度が９０℃になるまで昇温し、２時間維持して浸出後スラリーを生成させた後、自然冷却した。
このときの酸素供給量は合計８９Ｌであった。

常温まで冷却した後、圧力容器から取り出した浸出後スラリーを濾瓶とヌッチェを用いて浸出液（濾液）と浸出残渣（固形分）とに固液分離した。
浸出液と浸出残渣中の銅、鉄、コバルトの濃度をそれぞれ分析し、供給したコバルト製錬中間物が浸出液に溶出した割合（浸出率）を算出した。浸出率はコバルトが９８％となり、一方銅は１４％、鉄は＜１％に抑制され、銅を分離し、コバルトを選択的に浸出できていた。

（比較例１）
実施例１と同じ製錬中間物３０ｇに、硫黄を添加せずに６４％硫酸７４ｍｌ（コバルトと鉄を合計したモル量に対し２．２倍モル量）、を加え、イオン交換水を全体が３００ｍｌとなるように加えて比較例１に係る原料スラリーを作製した。

大気中で撹拌しながら空気を２Ｌ／ｍｉｎ吹込み、６０℃で６時間保持し、浸出後スラリーを生成した。
得られた浸出後スラリーを、実施例１と同様の方法で算出した浸出率は、コバルトが９９％以上であったものの銅も９９％以上、鉄も９４％浸出され、コバルトを選択的に浸出することはできなかった。

Claims (6)

1. コバルトと銅を含む製錬中間物、或いはコバルトとニッケルと銅を含む製錬中間物から前記コバルトを浸出するコバルトの選択浸出方法において、
   下記（１）から（３）に示す処理工程を順に付すことで、前記製錬中間物に含まれる前記コバルト、または前記ニッケルとコバルトから銅を分離することを特徴とするコバルトの選択浸出方法。
   
   （記）
   （１）前記製錬中間物に、スラリー化溶液を加えてスラリーを得るレパルプ工程。
   （２）前記（１）のレパルプ工程で得られたスラリーに、硫黄と硫酸溶液を添加して作成した原料スラリーを圧力容器内に装入し、次いで酸素を含んだ気体によって加圧しながら加圧容器内を加熱して前記製錬中間物を浸出して浸出後スラリーを得る浸出工程。
   （３）前記（２）の浸出工程で得られた浸出後スラリーを、固液分離して液相となるコバルトを含む浸出液と、固相となる銅を含む浸出残渣とに分離する固液分離工程。
2. 前記製錬中間物の平均粒径が、１～３００μｍの範囲の大きさであることを特徴とする請求項１に記載のコバルトの選択浸出方法。
3. 前記浸出工程での浸出温度が、６０～１３０℃の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のコバルトの選択浸出方法。
4. 前記浸出工程における前記気体による加圧の圧力が、０．０１～１．０ＭＰａの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のコバルトの選択浸出方法。
5. 前記製錬中間物が、コバルトやニッケルを含有する硫化鉱石を還元熔融処理して回収したコバルトとニッケルの混合メタル、コバルトとニッケルの混合硫化物、コバルトの金属粉末、の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載のコバルトの選択浸出方法。
6. 前記スラリー化溶液が、水または水と前記製錬中間物を形成する際に発生した溶液との混合溶液であることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のコバルトの選択浸出方法。