The distribution of trace elements in nickel flash smelting

Abstract

More efficient recovery of trace elements in the mining industry is a growing concern due to the ever decreasing quality of ore and the need for more pure materials in advanced applications. In order to achieve this goal we require deeper insight into the behaviour of different impurities during the smelting process. The goal of this study was to investigate the distribution of trace elements (Ge, Co, Se, Pb and Sn) between nickel matte and fayalite slag in the Direct Outotec Nickel Flash Smelting – process.

The experiments were conducted with a method that includes equilibration and quenching of the sample, followed by an EPMA-analysis. All experiments were conducted at 1400ᵒC. Oxygen partial pressure varied among the experiments. Iron concentration in matte was controlled within the range of 3 to 9 wt% Fe by gas mixtures containing Ar-CO-CO2-SO2. MgO and K2O were added to some of the samples to study their effect on the distribution behaviour. Ni:Cu ratio was kept at 5:1 in all experiments and SiO2 crucibles were used during equilibration.

Co and Se distribution behaviour between matte and slag was studied. The results were compared to previous studies and discussed accordingly. The addition of MgO and K2O were also studied, and had a clear effect on the distribution coefficients, with the type of effect depending on the substance in question. Ge, Pb and Sn were vaporized during the equilibration, leading to their concentrations being too low to analyse with EPMA. A more sensitive nalytical technique has to be employed to further investigate the behaviour of these elements.

Hivenaineiden entistä tarkempi talteenotto on kasvava ongelma kaivosteollisuudessa malmin laadun laskun ja entistä vaativampien käyttökohteiden vuoksi. Ongelman ratkaisemiseksi tarvitsemme tarkempaa tietoa hivenaineiden jakautumisesta sulatusprosessin aikana. Tämän työn tarkoitus on tutkia hivenaineiden (Ge, Co, Se, PB ja Sn) jakautumista nikkelikiven ja kuonan välillä Direct Outotec Nickel Flash Smelting prosessissa.

Kokeet toteutettiin menetelmällä johon kuuluivat näytteen tasapainotus ja sammutus, sekä EPMA-analyysi. Koelämpötila oli 1400ᵒC kaikissa kokeissa. Hapen osapainetta muutettiin kokeesta riippuen. Raudan konsentraatiota kivessä säädettiin välillä 3 – 9 m-%, Ar-CO-CO2-SO2 kaasuseosten avulla. MgO:ta ja K2O:ta lisättiin osaan näytteistä jotta niiden vaikutusta hivenaineiden jakautumiseen pystyttäisiin tutkimaan. Ni:Cu suhde pidettiin 5:1 kaikissa kokeissa ja SiO2 upokkaita käytettiin tasapainotuskokeissa.

Co ja Se jakautumiskäyttäytymistä tutkittiin kiven ja kuonan välillä. Tuloksia verrattiin aikaisempiin tutkimuksiin ja analysoitiin. Myös MgO:n ja K2O:n lisäystä tutkittiin, ja selvä vaikutus jakautumiskertoimiin löydettiin, vaikutuksen vaihdellessa aineesta riippuen. Ge, Pb ja Sn höyrystyivät tasapainotuksen aikana, mistä johtuen niiden pitoisuudet olivat liian pienet EPMA-analyysiä varten. Tarvitsemme tarkemman analyysimenetelmän näiden aineiden jakautumiskäyttäytymisen tutkimiseen.