JP2004516383A - 銅精鉱のリーチング方法 - Google Patents

Abstract

本発明は硫黄・鉄を含有する銅精鉱を向流原理に基づいて塩化物環境においてリーチングする方法に関するものである。このリーチングは、２価の銅イオンおよび含酸素ガスを利用して、通常の圧力下、および最高でも溶液の沸点に等しい温度下において、多工程からなる連続した処理として行なう。非溶解性固体の一部は、固体の主たる流れに逆行して、先行する工程であるリーチング工程または反応装置の１つに還流させ、これによってリーチング時間を延長することにより、リーチングによって除鉄された鉄の殆どを赤鉄鉱として回収する。

Description

【０００１】
本発明は硫黄・鉄を含有する銅精鉱を向流原理に基づいて塩化物環境においてリーチングする方法に関するものである。このリーチングは、２価の銅イオンおよび含酸素ガスを利用して、通常の圧力下、および最高でも溶液の沸点に等しい温度下において、多工程から成る連続した処理として行なう。非溶解性固体の一部は、固体の主たる流れに逆行して、先行する工程であるリーチング工程または反応装置の１つに還流させ、これによってリーチング時間を延長することにより、リーチングによって除鉄された鉄の殆どを赤鉄鉱として回収する。
【０００２】
硫化精鉱などの含銅原料の向流リーチングは、従来技術公報、例えば米国特許第５，４８７，８１９号に記載されている。含銅黄鉄鉱／黄銅鉱のリーチングの反応全体は、上記公報によれば、次の式によって与えられる。
ＣｕＦｅＳ_２＋Ｃｕ^２＋＋３／４Ｏ_２＋１／２Ｈ_２Ｏ
＝ＦｅＯＯＨ＋２Ｃｕ^１＋＋＋２Ｓ^０ （１）
この反応から、鉄が濾過器から針鉄鉱析出物として除去されるということが分かる。その後、同一の工程に関する論文、すなわちＰ．Ｋ．エベレット著「国際協会によるインテク銅処理工程の開発、湿式冶金１９９４、ＩＭＭ−ＳＣｌ、ケンブリッジ、英国、１９９４年７月１１日〜１５日」によれば、リーチングは３工程にわたって約８０〜８５℃の温度で行なわれ、得られた針鉄鉱は赤金鉱またはベータ針鉄鉱（β−針鉄鉱）であることが報告された。さらに、同一の工程について記載した論文、すなわちＡ．Ｊ．モイエス他著「インテク銅『ワン』ＴＰＤ実演プラントの運転、アルタ１９９８硫化銅シンポジウム、ブリスベン、オーストラリア、１９９８年１０月１９日」には、第１９頁に処理のフローチャートが記載されている。このフローチャートによれば、向流リーチングは３工程にわたって行なわれ、各工程に３つの反応装置が存在し、各工程の間で析出物が得られる。
【０００３】
基礎的な化学文献によれば、赤金鉱は針鉄鉱の準安定な形態であり、かかる根拠に基づけば、廃棄物として特に有利な形態とは言えない。亜鉛の湿式冶金において、鉄の析出物はジャロサイト、針鉄鉱または赤鉄鉱の３つの形態をとりうることが知られている。赤鉄鉱が最も安定な化合物であり、そのため稼動時間が長い場合には廃棄物処理の手段として適切であることも知られている。しかし、赤鉄鉱の欠点は、生成するのに最も費用がかさむという事実である。なぜなら、赤鉄鉱の生成にはオートクレーブ反応条件が必要だからである。Ｆ．Ｗ．シュバイツァー他の論文「デュバルのクリアー湿式冶金処理、塩化物の電解製錬、ＡＩＭＥ、１９８２年、ニューヨーク」第２２３頁には、赤鉄鉱は１５０℃より高い温度でないと生成されないことが記載されている。
【０００４】
出願人には、上述の従来技術による向流リーチングでは、リーチング反応装置の能力を最大限まで利用できないということも分かっている。従来の方法では、固体は連続してリーチング装置を通過するが、固体のリーチングに関して、この伝播速度は最適なものではないからである。固体をリーチングする観点からは、可能な限り遅延時間をとった方が好ましい。
【０００５】
今回開発した方法は、塩化物環境で行なう硫黄・鉄を含有する銅精鉱のリーチングに関するものである。これにより、実質的に鉄を含まない塩化アルカリ−塩化銅溶液が得られ、鉄は析出物として回収可能である。このリーチングは向流原理に基づき、複数の工程にわたって連続して実行する。銅精鉱は大気圧条件下で、最高でも溶液の沸点に等しい温度でリーチングし、精鉱に含まれる鉄は主として赤鉄鉱として析出させる。本発明の本質的な特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されている。
【０００６】
本発明の特徴は、精鉱を長い遅延時間をとってリーチングすることである。長い遅延時間をとることによって、固体のリーチング時間は、反対方向の処理液の流動時間に比べて、著しく長くなる。リーチング工程からの固体を、他の固体による主たる流れの伝播の方向に逆行して再循環もしくは還流させるか、あるいは、いずれかのリーチング工程内で固体を再循環もしくは還流させることによって、固体のリーチング時間を長くすることが可能である。固体をリーチングへ還流させることによって、赤鉄鉱を生成することが可能である。なぜなら、出願人は、仮に固体のリーチング時間が十分に長く、固体含有量が十分に高ければ、鉄は大気圧条件下で赤鉄鉱として析出可能であることを見出したからである。固体を再循環させた結果、リーチング時間が長くなると、リーチング反応装置の能力を最大限まで利用することも可能となる。
【０００７】
したがって、今回開発した方法では、固体を処理の最後から最初に還流させることにより、固体を再循環させる。そこで、処理中、複数の反応装置を含むいずれの工程においても、その工程の最後の反応装置群から最初の反応装置へ固体を還流させるか、あるいは、単一の反応装置内で再循環を実行してもよい。いずれの工程の最後または反応装置の後においても、一般に濃縮槽を用いて液体と固体とを分離する。分離により、工程間においてオーバフローとして生じる溶液は、固体および固体析出物の流れの方向に関して先行する工程に導入する。一方、アンダフローは殆ど次のリーチング工程に導入する。本発明によれば、ここで、１つまたはすべての工程におけるアンダフローの一部は、いずれかの先行する、または同一のリーチング工程におけるいずれの反応装置に還流させてもよい。好ましくはその工程の最初の反応装置に還流させる。
【０００８】
出願人の経験上、市販の精鉱（銅２５％）を使用すると、その工程の最初の反応装置における固体含有量は少なくとも２５０ ｇ／ｌとなり好ましい。固体を再循環させると、赤鉄鉱の核生成および結晶成長にとって好ましい状態が作られる。本発明によれば、固体が再循環しない場合のリーチング時間の少なくとも２倍、好ましくは３倍の固体のリーチング時間が得られるよう、固体を再循環させ、あるいは還流させる。出願人の経験では、赤鉄鉱の形成には少なくとも１０時間のリーチング時間が必要である。
【０００９】
銅精鉱を塩化物環境でリーチングすると、精鉱に含有される鉄は、まず、２価のイオンとして溶解するが、空気などの含酸素ガスをリーチング反応装置内に吹き込むことにより、リーチングされた鉄は３価に酸化し、溶液から析出する。また、その析出物は元素態原料である硫黄を含んでいる。上述のように、鉄は、大気圧条件下であっても、リーチング時間が十分に長く、十分な析出核が存在していれば、赤鉄鉱として析出させることが可能である。赤鉄鉱と針鉄鉱とははっきりと色が異なり、針鉄鉱は灰色であるが赤鉄鉱は赤色である。したがって、それらは色によって明確に識別できる。
【００１０】
本発明による方法を、さらに実施例を参照して説明する。
実施例
本発明による方法と伝統的な技術とを比較し、２つの実験を行なった。両方の実験では、それぞれの方法を３工程からなる処理によって試験した。第１および最後の工程には、１つの反応装置を配置し、第２の工程には２つの反応装置を配置した。換言すれば全部で４つの反応装置を配置した。すべての工程間には濃縮槽を配置し、それを経由して固体を次の工程に導入し、濃縮槽のオーバフローとして得られた溶液は、先行する工程に案内した。各反応装置および工程には、固体の流れの方向に従って番号を付けた。本実験では、塩化ナトリウム−塩化銅溶液を最後の反応装置Ｒ４に供給し、黄銅鉱精鉱を第１の反応装置Ｒ１に供給した。実験結果は表１に示す。
【００１１】
実験１は従来技術による向流リーチングであり、すべて１０リットル容量の複数の反応装置で行なった。固体は工程間でも工程内でも再循環させなかった。反応装置の温度は９５℃に保持した。
【００１２】
実験２は本発明による方法を向流リーチングに適用した実施例である。実験２でも４つの反応装置を配置し、すべての反応装置の容量は５リットルであった。実験２における反応装置の温度は８５℃に保持した。この実験では、各工程の濃縮槽アンダフローが同一の工程の第１の反応装置に再循環するよう、固体を同一の工程内で再循環させた。表１から分かるように、固体含有量は、実験１のそれの２倍ないし３倍となった。このように、固体に遅延時間を与え、この遅延時間は実験１における遅延時間に比較してほぼ３倍であった。
【００１３】
これらの実験から、すべての反応において、概ね、均等に良好な金属回収が得られたが、第１の実験では、容量が１００％も大きい反応装置と、１０℃もの高い温度とを必要としたということが分かる。また実験１からは、低い温度で行なわれた実験２に比較すると、精鉱に含まれる硫黄のうち、より多くの部分のリーチングに高い温度が作用したという結論が得られる。
【００１４】
反応装置の析出物の色から、実験２では、以下のことが推論可能であった。すなわち、第２の反応装置（Ｒ２）からの固体以降に赤鉄鉱が出現し始め、最後の反応装置（Ｒ４）では、鉄は殆どが赤鉄鉱の形態をとっていた。一方実験１では、最後の反応装置においても、鉄は殆どが針鉄鉱の形態をとっていた。これを裏付ける事実はＸ線回折分析によっても確認された。
【表１】

Claims (10)

1. 塩化物環境において硫黄・鉄を含有する銅精鉱をリーチングすることにより、実質的に鉄を含まない塩化アルカリ−塩化銅溶液を獲得し、鉄および元素態の硫黄を固体析出物として回収し、前記リーチングは複数の工程にわたって向流原理に基づき連続して実行する銅精鉱のリーチング方法において、前記銅精鉱は、大気圧条件下で、最高でも溶液の沸点に等しい温度でリーチングし、前記固体の一部を該固体の主たる流れに逆行してリーチングに還流させることによって前記溶液の流動より長い遅延時間を前記固体に与え、鉄を前記精鉱から主として赤鉄鉱として析出させることを特徴とする銅精鉱のリーチング方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記固体は、固体の流れの方向に関して、先行するいずれかの工程の反応装置に還流させ、これによって、固体のリーチング時間を、再循環がない場合のリーチング時間に比較して少なくとも２倍に延長することを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載の方法において、各工程の最後に液体と固体とを分離し、該分離によってアンダフローとして得られた固体析出物を、いずれかの先行する工程の反応装置へ再循環させることを特徴とする方法。
4. 請求項２に記載の方法において、各工程の最後に液体と固体とを分離し、該分離によってアンダフローとして得られた固体析出物を、いずれかの先行する工程の最初の反応装置へ再循環させることを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載の方法において、前記固体は、固体の流れの方向に関して、同一の工程内で先行する反応装置へ還流させ、これによって、固体のリーチング時間を、再循環がない場合のリーチング時間に比較して少なくとも２倍に延長することを特徴とする方法。
6. 請求項５に記載の方法において、各工程の最後に液体と固体とを分離し、該分離によってアンダフローとして得られた固体析出物を、同一の工程のいずれかの反応装置へ再循環させることを特徴とする方法。
7. 請求項５に記載の方法において、各工程の最後に液体と固体とを分離し、該分離によってアンダフローとして得られた固体析出物を、同一の工程の最初の反応装置へ再循環させることを特徴とする方法。
8. 請求項１に記載の方法において、前記固体は単一の反応装置において再循環させることを特徴とする方法。
9. 請求項１に記載の方法において、前記工程の最初の反応装置に対する前記固体の供給量は少なくとも２５０ ｇ／Ｌであることを特徴とする方法。
10. 請求項１に記載の方法において、前記固体のリーチング時間は少なくとも１０時間であることを特徴とする方法。