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:10 ~
La présente invention se rapporte à un procédé pour
extraire le nickel et autres métaux directement à partir des mi-
nerais sulfurés de nickel, de leurs concentrés et des sulfures
synthétiques.
L'idée de traiter directement les sulfures par hydro-
métallurgie a pris de l'importance au cours des dernières années L
Cette façon de procéder a été favorisée par l'augmentation de
la production mondiale des métaux non ferreux qui a nécessaire-
ment entra~né 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 mine-
rais 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.
Les brevets fran~cais portant les numéros 2,129,915, ;
2,129,916 et 2,129,917 décrivent l'extraction du nickel de
minerais sulfurés en les mettant en contact avec l'acide nitri :~
que. Ces procédés utilisent en général le carbonate de sodium ;~
pour éliminer le fer et le cuivreO Les brevets canadiens portant
les nurn~-ros 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 nurnéro
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-
ment s~effectue à une pression supérieure à la pression atmosphé-
rique.
Les procédés décrits dans les brevets mentionnés pré-
~Z3~
sentent certains lnconvénients qui sont éliminés par la présente
invention, tel qu'il apparaîtra dans la description qui suit.
Dans l'invention, on utilise comme matière premi~re ~-
(substra~ 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 controlées pour obtenir d'une façon efficace
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~C.
On ajoute les acides graduellement de façon à contraler l'effer-
vescence résultant de la réaction exothermique et à fournir un
excès par rapport à la quantité stoechiométrique requise pour
assurer llextraction complète des métaux principaux et l~oxydation
des sulfures en sou~re élémentaire. Le rapport de l~aci~e nitri- '
; que à l'acide sulfurique varie entre un et dix.
2Q ~ On poursuit la lixiviation assez longtemps pour o~tenir -~
.
~ un mélange dans lequel les métaux principaux deviennent prati- ~
:. .
quement complètement solu~les. Après la réaction, les solides
sont séparés du liquide, par exemple par filtration. La phase
liqulde 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 llquide et les métaux se- -
condaires, de la phase solide. ;~
Plus précisément, selon l'invention dans ses aspects
préférés, une certaine quantité de minerai ou de concentré fine- -
ment broyée est sol~mise à la li~iviation en présence d'un mé-
" .
~ - 2 - ~
., .,,: . .: . . . . . . . . ..
lange approprié d'eau, d'acide nitrique et d'acide sulfurique.
Le traitement est effectué ~ pression atmosphérique et à une
température inférieure ~ 95~C, de préférence supérieure ~ 45~C,
pour une durée inférieure à 90 minutes, de préférence supé-
rieure a 30 minutes. Les oxydes d''azote produits au cours de
la réaction sont de préférence récupérés pour la régénération de
l'acide nitrique.
Une fois la lixiviation terninée, les métaux princi-
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 so-umis 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
hydrol.isé appelé jarosite ainsi que quelques impuretes éven-
tuelles.
La solution résiduelle provenant du stade d~extrac-
tion liquide-liquide est dé~arrassée des impuretés métalliques
et non métalliques par des techniques connues appropriées per-
mettant de sortir ces impuretés du système sous forme de matièresinertes qui ne polluent pas l'environnement.
De façon générale, llinvention concerne un procédé
utilisant des acides minéraux pour le traitement d'un substrat
comprenant des ninerais sulfurés ou des concentrés contenant
comme métaux principaux, le nickel, le cuivre, ou le cobalt ou
des sulfure de nickel synthétiques, dans lequel,
on effectue la lixiviation du substrat finement pulvé- ;
risé par un mélange d'aci.des nitrique et sulfurique dilués ~ la
pression atmosphérique et à une température inférieure à 100~C,
le rapport de l'acide nitrique à l'acide sulfurique variant
~: . ..
entre un et dix, dans le but de solubiliser les métaux principa-ux f';
et dloxyder en soufre élémentaire le soufre contenu dans le
~ ~ 3
substrat, obtenant ainsi une pulpe ayant une densité inférieure
à 45% en poids de solides,
on sépare les solides du liquide contenant les métaux
principaux,
et on récupère les métaux principaux du liquide.
La description suivante a pour but d~expliquer la
mise en oeuvre le l'inventionO 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 selon l'in~ention, dans lequelle une
. ''''
~,, ,.,~,. . .
-3a- ~ ~
~0'~3
lixiviation idéale perme-t 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 récllpération
totale des métaux précieux et du fer sous forme de jarosite
d'hydrogène, ~H[Fe(so4)2~2Fe(oH)3]}.
On a effectué une série d'essais à partir d'un con-
centré de pentlandite 16 provenant de ltenrichissement et du
broyage du minerai 15 et dont la composition étant la suivante~
Fe: 34051%
Ni: 5.15% S : 28010%
Cu: 11.50% Au: 0.06 oz/T
Co: 0.44% Ag: 0 20 oz/T
Les teneurs approximatives des principaux minéraux
dans le concentré étaient les suivantes:
Pentlandite: 28% Linnaeite: 1%
Chalcopyrite: 32% Gangue: 18% -
Pyrrhotine: 21%
On a introduit dans le réacteur 17, muni d'un agita-
teur 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
~ Poids des solides x
densité de pulpe ~Vol. total de la pulpe ~~ ~~ J de 5 à 45%
de solides apres 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. Ltaddition
lente des acides à la pulpe composée;d'eau et de substrat
solide avait pour but de régulariser l'effervescence causée
par les réactions exothermi~ues lorsque le substrat venait en
contact avec les acides. Une fois la période dtagitation termi~
née, le mélange était maintenu à des températures contrôlées
'. .' '
- .:
': . '.
" . -. ... . . . . . .
entre ~5 et 95~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 sépara-
tion 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
le cuivre, de 1 à 2 grammes par litre pour le cobalt et de 1 à 3
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 sul-fures 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 i~
de 100%, babituellement de ~8 à ~9%, tandis que celle du cuivre
et du cobalt variait entre 90 et 95%. La séparation des sulfates
de ces trois métaux du sul~ate 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 plu5 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
départ se trouvait sous forme de jarosite. Environ 80% du
soufre présent dans le sulfure de départ se retrouvait également
'''' '''' ' ' '
~ 5 ~
3~
. .
dans le résidu sous forme de soufre élémentaire~ Le soufre
initial restant était transformé, dans le procédé, en acide
sulfuriqueO
Les oxydes d'azote 27 produits dans le réacteur 17
sont dirigés vers le régénérateur 28 pour former 1 t acide nitri-
que 29, qui est retourné au réacteur 17. L'acide sulfurique
est récupéré de l'extraction liquide-liquide 21 et retourné
également au réacteur 17.
I,es équations suivantes représentent le processus
d'oxyda~ion de la pentlandite et l'hydrolyse partielle du sulfate
ferrique:
12(Ni, Fe)gS8 + 90 HN03 + 135 H2S04 --
~
54 NiS04 + 27 Fe2(S0~)3 + 90 N0 + 180 H20 + 96 S (1) ~-
27Fe2(S04)3 + 108 H2 = 18 ~H [Fe(S04)2.2Fe(OH)3~} +
2 4 (2)
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
~; 20 ~ pour donner le composé de jarosite déjà mentionné et de l'acide
: . , .
~sulfurlque. Cette formation d'acide sulfurique compense pour ~ ;
la quantité entra~née dans la jarosite, mais implique une dimi- ~
~nution 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
6 CuFeS2 + 22 HN03 + 9 H2S~4 ~~~
6 CuS04 + 3 Fe2(S0433 + 22 N0 + 20 H20
2 Fe7S,3 -~ 14 IIN03 + 21 H250
7 Fe2(S04)3 + 14 N0 + 28 H20 + 16 S~ (4j ;~
,,;
- 6 - ~
,:: . . .
.
~ 3
Le sulfate ferrique formé s'hydrolyse d'après l'équa-
tion 2.
Des essais semblables e~fectués sur le minerai lui-même
également broyé à une finesse de 400 mailles (Tyler) et dans les
m8mes conditions expérimentales ont donné des rendements analogues.
Dans les essais effectués sur le sul~ure de nickel ~- ;
synthétique 14, ayant toujours la même finesse, on a obtenu
dans les memesconditions expérimentales des rendements d'extrac-
tion du nickel de 100% et une transformation presque complète -; -
du soufre du sulfure en soufre élémentaire, tel qu'indiqué par -
l'équation 5
3 NiS + 2 HN~3 + 3 H2S~4 = 2 NiSo4 + 2 NO -~ 4 H20 + 3 S (5) ;
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 ~onction de la température et de la concentration ini-
tiale des acides nitrique et sul~urique 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 expérimen-
tales 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 respectîve de 4 moles par litre
..: :' :
et de 0.7 mole par litre pour l'acide nitrique et l'acide sul~u-
rique;
- une pulpe ayant 1~% de solides en suspension. -
Les conditions de la concentration initiale des acides ~ -
et de la densité de la pulpe sont maintenues à des valeurs infé-
rieuresà celles des conditions optimales de fa~con à démontrer
l'lnfluence de la température. On remarque que le rendement
- 7 -
~ ~.. , ~ .. .. .
d'extraction augmente rapidement avec l~élévation de la tempé-
rature et se stabilise finalement au voisinage de 85~C.
La figure 3 montre le rendement d'extraction des mé-
taux principaux en fonction de la concentration initiale de
llacide nitrique dans le mélange. Les conditions expérimentales
étaient les suivantes:
~ la durée de l'alimentation des acides et de la réaction
était de 120 minutes et la température était maintenue à 85~C,
- la densité de la pulpe était de 40% de solides et la concen-
tration 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 mé-
taux en fonction de la concentration initiale de l'acide sulfuri-
que. Les conditions expérimentales étaient les mames que pour
la série d'essais résumés sur la figure 3, sauf que la densité
de la pulpe était de 20% de solides. L'acide nitrique était
toujours maintenu ~ la concentration inférieure initiale de 3
moles par litre de manière à permettre l'observation de l'in-
fluence de la concentration initiale de l'acide sulfurique.
On constate que les rendements d'extraction obtenus sont ceux
qui correspondent à une concentration initiale de l'acide nitri-
que de 3 moles par litre. On peut déduire que l'acide sulfuri-
.
que est nécessaire mais que~son influence est plus limitée etproportionnelle à son role de fournisseur de la partie anionique ;
des mé~aux solubilisés.
~ Bien que l'on ait employé un concentré de pentlandite
comme substrat dans les essais décrits plus haut, on peut égale- '~
ment appliquer le procédé au traitement d'autres concentrés de
minéraux sulfurés contenant le nickel, le cuivre ou le cobalt
- 8 - -
:10~ 4~
comme métaux principaux. Ce groupe de matières comprend les
compositions suivantes:
Minerai Concentré
..
Pentlandite
Chalcopyrite
Pyrrhotine
Composition Pentlandite '
Linnaeite
minérale Chalcopyrite
Serpentine
Pyrrhotine
Amphibole
Linnaeite
Magnétite
Gangue
Gangue
Composition
chimique Minerai Concentré
. . ~
Ni 1083 % 5.14 %
Cu 0.78 % 11.50 %
Co '0~12 % 0~44 % -
Fe 38O05 % 34.51 %
S 22,40 % 28,10 %
Au 0.01 oz/T 0.06 oz/T
Ag 0.05 oz/T 0~20 oz/T
. .: .
Le substrat de départ peut 8tre sous la forme de mine- -
~:. . , -
rais ou de concentrés ou de sulfure synthétique contenant les
métaux principaux. '~
Le suhstrat de départ doit etre finement broyé à une
.~, .. ........ ..
finesse allant de 150 à 500 mailles, de préférence entre 350 et
- -:
400 mailles.
: :. .:
L'acide nltrique peut 8tre utilisé dans des concentra-
tions variant entre 0.1 et 7.5 moles par litre~ de préférence de
6 à 7 moles par litre. L~acide sulfurique peut 8tre utilisé
" ':
9 ~
~ .
dans des concentrations allant de 0.01 mole par litre ~ environ
1 mole par litre, de préférence de 0.7 mole par litre ~ 0.8
mole par litre
La pulpe formée du substrat9 des acid~s et de l'eau
peut avoir une densité allant d'environ 5 à environ 45% en poids
de solides, de préf~rence entre environ 25 à environ 30% de ~o-
lides.
La température peut varier entre environ 45 et environ
100~C, de pr~férence entre environ 80 et environ 85~C.
, Parmi les avantages de la présente invention on peut
mentionner
1) Le traitement est effectué à des températures
modér~es et ~ pression atmosph~rique. -
2) De~ taux d'extraction voisins de 100% sont obtenus
pour les métaux principaux et les métaux secondaires.
3) Le procédé ~vite la pollution en raison de la ré-
cup~ration des r~actifs et de la production de résidus inerte~.
4) Le ~oufre provenant des sul~ures de d~part est
r~cup~r~ sous ~orme élémentaire et non sous forme de gas
polluants tel que 1 t anhydride sulfureux~
5) Le fer est transform~ en jarosite facile à filtrer.
6) Le proc~d~ ne requiert qu'un équipement usuel.
7) Le~ investissements requis pour l'établissement
dtun proc~d~ de ce genre peuvent 8tre inf~rieurs ~ ceux dlun pro-
c~d~ pyrom~talluryique capable d'ef~ectu~r une extraction analo
gue, m8me si un tel procéd~ était utile pour une extraction sem-
blable ~ partir de mineraux pauvres et complexes contenant des
sulfures.
10- ,,
