DE2105554A1

DE2105554A1 - Verfahren zur selektiven Gewinnung von Nickel

Info

Publication number: DE2105554A1
Application number: DE19712105554
Authority: DE
Inventors: Donald Robert Wahullah Safdar Fort Saskatchewan Alberta Weir (Kanada)
Original assignee: Sherritt Gordon Mines Ltd
Current assignee: Viridian Inc Canada
Priority date: 1970-02-10
Filing date: 1971-02-06
Publication date: 1971-08-26
Also published as: FR2080974A1; BR7100891D0; YU33809B; FR2080974B1; OA03571A; ZA71675B; GB1328198A; CA903482A; YU30771A; JPS5124973B1

Description

PATENTANWÄLTE
Pr. rcr, ι.Λ. PlETpR LOUiS

Ετ-ίΜ.-.ί^ΛΝ2 LQHRENTZ

"NQRNPERO 11,631 20/ei

Sherritt Gordon Mines Limited, Toronto (Canada) .

Verfahren zur selektiven -Gewinnung von Nickel

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven Gewinnung von Nickel aus nickelhaltigern, eisenführendem oxydischem Erz durch Laugen in wässriger Lösung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Behandlung oxydischer eisenführender Nickelrohstoffe, zu denen vor allem nickelhaltige Limonit- und Serpentinerze zählen, bei dem ein gesteuertes Reduktionsrösten dieser Rohstoffe durchgeführt wird, um die selektive Gewinnung von in den Rohstoffen enthaltenen Nickelwerten φ durch eine anschliessende Laugung mit wässerigen ammoniakalischen Lösungen zu ermöglichen.

Ein grosser Anteil des Nickelvorkommens auf der Erde tritt in oxydischen und siliziumhaltigen Erzen, wie z.B. limonitischen Lateriten sowie in Garnierit und Serpentin auf. Die Nickelgewinnung aus diesen Rohstoffen hat der metallurgischen Industrie sehr lange Zeit schwerwiegende Probleme .;; bereitet, die in erster Linie daraus resultieren, dass die ο

109835/1063 H

oxydischen Erze dieser Art im allgemeinen nur relativ kleine Nickelmengen, gewöhnlich in der Grössenordnung von etwa 1 bis 2 Gewichtsprozent, enthalten und die Konzentration des Nickels mittels der relativ billigen herkömmlichen Erzanreicherungsmethoden nicht durchgeführt werden kann. Es ist vielmehr notwendig, zur Gewinnung der relativ kleinen Nickelanteile jeweils die ganze aufgebrachte Erzmenge metallurgisch zu behandeln, mit dem Ergebnis, dass riesige Erzmengen durch den Behandlungsprozess geschleust werden müssen, um eine kommerziell vertretbare Produktionsleistung an Nickel zu erhalten.

Ein Verfahren, das als das sogenannte Nicaro-Verfahren bekannt geworden und zur Nickelgewinnung aus lateritischem Erz kommerziell eingesetzt worden ist, besteht darin, dass das Erz unter reduzierenden Bedingungenund unter Verwendung von festen Reduziermitteln, wie z.B. Kohle- oder Koksgrus, oder unter Verwendung eines reduzierenden Gases, wie z.B. Wasserstoff oder Kohlenmonoxidoder Mischungen daraus, geröstet wird, um das Nickeloxid in dem Rohstoff in den metallischen Rohzustand überzuführen. Das reduzierte Erz wird anschliessend in Gegenwart von freiem Sauerstoff mit einer wässrigen ammoniakalischen Ammoniumkarbonat-Lösung gelaugt, um das metallische Nickel zu extrahieren und es in der Laugungslösung als Nickel-Ammin-Karbonat zu lösen. Der ungelöste Rückstand wird aus der Laugungslösung abgetrennt und

109835/1063..

21Q555A

die abgeklärte Lösung wird zur Gewinnung der gelösten Nickelwerte weiterbehandelt.

Gewöhnlich bedient man sich zur Durchführung der Erzreduktions-Stufe des Nicaro-Verfahres vertikaler Mehrfache-Röstöfen. Dabei ist dieses Verfahren technisch zwar durchaus durchführbar, es erfordert jedoch aufgrund der ausserordentlich grossen Erzmengen, die zur Erzielung "

einer kommerziell vertretbaren Produktionsleistung an Nickel durchgeschleust werden müssen^Batterien von sehr grossen Mehrfach-Röstöfen, z.3. mit Durchmessern von 6 bis 7,6 Metern, und Höhen von 15 "bis 18 Metern, in denen die grossen Erzvolumina behandelt werden. Daraus folgt, dass die Investitions- und Betriebskosten bei dem bekannten Verfahren für die dazu erforderliche Einrichtung sehr hoch sind. Weiterhin ist es schwierig, die reduzierenden Bedingungen genügend genau, zu steuern, j| die zur Erzielung einer optimalen selektiven Reduktion der Nickelwerte im Erz notwendig sind, weil die Wärmeverteilung relativ schlecht ist und ein inniger Gas-Festkörper-Kontakt schwer herzustellen und ein ausreichender Wärmeübergang in derartigen Grossöfen kaum zu erzielen ist.

Es sind auch schon mit einem gewissen Erfolg beim Reduktionsrösten von Eisenerzen zur Herstellung metallischen Eisens Fliessbett-Röstverfahren eingesetzt worden. Jedoch sind

109835/1083

die Einrichtungs- und Betriebskosten für das Fliessbett-Rösten gleichfalls sehr hoch, insbesondere dann, wenn sehr grosse Röstkapazitäten verlangt werden. Darüberhinaus ist es auch bei den üblichen. Fliessbett-Röstverfahren schwierig, eine ausreichende Steuergenauigkeit zur Einhaitvng-,der Röstbedingungen, insbesondere zur Einhaltung' der Röstdauer, zu erzielen, die jedoch beim Rösten von lateritischen Erzen zum Zwecke selektiver Reduktion der Nickelwerte zur laugungsfähigen Form bei gleichzeitiger minimaler Reduktion des vorhandenen Eisens zu dessen Rohzustand unabdingbar ist. Auch aufgrund des hohen gebundenen Feuchtigkeitsgehaltes der Lateriterze besteht eine starke Neigung dieser Erze, beim Fliessbett-Rösten zu pelletieren. Dies erschwert das Problem der Röstzeitsteuerung aufgrund der dadurch entstehenden unterschiedlichen Grossen der Erzpartikel bei der selektiven Reduktion der Nickelwerte ganz erheblich.

Ausgehend davon ist es deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art vorzuschlagen, durch das die Einrichtungskosten zur Durchführung eines gesteuerten Reduktionsröstens von oxydischen, eisenhaltigen Nickelerzen herabgesetzt werden können, und das in seiner Durchführung wirtschaftlich und leicht steuerbar ist, um eine optimale Umwandlung der Nickelwerte in die laugungsfähige Form zu erhalten» so dass

109835/1063

gleichzeitig eine minimale Reduktion der vorhandenen Eisengehalte zum metallischen Rohzustand auftritt; Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass aus feinverteilten Partikeln des Erzes eine Suspension in einem Gasstrom erzeugt wird, der eine ausreichende Menge eines gasförmigen Reduziermittels enthält, um die in der Erzsuspension enthaltenen Nickelwerte in den metallischen Zustand überzuführen, und dass die Gas-Erz-Suspension bei einer Temperatur von 370 - 925° C kontinuierlich durch eine abgegrenzte Reaktionszone geführt und anschliessend aus der Reaktionszone unter kontinuierlicher Trennung der reagierten Erzpartikel vom Gas abgeleitet wird, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstromes so gesteuert wird, das die Gesamtverweildauer der Gas-Erz-Suspension in der Reaktionszone höchstens etwa 15 see. beträgt, und wobei zugleich das Verhältnis von Erz/Reduziermittel in der Suspension und die spezifische Temperatur in der Reaktionszone so eingestellt und gesteuert werden, dass die Nickelreduktion bei minimaler gleichzeitiger Eisenreduktion während der Verweildauer abläuft.

Die Erfindung beruht somit auf der Erkenntnis, dass sich die in nickelhaltigen, eisenführenden oxydischen Erzen enthaltenen Nickelwerte selektiv in eine laugungsfähige Form bei .-gleichzeitiger minimaler Reduktion der enthalt- -i ^r>

1Q9835M

tenen Eisenwerte reduzieren lassen, wenn man feinverteilte Erzpartikel in einem bewegten Gasstrom suspendiert .und die bewegten suspendierten Partikel mit einem gasförmigen Reduziermittel, wie z.B. Wasserstoff, bei erhöhter Temperatur eine sehr kurze Zeitdauer, z.B. nur wenige Sekunden, in Berührung bringt. Demgegenüber beträgt die Röstdauer bei den herkömmlichen Reduktions-Röst-Verfahren Minuten oder sogar Stunden. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird also eine selektive Reduktion der Nickelwerte durch genaue Steuerung des Zeitfaktors anstelle der das Reduktionsgleichgewicht bestimmenden Faktoren, wie dies bei den bekannten Verfahren der Fall ist, erzielt.

Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens werden feinverteilte Erzpartikel in einem Gasstrom suspendiert, der eine mindestens ausreichende Menge an gasförmigem Reduziermittel enthält, um . die Nickelwerte in den suspendierten Partikeln zu metallischem Nickel zu reduzieren. Die Gas-Erz-Suspension wird kontinuierlich durch eine abgegrenzte Reaktionszone geführt, die auf einer Temperatur von etwa 370° C bis etwa 925⁰C gehalten wird. Das Gas und die suspendierten Partikel werden anschliessend kontinuierlich aus der Reaktionszone wieder ausgebracht und die reagierten Partikel werden kontinuierlich vom Abgasstrom getrennt. Dabei wird die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstromes durch die Reaktionszone so gesteuert, dass die Gesamtverweildauer der suspendierten Erzpartikel in der" Reaktionszone

109835/1063

höchstens etwa 15 Sekunden "beträgt. Durch Einstellung und entsprechende Steuerung des Verhältnisses von Erz zu Reduziermittel in der Suspension sowie der Temperatur in der Reaktionszone wird'gewährleistet, dass während der Verweildauer die Nickelwerte in den suspendierten Erzpartikeln in eine laugungsfähige Form überführt werden, ohne dass die gleichzeitig vorhandenen Eisenwerte in merklicher Menge zum metallischen Zustand reduziert werden. "

Es hat sich gezeigt, dass durch eine geeignete Steuerung und Zuordnung der Reaktionstemperatur und des Erz/Reduziermittel-Verhältnisses die selektive Reduktion des Nickels in eine laugungsfähige Form mit Verweilzeiten in der Reaktionszone von unter 7 Sekunden und in den meisten Fällen sogar von etwa 3 bis 5 Sekunden durchführbar ist. Da bei den bekannten Verfahren, bei denen Mehrfach-Röstöfen oder ähnliche Einrichtungen zum Einsatz gelangen,.Verweilzeiten | von 1 bis 4 Stunden erforderlich sind, lässt sich abschätzen, dass das Einrichtungsaufbringen und die dafür erforderlichen Kosten beim erfindungsgemässen Verfahren erheblich unter denen der bekannten Verfahren bei gleichem ■ Erzdurchsatz liegen.

Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich in jeder geeigneten Form eines Förderreaktors durchführen, der eine abgegrenzte Reaktionszone enthält und Einrichtungen zur Bildung und Förderung der Gas-Erz-Suspension durch die Reaktions-

109835/1003

zone innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer und bei gleichzeitiger Steuerung der Temperatur, der Erzzuführungsgeschwindigkeit und der Trägergaszusammensetzung besitzt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung, die eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zeigt, näher erläutert.

Die dargestellte Einrichtung umfasst einen im ganzen mit 10 bezeichneten Röhrenreaktor, der eine langgestreckte abgeschlossene Reaktionszone 12 definiert. Der Reaktor 10 wird von einer Brennkammer 14 umgeben, in der Erdgasbrenner 15 zur Heizung des Reaktors 10 angeordnet sind. Mit der Brennkammer 14 ist ein Rauchrohr 16 verbunden, durch welches der Abzug der Brenngase aus der Brennkammer

erfolgt. Eine Einlassleitung 20 für das Trägergas besitzt eine Schleife 21, die innerhalb der Brennkammer liegt und dazu dient, das Trägergas vorzuwärmen. Die Leitung 20 ist an das untere Ende des Reaktors bei 22 angeschlossen. Weiterhin ist mit dem Reaktor 10 an einer über der Anschlusstelle für die Trägergasleitung liegenden Stelle eine Zumeßschnecke 24 verbunden, durch die feinverteiltes Erz in den Reaktor eingespeist wird. Dort wird das Erz durch den aus der Leitung 20 eintretenden heissen Trägergasstrom erfasst· Für die Zuführung von

109835/1063

Erz in die Zumeßschnecke ist ein Einfülltrichter 25 vorgesehen.

Der Reaktor 10 erstreckt sich über die Verbindungsstelle 22 mit der Trägergasleitung nach unten hinaus und öffnet sich in ein Aufnahmegefäss 26, in dem Erzpartikel gesammelt werden, die von dem Trägergasstrom nicht erfasst worden sind. Unterhalb der Anschlusstelle 22 ist ein Ventil 27 .angeordnet, um das untere Ende des Reaktors 10 während des normalen Betriebes abschliessen zu können.

Am oberen Ende des Reaktors 10 ist eine Auslassleitung 30 für die Gas-Erz-Suspension vorgesehen, die an einen Nasswäscher 32 angeschlossen ist. Dieser dient dazu, die reagierten Erzpartikel von dem Reaktorabgasstrom zu trennen. Der Wäscher 32 enthält eine Schlammauslassleitung 33 sowie eine Sprühdüse 34, die über eine Leitung 35 mit einer Schlammumwälzpumpe 36 in Verbindung steht. Unter dem Wäscher 32 ist ein Aufnehmebehälter 37 für das reduzierte Erz angeorndet. Zur Abführung des aus dem Reaktor stammenden Trägergases nach dem Waschvorgang ist eine Abzugleitung 40 am Nasswäscher 32 vorgesehen.

Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich auf alle oxydischen, nickel- und eisenführenden Rohstoffe anwen-

109835/106 3

ZdQ ■ ■"

- ίο -

den, bei denen eine Trennung der Nickelwerte von den Eisenwerten durch selektive Reduktion der Nickelwerte und durch anschliessende Laugung, z.B. mit wässriger ammoniakalischer Lösung, möglich ist. Die Erze, die insbesondere für das erfindungsgemässe Verfahren in Frage kommen, sind in erster Linie die hocheisenhaltigen oder limonitischen Laterite und die hochmagnesiumhaltigen Erze, wie z.B. Serpentin oder Garnierit. Die nachfolgende Tabelle I zeigt die üblichen Zusammensetzungen dieser Erzarten.

	Tabelle I	(Gew.-%)	•	3.0
	Serpentin- (Garnierit)	- 4.0	Limonit-Erze	0,25
	Erze	- 0.08	(Gew.-96)	60.0
Ni	1.0	- 18	0.10 -	3
Co	0.05	- 2	0.05 -	6.0
Fe	8	- 38	35.0	10
Cr	0.8	- 6	1	6
MgO	20	- 35	0.2	0.1
Al₂O₃	1	- 2	0.4	2.5
SiO₂	40	- 1	1.3
CaO	0.1	0.06
MnO	• 0.1	0.3

109835/1063

Erze dieser Arten liegen in grossen Vorkommen beispielsweise in Cuba, Neukaledonien und den Philippinen. Das Roherz enthält normalerweise 10 bis 50 Prozent freie Feuchtigkeit sowie Hydratwasser. Vor der Behandlung durch das erfindungsgemässe Verfahren wird das Erz zuerst in herkömmlichen Trocknungsprozessen getrocknet, um den freien Wassergehalt auf einen Wert von vorzugsweise etwa 5 Gewichtsprozent abzusenken. Der grobe Erzbruch des ge- % trockneten Erzes wird weitgehend zu hundert Prozent auf eine Feinheit von weniger als 65 mesh (Standard Tyler-Siebmass) vorzugsweise zu 80 bis 90 Prozent auf weniger als 325 mesh pulverisiert.

Wie vorstehend erläutert, wird in dem erfindungsgemässen Verfahren das Erz in Form feinverteilter, getrockneter Erzpartikel in einem Trägerstromgas suspendiert und durch eine abgegrenzte Reaktionszone geleitet, in der die selek- ι tive Reduktion der Nickelwerte erfolgt. Das Trägergas, das gasförmige Reduziermittel in Form von Wasserstoff und/oder Kohlenmonoxid enthält ,wird in die Reaktionszone in einer Menge eingeleitet, dass die Gasgeschwindigkeit ausreichend

gross ist, um die Erzpartikel zu suspendieren und sie durch die Reaktionszone zu tragen. Der Erzdurchsatz durch die Reaktionszone ist direkt proportional dem Druck des Trägergasstromes in der Reaktionszone. Um deshalb für jedes System, in dem das erfindungsgemässe Verfahren durch-

109835/1063

geführt wird, einen optimalen Durchsatz zu gewährleisten werden vorzugsweise der Gasdurchsatz und die sonstigen hierfür bestimmenden Parameter so gesteuert, dass ein erhöhter Druck, z.B. in der Grössenordnung* von 3,52 at bis 49,2 at, in der Reaktionszone herrscht.

Das Trägergas kann beispielsweise durch Umformen von Naphta mit gleichzeitigem Waschvorgang zur Entfernung von Kohlendixid oder durch Teilverbrennung von schwerem Brennoel in einer Brennkammer erzeugt werden. Der letztere Vorgang erlaubt die Steuerung des Reduktionsmittelgehaltes des Trägergases durch entsprechende Steuerung der für die Verbrennung zugeführten Sauerstoffmenge. Ausserdem ist bei diesem Vorgang eine einfache Steuerung der Trägergastemperatur durch Abführung von Wärme, z.B. in einem Abfallwärmeboiler möglich, die zur Einstellung der erwünschten Temperatur notwendig ist.

Das Trägergas muss selbstverständlich mindestens die stöchiometrische Menge an Reduziermitteln, gewöhnlich Wasserstoff und Kohlenmonoxid, enthalten, die zur Reduktion der Nickeloxide - und gegebenenfalls vorhandener Kobaltoxide - in den suspendierten Erzpartikeln zu einer in der Laugungslösung löslichen Form sowie zur Reduktion der Eisenoxidkomponente der Charge zu Magnetit notwendig ist. Vorzugsweise wird die Gaszusammensetzung so einge stellt, dass ein grosser Überschuss an Reduziemitteln

109835/1063

über die theoretisch für die die Nickel- und Eisenoxide erforderlich Menge hinaus vorliegt. Vorgezogen wird ein Trägergas, das mindestens 75 Volumprozent Wasserstoff enthält. Bei Verwendung eines grossen Überschusses an Reduziermitteln muss selbstverständlich dafür Sorge getragen werden, dass nicht verbrauchtes Reduziermittel entweder in den Reaktor erneut zurückgeführt wird oder dass die entsprechende Verbrennungswärme z.B. in einem I Abfallwärmeboiler rückgewonnen wird.

Die Länge der Reaktionszone muss so gewählt werden, dass die Geschwindigkeit des Trägergasstromes durch die Reaktionszone auf einen solchen Wert eingestellt werden kann, dass die Gesamtverweildauer der im Gas suspendierten Partikel in der Reaktionszone etwa 15 Sekunden nicht übersteigt und vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 1 bis 7 Sekunden liegt. Für die meisten Rohstoffe, die durch | das erfindungsgemässe Verfahren behandelt werden können, ist es bei Verweilzeiten von über -15 Sekunden im allgemeinen nicht möglich, sich auf den Zeitfaktor als Mittel zur

Gewährleistung der Selektivität der Reduktionsröstung zu verlassen. Das bedeutet, dass bei Überschreitung der 15 Sekunden-Grenze für die Verweildauer zugleich mit dem Nickel eine zunehmende Menge an Eisen zum metallischen Zustand reduziert wird, wodurch das Verfahren in zunehmendem Masse an Wirksamkeit verliert. Selbst bei Verweilzeiten zwischen β und 15 Sekunden ist es in den meisten Fäl-

109835Al 0 63

len empfehlenswert, die Verhältnisse von Wasser zu Wasserstoff und Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid in der Reaktionszone zu überwachen und zu steuern, um eine optimale Selektivität bei der Nickelreduktion zu erhalten. Dies kann beispielsweise durch Zugabe von Dampf in den Trägergasstrom erfolgen, um das Wasser/Wasserstoffverhältnis in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 1,0 zu halten. Bei Verweilzeiten in dem bevorzugten Bereich von 1 bis 7 Sekunden wird dagegen die Selektivität durch den Zeitfaktor allein gewährleistet, so dass die Reaktionsgleichgewichtsbedingungen, d.h. die Verhältnisse Wasser/ Wasserstoff und Kohlendioxid/Kohlenmonoxid, in der Reaktionszone von untergeordneter Bedeutung sind.

Die Verweildauer in der Reaktionszone wird bestimmt durch die Geschwindigkeit des Trägergases und die Länge der Reaktionszone. Die Geschwindigkeit muss ausreichend gross sein, um die Erzpartikel suspendieren und durch die Reaktionszone tragen zu können. Für Erze, deren Feinheit weitgehend zu hundert Prozent bei unter 65 mesh und zu 80 bis 90 Prozent unter 325 mesh Partikelgrösse liegt, ist eine Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 1,5 m/sec. erforderlich. Vorzugsweise wird jedoch eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 2,1 bis 4,5 m/sec angewendet.

Die genaue, jeweils erforderliche Zeitdauer zur Erzielung der erwünschten Reduktion hängt in Jedem Einzelfall in

109835/1063

erster Linie von der Partikelgrösse des Erzes und dessen Zusammensetzung sowie von dem Verhältnis Reduziermittel/ Erz und der Reaktionstemperatur ab. Um das im Erz enthaltene Nickeloxid zu reduzieren, müssen die Erzpartikel in der Reaktionszone auf eine Temperatur innerhalb des weiten Bereiches von 370 - 925⁰C erhitzt werden. Jedoch wird die höchste Reduktionsgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit einen niedrigem Verbrauch an Reduziermittel durch { die im Erz enthaltenen Eisenwerte bei Temperaturen innerhalb des Bereiches von 480 - 590⁰C erzielt. Die Erhitzung kann durch Verwendung eines heissen Trägergases und/oder durch äussere Wärmezufuhr zum Reaktor im Bereich der Reaktionszone erfolgen.

Bei Jeder festen Temperatur innerhalb des angegebenen Betriebstemperaturbereiches liegt ein umgekehrtes Verhältnis zwischen der Verweildauer in der Reaktionszone und dem Verhältnis Reduziermittel/Erz vor: je höher das Verhältnis Reduziermittel/Erz ist, desto niedriger ist die Verweildauer. So wurde beispielsweise bei einem Limoniterz bei Einhaltung einer Rästtemperatur von 73O⁰C und einer Verweildauer von etwa 1 see. eine 90-prozentige Nickelextraktion erzielt, wenn das Verhältnis von Reduziermittel/Erz 0,198 Nm³(7 SCF) Wasserstoff, je 0,45 kg Erz betrug, während bei einer Verweildauer von etwa 5 see. ein Verhältnis von nur 0,0708 Nm³ (2,5 SCF) Wasserstoff Je 0,45 kg Erz eingehalten werden musste. Das tatsäch-

10983-5/1063

liehe Verhältnis von Reduziermittel zu Erz wird in jedem speziellen Fall in erster Linie von praktischen, die Einrichtung und den Betriebsablauf betreffenden Erwägungen bestimmt. So werden z.B. für Einweg-Systöme, d.h. solche in denen das nichtverbrauchte Reduziermittel nicht erneut in den Kreislauf eingeschleust wird, Verhältnisse innerhalb des .Bereiches von 0,056 bis 0,227 Nm⁵ (2 bis 8 SCF) Wasserstoff je 0,45 kg Erz angewendet. In Systemen, bei denen das Reduziermittel dagegen wieder in den Kreislauf eingeführt wird, werden Reduziermittel/Erz-Verhältnisse in der Grössenordnung von 15 bis 30 bevorzugt.

Um eine selektive Reduktion des Nickels bei gleichbleibender minimaler) Reduktion der Eisenwerte zur Metallform zu erhalten, ist es wesentlich, dass die Verweildauer der Erzpartikel in der Reaktionszone weniger als 15 Sekunden beträgt. Wie vorstehend erläutert erhält man im allgemeinen für limonitische Lateriterze und Mischungen aus limonitischen und serpentinischen Lateriten die gewünschte Reduktion in weniger als 8 Sekunden Verweildauer und in den meisten Fällen - bei entsprechender Kontrolle der Temperatur und des Erz/Reduziermittel-Verhältnisses - innerhalb von 1 bis 7 Sekunden Verweildauer in der Reaktionszone·

109835/1063

- ,1.7 -

wesentliches Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass bei jeder gegebenen Gasgeschwindigkeit, die ausreicht, um die Suspension und den Transport der Erzpartikel durch vertikal angeordnete Abschnitt der Reaktionszone zu gewährleisten, die kleineren Erzpartikel durch diese Reaktionszonenabschnitte schneller als die grossen Partikel transportiert werden. Dies erlaubt eine Steuerung der Verweildauer für Erzpar- i tikel unterschiedlicher Grosse, während beim herkömmlichen Rösten in Mehrfach-Röstöfen oder in Fliessbetten alle Partikel unabhängig von ihrer Partikelgrösse in der Reaktionszone im wesentlichen gleich lang gehalten werden. Aus diesem Grunde ist bei diesen bekannten Verfahren das "Überrösten" von kleinen Partikeln und das "Unterrösten" grosser Partikel ein gravierendes Problem. „

Die aus der Reaktionszone austretende Festkörper/Gas-Suspension wird durch ein Staubsammler-System geleitet, das z.B. den in der Zeichnung dargestellten Nasswäscher oder sonstige herkömmliche Einrichtungen, wie z.B. Zyklone und/oder elektrostatisch wirkende Abscheider, enthält» Diese dienen dazu, das reduzierte Röstprodukt des Verfahrens aus dem austretenden Trägergas abzuscheiden. Das Röstprodukt wird vorzugsweise gekühlt und unmittelbar in einer im Kreislauf geführten Laugungsflüssigkeit gelöscht. Die entstehende Aufschlämmung wird einem Laugungsvorgang

109835/1063

unterzogen, in dem das Röstprodukt in wässriger ammoniaka-Iiseher Lösung gelaugt wird, um selektiv den Nickelgehalt aus dem Eisengehalt des Röstproduktes auszulaugen'. Entsprechend geeignete Laugungs- und Nickelgewinnungsverfahren sind in dem US-Patent 3 141 765 und dem kanadischen Patent 811 078 beschrieben. Das austretende Trägergas kann zur Trennung von nicht reagiertem gasförmigen Reduziermittel weiterbehandelt werden, das dann in den Reaktor wieder zurückgeleitef wird. Das darüberhinaus verbleibende abströmende Gas kann zur Trocknung oder für sonstige Vorgänge herangezogen werden, die für den Erzreduktionsvorgang von Bedeutung sind und bei denen Abfallwärme verwendet werden kann.

Der Ablauf des erfindungsgemässen Verfahrens wird anhand der nachfolgenden Beispiele erläutert:

Beispiel 1

Es wurde eine Reaktionseinrichtung verwendet, die im Aufbau ähnlich der in der Zeichnung dargestellten war. Der Reaktor war ein aus rostfreiem Stahl bestehendes Rohr mit einem Innendurchmesser von etwa 5 cm und einer Länge von 3,6 m. Das Rohr wurde von aussen durch eine Brennkammer unter Verwendung von Erdgasbrennern beheizt*

109835/1063

Feinverteiltes trockenes Lateriterz mit einer Feinheit von zu hundert Prozent weniger als 65 mesh (Standard Tyler-Siebmass) und zu 90 Prozent weniger als 325. mesh wurde kontinuierlich in einem Durchsatz von 10,8 kg/h in das Reaktorrohr durch eine Förderschnecke eingespeist. Das Erz enthielt 1,24 Gewichtsprozent Nickel, 0,12 Gewichtsprozent Kobalt, 35,4 Gewichtsprozent Eisen und 2 Gewichtsprozent freies Wasser. Gleichzeitig mit dem Erz wurde auf 590 C vorerwärmtes Trägergas mit einem Gehalt " von 55 Volumsprozent Wasserstoff, 44 Volumsprozent Stickstoff und dem Rest Kohlenmonoxid plus Kohlendioxid eingespeist. Das Trägergas wurde in einer ausreichenden Menge zugeführt, dass die Gasgeschwindigkeit innerhalb des Reaktorrohres 4,2 m/sec. betrug. Das Verhältnis Reduziermittel (Wasserstoff)/Erz (gemessen in SCF Wasserstoff/0,45 kg) betrug 7f2.

Das Erz wurde von dem Trägergasstrom erfasst-und in die- | sen hineingezogen_;sobald das Gas die Eintrittsöffnung des Erzes erreichte und wurde von diesem durch das Rohr gefördert. Die geschätzte mittlere Verweildauer der Erzpartikel, basierend auf der Gasgeschwindigkeit und der Grössenverteilung der Partikel, betrug 2 see.· Die Temperatur innerhalb der Reaktionszone wurde mit 760⁰C gemessen.

109835/1063

Nach dem Transport des Erzes durch den Reaktor wurde das reduzierte Erzprodukt in Wasser gesammelt. Das reduzierte Material, das (in Gewichtsprozent) eine Analyse von.1,48 % Nickel, 1,4 % Kobalt und 40,9 % Eisen.(davon 3,41 % metallisches Eisen) zeigte, wurde unter oxidierenden Bedingungen in einer ammoniakalisehen Ammoniumkarbonatlaugungslösung bei Zimmertemperatur und atmosphärischem Druck gelaugt. 90,5 % des Nickelgehaltes des reduzierten Erzes sowie 68,7 % des Kobaltgehaltes wurden extrahiert.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wurde der gleiche Reaktor verwendet und die gleichen Massnahmen wie in Beispiel 1 durchgeführt. Das Erz enthielt in Gewichtsprozent 1,35 % Nickel, 0,118 % Kobalt, 41,9 % Eisen und 1,4 % freies Wasser. Seine Feinheit betrug zu hundert Prozent weniger als 65 mesh (Standard Tyler-Siebmass) und zu 90 % weniger als 325 mesh. Das Trägergas wurde auf eine Temperatur von 425°C vorerwärmt und enthielt (in Volumsprozent) 7596 Wasserstoff, 33 % Stickstoff und als Rest Kohlenmonoxid plus Kohlendioxid. Das Trägergas wurde in einer ausreichend grossen Menge zugeführt, so dass innerhalb des Reaktorrohres eine Gasgeschwindigkeit von 2,4 m/sec. aufrechterhalten werden konnte. Das Reduziermittel (Wasserstoff) /Erz-Verhältnis (gemessen in SCF Wasserstoff / 0,45 kg Erz) betrug 15. Die geschätzte mittlere Verweildauer der Erzpartikel, basierend auf der Gasgeschwindigkeit und der

109835/1063

Größenverteilung der Erzpartikel, betrug etwa 4 see. Die Temperatur innerhalb der Reaktionszone wurde mit 54O⁰C gemessen. . ■ ' ■

Das reduzierte Material, das eine Analyse (in Gewichtsprozent) von 1,5 % Nickel, 0,126 % Kobalt, 44,6 % Eisen (davon 9>02 % metallisches^Eisen) zeigte, wurde in einer ammoniakalisehen Ammoniumkarbonatlaugungslösung auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 behandelt, 88,2 % des Nickel- " gehaltes des reduzierten Erzes sowie 55»4 % des Kobaltgehaltes wurden extrahiert.

109835/1063

Claims

- 22 Patentansprüche

Verfahren zur selektiven Extraktion von Nickel aus nickelhaltigem, eisenführendem oxidischem Erz durch Laugen in wässriger Lösung, dadurch gekennzeichnet, dass aus feinverteilten Partikeln des Erzes eine Suspension in einem Gasstrom erzeugt wird, der eine ausreichende Menge eines gasförmigen Reduziermittels enthält, um .die in der Erzsuspension enthaltenen Nickelwerte in den metallischen Zustand überzuführen, und dass die Gas-Erz-Suspension bei einer Temperatur von 370° bis 925⁰C kontinuierlich durch eine abgegrenzte Reaktionszone geführt und anschliessend aus der Reaktionszone unter kontinuierlicher Trennung der reagierten Erzpartikel vom Gas abgeleitet wird, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstromes so gesteuert wird, dass die Gesamtverweildauer der Gas-Erz-Suspension in der Reaktionszone höchstens etwa 15 Sekunden beträgt, und wobei zugleich das Verhältnis Erz/Reduziermittel in der Suspension und die spezifische Temperatur in der Reaktionszone so eingestellt und gesteuert werden, dass die Nickelreduktion bei minimaler gleichzeitiger Eisenreduktion während der Verweildauer abläuft.

109835/1063
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Trägergases in der Reaktionszone auf einem Wert im Bereich von 3,52 bis 49,2 at gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergas eine Menge von mindestens etwa 75 Volumsprozent Wasserstoff enthält.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 "bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur innerhalb der Reaktionszone in einem Bereich von 480 bis 590⁰C gehalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das das Verhältnis von Reduziermittel zu Erz in der Gas-Erz-Suspension in einem Bereich von 15 bis (gemessen in Standard-Kubikfuss-WasserstQff / 0,45 kg Erz) gehalten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit des Erzes innerhalb der Reaktionszone zwischen 1 bis etwa 7 Sekunden liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit des Erzes innerhalb der Raktionszone zwischen 8 und etwa 15 Sekunden liegt,

109835/1063

wobei das Verhältnis von Y/asser zu ¥assersto£f in der Reaktionszone auf einen Ifert von etwa 0,05 bis etv; 1,0 durch Zugabe von Dampf zun Trägergasstrom eingestellt wird.

109835/1063

BAD ORfQfNAi₁.