DE2851149C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definierten Art.

Die Extraktion von Erzen und Konzentraten wird normaler­ weise durch Auslaugen mit einem Reagens, z. B. einer anorganischen Säure vorgenommen, um die enthaltenen metallischen Anteile in Metallsalze umzuwandeln, die in dem Reagens lösbar sind. Nach Entfernung der ver­ bleibenden nichtlöslichen Feststoffe des Erzes oder des Konzentrats lassen sich dann die Metallanteile aus der flüssigen Phase extrahieren.

Es ist bekannt, daß die Reaktionsgeschwindigkeit des Auslaugungsprozesses (leaching process) mit zunehmender Konzentration des Reaktionsproduktes - des Metallsalzes - abnimmt, und daß die Reaktion ein Gleichgewicht erreicht, wenn eine gegebene Konzentration erreicht wird. Es ist daher üblicherweise nicht möglich, die gesamten Metall­ anteile auszulaugen, und es muß daher entweder auf die Extraktion des restlichen Metalls verzichtet werden, oder das Erz muß nach Entfernung des bisher erzeugten Reaktions­ produktes erneut behandelt werden. In beiden Fällen geht Ausbeute verloren.

Aus der Zeitschrift "Journal of Metals", 1966, Seiten 18 bis 21 ist ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches 1 definierten Art bekannt.

Nach dieser bekannten Verfahrensweise wird jedoch keine wirklich simultane Umsetzung des Minerals mit dem Reagens und Extraktion des Reagens mit dem Ex­ traktionsmittel durchgeführt oder auch nur ange­ strebt. Zunächst wird eine Auslaugung des Minerals mit Schwefelsäure vorgenommen; eine Extraktion der Schwefelsäure mit organischem Lösungsmittel folgt darauf als zweiter, separater Schritt. Ganz ent­ sprechend ist ein Auslaug-Kreislauf und ein von diesem separater Extraktionskreislauf vorgesehen. Das Mineral wird mit Schwefelsäure ausgelaugt, bis ein bestimmter Gehalt an gelösten Metallen erzielt ist und die so eingestellte Aufschlußlösung wird dann zu einer Gegenstromsäule geführt und dort mit dem orga­ nischen Lösungsmittel extrahiert.

Dieses Verfahren benötigt aufwendige und in der Praxis zu großen technischen Problemen führende Maß­ nahmen, um die Säurephasen richtig einzustellen und eine wirtschaftliche Gewinnung der gewünschten An­ teile zu ermöglichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäße Ver­ fahren unaufwendiger und wirksamer zu gestalten.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein gattungsgemäßes Verfahren mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen nennen die Unteran­ sprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren setzt man das aufzuarbeitende Mineral in Gegenwart des Extraktions­ mittels mit dem Reagens um, so daß die vom Auslaug­ mittel aus dem Mineral gelösten Stoffe sogleich wie­ der durch das Extraktionsmittel aus dem Auslaugmittel entfernt werden. Das bewirkt, daß das Auslaugmittel sozusagen kontinuierlich erneuert wird und damit immer in hochwirksamer Form mit geringem Gehalt an bereits gelösten Anteilen auf das Mineral einwirken kann. Einer Einstellung des Auslaugmittels (bei­ spielsweise Schwefelsäure) auf bestimmte Gehalte be­ darf es hierbei nicht.

Wenn die Mischung aus Mineral und flüssigem Reagens durch die Kontaktbehandlungsvorrichtung geführt wird, schreitet die Auslaugreaktion zwischen Mineral und Reagens unter Anreicherung gelöster Bestandteile in der Reagensphase fort. Durch die wiederholte Kon­ taktierung der Reagensphase mit dem Extraktionsmittel werden jedoch die Anteile extrahiert und praktisch im gleichen Ausmaß wieder aus der Reagensphase entfernt, so daß die Konzentration der herausgelösten Anteile im Reagens kontinuierlich niedrig bleibt. Daher fällt die Auslaugrate nicht nennenswert ab, die Herauslö­ sung der Anteile aus dem Mineral ist sehr viel schneller und wirksamer als bei dem bekannten Ver­ fahren, und der Lösungsmittelverlust beim Ablassen des Reagens ist besonders niedrig.

Eine Kontaktbehandlungsvorrichtung, die im erfin­ dungsgemäßen Sinne eingesetzt werden kann, beschreibt die US-PS 36 49 209.

Obwohl die Erfindung vorwiegend beim Extrahieren von Metallanteilen Verwendung findet, lassen sich ebenfalls nichtmetallische Anteile, z. B. Phosphor aus Phosphaten, Bor aus Boraten und Schwefel aus Sulfiden extrahieren.

Vorteilhafterweise besteht innerhalb der Kontaktbehandlungsvorrichtung eine Tendenz zur Ausbildung dreier getrennter Phasen, einer untersten Phase, die aus Feststoffen in Kontakt mit dem Auslaugreagens besteht, einer mittleren Phase, in welcher dieses Reagens vorherrscht und einer oberen Phase aus Extraktionsmittel. Die Phasen werden kontinuierlich während ihres Durchtritts durch die Kontaktbehandlungsvorrichtung in Kontakt miteinander gebracht, so daß der Auslaugvorgang kon­ tinuierlich stattfindet und das Extraktionsmittel wirksam das durch das Reagens herausgelaugte Produkt entfernen kann. Der Feststoffstrom und der Extraktions­ mittelstrom können durch die Kontaktbehandlungsvor­ richtung im wesentlichen horizontal hindurchlaufen, während Behälter innerhalb der Kontaktbehandlungsvor­ richtung die Feststoffe wiederholt anheben und sie durch die Kontaktbehandlungsvorrichtung fallen lassen und das Extraktionsmittel wiederholt nach unten mit­ nehmen, so daß es anschließend aufwärts durch die Phase des Reagens, in der das herausgelaugte Produkt ent­ halten ist, hindurchwandern kann.

Dem die Kontaktbehandlungsvorrichtung veranlassenden, die Anteile enthaltenden Extraktionsmittel­ strom können diese entzogen und der Extraktionsmittelstrom kann dann der Kontakt­ behandlungsvorrichtung erneut zugeführt werden. Der Entzug der Anteile läßt sich bevorzugt kon­ tinuierlich in einer zweiten Kontaktbehandlungsvor­ richtung vornehmen, die der ersten Kontaktbehandlungs­ vorrichtung ähnlich sein kann, und in der der Ex­ traktionsmittelstrom und eine Elutionsflüssigkeit gegensinnig strömen. Der von der zweiten Kontaktbe­ handlungsvorrichtung abgegebene Elutionsstrom kann dann derart weiterbehandelt werden, daß die Anteile ausfallen; anschließend kann der Elutionsstrom der zweiten Kontaktbehandlungsvorrichtung wieder zugeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird besonders vorteilhaft zur Extraktion von Uran und Kupfer aus Erzen und Kon­ zentraten verwendet, es läßt sich jedoch auch zur Extraktion von anderen Metallanteilen, wie z. B. Nickel, Kobalt, Vanadium, Zink, Molybdän, Mangan, Kadmium und Wolfram einsetzen. Das verwendete Auswaschreagens hängt von dem zu bearbeitenden Erz oder Konzentrat ab, für Uran und Kupfer wird bevorzugt Schwefelsäure ver­ wendet, die eine Konzentration größer als 30% aufweist. Um eine große Geschwindigkeit der Auslaugreaktion zu erhalten, wird die Temperatur der Materialien in der Kontaktbehandlungsvorrichtung auf einem über der Umgebungstemperatur liegenden Temperatur­ wert gehalten. Die Temperatur liegt gewöhnlicherweise zwischen 40°C und 100°C, sie kann jedoch 100°C über­ schreiten, wenn der Druck innerhalb der Kontaktbe­ handlungsvorrichtung über dem Luftdruck liegt.

Das Verfahren wird normalerweise bei Luftdruck durch­ geführt, es kann jedoch auch bei einem hohen Druck ablaufen, wenn das Verfahren dies zur Verwirklichung eines verbesserten Wirkungsgrades oder aus einem anderen Grund erfordert.

Das verwendete Extraktionsmittel hängt ebenfalls vom zu extrahierenden Metall ab, es besteht jedoch bevor­ zugt aus einem der folgenden drei Typen (oder aus einer Mischung dieser Typen): Einem organischen Lösungsmittel für die Metallanteile, oder einem flüssigen oder teil­ chenförmigen Ionenaustauschharz, welches zum Heraus­ holen der Metallanteile fähig ist, oder einem Chelat­ bildner für Metallanteile. Das Extraktionsmittel kann ein Alkyl-Phorphorsäure-Derivat, ein Alkylamin, ein Hydroxyoxim, ein Kationenaustauscherharz, wie z. B. Karbonsäure- oder Sulfonsäuregruppen ent­ haltende Harze, oder ein Anionenaustauscherharz sein, welches eine schwach oder stark basische funktionelle Gruppe, z. B. eine tertiäre Aminogruppe enthält. Wenn das Extraktionsmittel ein Chelatbildner ist, kann der Extraktions­ mittelstrom aus dem Chelatbildner bestehen, der von einer Trägerflüssigkeit, z. B. Kerosin getragen wird. Sofern das Extraktionsmittel ein teilchenförmiges Ionen­ austauscherharz mit geringem Gewicht ist, besteht der Extraktionsstrom aus den Teilchen, die in einer Träger­ flüssigkeit, z. B. verdünnter Schwefelsäure, transportiert werden.

Das Extraktionsmittel kann ferner zwei oder mehrere verschiedene Konstituenten besitzen, die vom oben angegebenen Typ oder hiervon unterschiedlichem Typ sind; aus syner­ gistischen Gründen oder zur gleichzeitigen Extraktion von mehr als einem Anteil wird bevorzugt mehr als ein Kon­ stituent verwendet.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die folgende Beschreibung betrifft die Extraktion von Uran aus Uranerzkonzentraten, durch geeignete Änderung der verschiedenen Reagentien lassen sich jedoch auch andere geeignete Metalle, insbesondere die oben genannten Metalle mit dem erfindungsgemäßen Verfahren extrahieren.

Das zerkleinerte und gemahlene Erzkonzentrat, welches in einer wäßrigen Schlammform extrahiert werden soll, wird mit Schwefelsäure als Auswaschreagens bei einer Temperatur von etwa 50°C bis 60°C in einem Schlamm­ aufbereiter 12 gemischt und dann dem Boden an einem Ende einer Mehrkammer-Kontaktbehandlungsvorrichtung 13 zugeführt, die z. B. in der US-PS 36 49 209 beschrieben ist. In jeder Kammer dieser Kontaktbehandlungsvorrichtung sind kontinuierlich drehende Eimer vorgesehen, welche die Phasen innerhalb der Kontaktbehandlungsvorrichtung wieder­ holt miteinander in Kontakt bringen. Der Schlamm aus Erz­ feststoffen und Auswaschreagens läuft kontinuierlich durch die Kontaktbehandlungsvorrichtung hindurch und wird am anderen Ende an der Leitung 16 ausgegeben.

Ein Extraktionsmittelstrom wird mittels der Leitung 15 auf der Oberseite in die Kontaktbehandlungsvorrichtung 13 eingegeben und läuft gegensinnig zum Schlammstrom durch die Kontaktbehandlungsvorrichtung hindurch und verläßt diese durch die Leitung 16. Das Extraktionsmittel stellt ein selektives Lösungsmittel für die Metallanteile im Schlamm dar und kommt von einer Extraktionsmittel-Aufbe­ reitungseinheit 19 her, der ein oder mehrere Extraktions­ mittel zugeführt werden.

Das Extraktionsmittel ist mit dem Auswaschreagens nicht- mischbar und besitzt eine Dichte, die kleiner als die­ jenige des Auswaschreagens ist. Die Materialien inner­ halb der Kontaktbehandlungsvorrichtung bewegen sich folglich durch die Kontaktbehandlungsvorrichtung in drei Phasen - in der untersten Phase, die aus den Festanteilen des Erzes besteht, welche mit dem Auswasch­ reagens in Kontakt sind, einer mittleren Phase aus Aus­ waschreagens, und einer obersten Phase aus Extraktions­ mittel. Die rotierenden Eimer heben wiederholt die Feststoffe zusammen mit dem Reagens nach oben durch die Kontaktbehandlungsvorrichtung hindurch an und geben sie verteilt durch die Extraktionsmittel- und Reagens­ phasen ab. Gleichzeitig wird das Extraktionsmittel nach unten gegen den Boden der Kontaktbehandlungsvorrichtung geführt und strömt durch die Reagensphase aufwärts. Auf diese Art und Weise werden die Phasen miteinander in Kontakt gebracht, wodurch eine schnelle Reaktion ohne starke Durchrührung erfolgt.

Die Temperatur innerhalb der Kontaktbehandlungsvor­ richtung wird auf eine für die Auswaschreaktion zwischen dem Erzkonzentrat und der Schwefelsäure optimale Temperatur, z. B. zwischen 50 und 60°C gehalten, und während sich der Schlamm durch die Kontaktbehandlungsvorrichtung hin­ durchbewegt, erfolgt diese Reaktion fortschreitend, wodurch Uranylsulphat erzeugt wird, das in der Reagens­ phase in Lösung geht. Die wiederholte Kontaktierung der Reagensphase mit dem Extraktionsmittel bewirkt, daß die Metallanteile bei ihrer Erzeugung von dem Auswaschreagens extrahiert und weggeführt werden, so daß die Konzentration des herausgewaschenen Produkts, welches in Kontakt mit dem Auswaschreagens und den Erzfeststoffen ist, inner­ halb der gesamten Kontaktbehandlungsvorrichtung auf einem kleinen Wert gehalten wird. Die Geschwindigkeit der Auswaschreaktion fällt somit nicht wesentlich ab, und die Entfernung der anfänglich in dem Erz enthaltenen Metallanteilen wird schneller und wirksamer vorgenommen, bevor die Feststoffe durch die Leitung 14 abgegeben werden. Mit dem Auswaschreagens geht wenig Extraktions­ mittel verloren.

Die abgegebene Strömung in der Leitung 14, die vorwiegend aus den restlichen, nicht löslichen Erzfeststoffen und aus Schwefelsäure besteht, wird in einem trichterförmigen Separator 17 behandelt, in dem sich die schwereren Teil­ chen setzen, die flüssige Phase wird dann in einem Fein­ gut-Separator 18 behandelt und, falls erforderlich, nach Einstellung der Säurekonzentration in den Schlamm­ aufbereiter 12 zurückgegeben. Die abgetrennten Feststoffe werden zusammen mit dem Feingut auf dem Separator 18 über die Leitung 20 abgegeben.

Der über die Leitung 16 von der Kontaktbehandlungsvor­ richtung abgegebene, die Metallanteile enthaltende Ex­ traktionsmittelstrom wird zur Gewinnung der Metallanteile weiterbehandelt und dann über die Leitung 21 zur Einheit 19 zurück in den Verfahrenszyklus gegeben. Der abgegebene Extraktionsmittelstrom wird gemäß der Figur einer zweiten Kontaktbehandlungsvorrichtung 22 zugeführt, die einen ähnlichen Aufbau wie die Kontaktbehandlungsvorrichtung 13 aufweisen kann, und durch welche der Extraktionsmittel­ strom gegensinnig zu einer Strömung aus Elutionslösung fließt, welche über die Einlaßleitung 23 eingegeben wird; verwendet wird eine für diesen Zweck bekannte Elutions­ lösung, die bevorzugt eine Mineralsäure und/oder ein Säuresalz enthält. Der von den Metallanteilen befreite Extraktionsmittelstrom wird von der Kontakt­ behandlungsvorrichtung abgegeben und kehrt über die Leitung 21 in den Verfahrenszyklus zurück, während der Elutionsstrom über die Leitung 24 in ein Ausfäll­ gefäß 25 geleitet wird, welches über die Leitung 26 Ammoniak zugeführt erhält. Die Metallanteile werden aus der Elutionsflüssigkeit ausgefällt und im Separator 27 von dieser Lösung getrennt, anschließend wird die Elutions­ lösung nach einer geeigneten Einstellung der Salz- und/oder Säurekonzentration über die Leitung 23 zugeführt, und der metallhaltige Niederschlag wird zur weiteren Behand­ lung weggeführt.

Der in die Kontaktbehandlungsvorrichtung 13 eingeführte Extraktionsmittelstrom besteht für Uran aus einem organischen Lösungsmittel oder einem Chelatbildner, der in Kerosin getragen wird, oder aus einem Ionenaustauscher­ harz in Form von Teilchen mit kleinem Gewicht, die in einer Trägerflüssigkeit, z. B. einer verdünnten Schwefel­ säure getragen werden.

Der aus der Kontaktbehandlungsvorrichtung 13 austretende Extraktionsmittelstrom muß eventuell vor dem Eintritt in die Kontaktbehandlungsvorrichtung 22 behandelt werden. In den Fällen, in denen ein Ionenaustauscherharz als Extraktionsmittel verwendet wird, das in einem Träger­ strom aus Schwefelsäure getragen wird, wird z. B. die Strömung in der Leitung 16 an der Stelle 28 behandelt, um die Schwefelsäure durch Sieben zu entfernen, an­ schließend wird diese Strömung mit Wasser gewaschen.

Claims (8)

1. Verfahren zum Extrahieren mindestens eines Metall­ anteils, insbesondere Kupfer, Uran, Nickel, Kobalt, Vanadium, Zink, Molybdän, Mangan, Kadmium oder Wolfram, oder eines Nichtmetallanteils aus einem Mineral, bei dem das Mineral mit einer Laugungslösung behandelt wird, eine Solventextraktion mit einem Ex­ traktionsmittel, das mit der Laugelösung nicht mischbar und eine kleinere Dichte als die Laugungslö­ sung aufweist, durchgeführt wird und nach Ausbildung getrennter Phasen die organische Phase beladen mit dem Metall- oder Nichtmetallanteil und die wäßrige Phase, enthaltend die Laugungslösung und ungelöste Feststoffe, abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Suspension aus zer­ kleinertem Mineral und einer Laugungslösung herge­ stellt wird und die Suspension durch eine Kontaktbe­ handlungsvorrichtung, in der die Laugung durchgeführt wird und in der die Suspension im Gegenstrom mit einem Extraktionsmittel kontaktiert wird, hindurchge­ leitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Laugungslösung Schwefelsäure mit einer Konzentration von mehr als 30% eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Kontaktbe­ handlungsvorrichtung eine Temperatur zwischen 40°C und 100°C eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Extraktionsmittel­ strom ein organisches Lösungsmittel für den oder die Metall- oder Nichtmetallanteile, ein flüssiges oder teilchenförmiges Ionenaustauscherharz, welches sich zum Einfangen des oder der Anteile eignet, und/oder einen Chelatbildner für den oder die Metall- oder Nichtmetallanteile enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Extraktionsmittel verwendet wird, das ein Alkyl-Phosphorsäure-Derivat, ein Alkalyamin oder Hydroxyoxim enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Extraktionsmittel ein Kationenaustauscherharz mit Karbonsäure- oder Sulfon­ säuregruppen, oder ein Anionenaustauscherharz mit einer tertiären Aminogruppe verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Kontaktbehand­ lungsvorrichtung gebildeten Phasen kontinuierlich während ihres Durchgangs durch die Kontaktbehand­ lungsvorrichtung durch Gefäße innerhalb der Kontakt­ behandlungsvorrichtung, die die Feststoffe wiederholt anheben und durch die Kontaktbehandlungsvorrichtung fallenlassen und die wiederholt das Extraktionsmittel abwärts führen, so daß es anschließend aufwärts strömen kann, miteinander in Kontakt gebracht werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Extraktionsmittel­ strom, der die eingefangenen Metall- oder Nichtme­ tallanteile enthält, aus der Kontaktbehandlungsvor­ richtung abgezogen, von den Metall- oder Nichtmetall­ anteilen befreit und in den Verfahrenszyklus zurück­ gegeben wird.