[发明专利]从原材料中分离出多种金属的方法及用于使用该方法的体系

说明书

发明领域

本发明涉及从含有不同的金属有用成分的原材料中分离出不同的金属有用成分的改进的方法。

发明背景

使用高温冶金从矿石和废弃物中生产金属已有许多年，而仅在近些年，使用湿法冶金，尤其在引入新的方法来分离出其他金属，变得更普及。用于分离出金属的工艺条件是非常特殊的并且可根据待分离出的金属而变化。

大多数原材料含有不同组成、矿物和结构的若干成分。在许多情况下，一种金属的回收基于另一种金属。回收本身可能时常是极其困难的且昂贵的，因此，大量原材料未被加工而是简单地被丢弃。

不同的金属可通过包括连续阶段(例如熔炼、焙烧、常压浸出、高压浸出和细菌浸出)的高温冶金技术或湿法冶金技术从含有硫化物的浓缩物中提取出。然而，浓缩物难以通过常规的物理过程处理，且从其分离出的产物通常是不纯的。特定处理内的困难水平可能与原材料(例如渣、组合浓缩物(combined concentrate)、矿石、尾料等)的形态、几何形状、矿物形式和物理性质(例如尺寸硬度)有关。

金属熔炼厂是全球空气污染的来源，因此具有严重的环境问题，使得工厂大量投资不同的环境改善体系以及大量投资用于从这些来源中分离出金属的新的清洁技术的研究。

焙烧金属硫化物浓缩物通常在550℃至900℃范围的温度下在空气中进行。在焙烧期间，硫化物化合物中的硫转变成气体SO₂，气体SO₂是不期望的空气污染物。气体SO₂连同产生的另外的污染气体(例如，CO₂和其他温室气体)和不期望的粉尘增强对昂贵的空气污染物处理体系的需求。此外，浓缩物常常含有未被全部焙烧的金属化合物的混合物，从而在所期望的金属氧化物产物中形成许多杂质。

用于产生熔融金属的浓缩物和矿石以及硫化物的熔化在高得多的温度下进行，高达2000℃，还产生高体积的粉尘、SO_x、NO_x、CO₂、CO以及升华的金属颗粒的气体排放物。

用于处理包括硫化物的不同浓缩物的湿法冶金方法早在二十世纪四十年代已被从金生产中改动得到并且包括许多特殊方法。例如，用于铜化合物，通常的湿法冶金方法是Phelps Dodge方法、CESL-方法、Activox-方法、Western Metals方法、Dynatec-方法、氮类物催化(NSC)方法、Intec-方法、HydroCopper方法、BioCop-方法等。

NSC方法基于用硝酸钠添加剂作为催化剂在硫酸介质中在125至155℃(高于硫熔点)范围的温度下的适度压力氧化。这种方法的缺点是需要进行超细研磨(80％的颗粒小于10微米)和形成硫团，这使得在连续模式的操作中浆料输送更困难。

用于处理金属硫化物的另一种方法涉及在密封的容器中在增大的氧分压下和在高温下用硝酸浸提含有金属的矿物[1]。硝酸浸提法产生与酸反应的不同的产物，这取决于特定的硫化物。

这些方法的使得它们在过去是不经济的主要缺点在[2]中讨论。该缺点主要与难以从浸提液中回收所期望的产物有关。虽然已知这些溶液可通过溶剂萃取和离子交换技术被处理，从而从酸性浸提液中分离出金属有用成分[3]，但这些方法是相对困难且昂贵的，因为它们涉及复杂的且昂贵的反应混合物的全部液体组分的溶剂萃取。

可选择的浸提方法，诸如在[4]中描述的浸提方法，存在许多缺点，一些缺点与以下事实有关：需要大的初始浓度的硝酸，以及需要使用纯氧(昂贵的且危险的)，需要大体积的洗涤水(及洗涤水回收)，以及与在从溶液中进行金属回收之前需要降低硝酸浓度相关的复杂化。

因此，存在对发现用于从含有金属硫化物的矿物中有效地分离出氧化物形式或盐形式的金属的改进的方法的长久需求，该改进的方法是有效的、环境上安全的并且通用于从浓缩物中生产不同的金属。

熔炼渣是熔炼过程的相关副产物。渣是包含硫化物、氧化物、金属氧化物硅酸盐、无定形材料的玻璃质聚集物和甚至一些游离金属以及其他物质的复合材料，其中金属元素的化学价态变化并且其后在采用分离技术方面产生困难。通常，渣材料由于其复杂的性质已被视为废弃产物，仅可通过昂贵的且复杂的方法从废弃产物中回收金属有用成分。虽然渣的一些商业用途确实存在，例如道路填料，但由于不可获得从复杂的渣基质中分离出单个成分的有效的经济的方法，因此通常未获得在其中含有的单个组分的全部有用成分。