Heap leaching of nickel sulfide ore
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Technology |
Doctoral thesis (article-based)
| Defence date: 2021-11-05
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2021
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
68 app. 58
Series
Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 115/2021
Abstract
Heap leaching is a widespread technology for gold and copper production, typically utilized in arid and warm locations. However, the Terrafame (former Talvivaara) operation in Finland is the only operation that utilizes heap leaching for nickel and zinc production, furthermore in a net positive rainfall area with low temperatures. The process relies on high temperature generation within the heap and makes the process quite different compared to most heap leach operations. The current thesis had three main objectives: α) to gain understanding of the reaction mechanisms and the order of the reactions within the heap leaching operation, to better determine the early signs of sub-standard behavior in the leaching of the target metals; β) to investigate the impact of an increased aeration feed on valuable metal recovery, and γ) to increase understanding of the potential variability of the water balance at the heap leach operation in question today, with the effects of global warming in mind. It is suggested that the leaching process follows the order: alabandite > pyrrhotite > other minerals. The research results showed that cadmium, cobalt, copper, nickel, and zinc re-precipitate during the early stages of the heap leach process. A very low acid consumption was achieved on production scale (less than 1 kg of acid per tonne of ore) in comparison to previous studies (close to 40 kg of acid per tonne of ore). The amount of temperature generated and acid balance suggested 15% to 20% oxygen efficiency in heap leaching. It was shown that a full oxidation of 10%-w pyrrhotite ore could lead to a 3.6%-w mass increase and 5.7%-V volumetric increase in the heap, which is a unique phenomenon in global heap leaching operations. The water balance at the site was shown to be heavily dependent on the heat generation. Climate change cases with doubled and tripled CO2 emissions were studied in comparison to a time when the climate was not affected by human activity. The cases showed that the extremes of weather effects are widening. They also showed that it would appear the balance would tend toward the drier side with these climate change scenarios, requiring more fresh water.Kasaliuotus on yleisesti käytetty tuotantoteknologia kuparin ja kullan valmistuksessa. Kuitenkin ainoastaan Terrafame (entinen Talvivaara) Suomessa käyttää kasaliuotusteknologiaa nikkelin ja sinkin valmistukseen. Kasaliuotus on tyypillisesti teknologia jota käytetään kuumilla ja kuivilla alueilla. Terrafamen kaivoksen sijainti positiivisen nettosadannan alueella ja pohjoisen kylmässä ilmastossa on harvinaista kasaliuotukselle ja koko prosessin toimivuus perustuukin malmin liuotuksen aikaiselle lämmöntuotannolle. Tämä väitöskirja sisältää kolme tavoitetta: α) lisätä ymmärrystä reaktiomekanismista ja reaktioiden järjestyksestä kasaliuotusoperaatiossa, jotta tuotantometallien liuotusprosessin lopputulosta pystytään tulkitsemaan kasan aiemman liukenemiskäyttäytymisen perusteella; β) tutkia ilmasyöttömäärän vaikutusta metallien liukenemiseen kasaliuotusprosessissa; γ) kasvattaa ymmärrystä kasaliuotusoperaation vesitaseen vaihtelusta sekä tänä päivänä että ilmastonmuutoksen tuomat muutokset huomioiden. Tutkimuksessa löydettiin, että mineraalien liukenemisprosessi seuraa kasaliuotuksessa seuraavaa järjestystä: alabandiitti > pyrrotiitti > muut mineraalit, ja että kadmium, koboltti, kupari, nikkeli ja sinkki takaisinsaostuvat kasaliuotusprosessin varhaisessa vaiheessa. Tuotantomittakaavan liuotuskasoilla kyettiin saavuttamaan erittäin pieni haponkulutus (alle 1 kg happoa malmitonnia kohden) verrattuna edellisiin tutkimuksiin (lähes 40 kg happoa malmitonnia kohden) ja hapen hyötysuhteeksi arvioitiin 15-20 % lämmönkehityksen ja happotasapainon perusteella. Tutkimuksessa näytettiin, että malmin, jossa on 10 massaprosenttia pyrrotiittia, täydellinen pyrrotiitin reaktio kasassa voi arvioidun reaktiomekanismin kautta johtaa 3,6 prosentin massan kasvuun ja 5,7 prosentin tilavuuden kasvuun. Tätä ilmiötä ei tiedetä raportoidun aikaisemmin kasaliuotuksissa. Vesitaseen näytettiin olevan voimakkaasti riippuvainen kasan lämmöntuotannosta ja sitä kautta haihtumasta. Tutkittiin kaksinkertaista ja kolminkertaista globaalia hiilidioksidipäästöä verrattuna ennen ihmiskunnan vaikutusta päästöihin. Tässä tutkimuksessa havaittiin, että ilmastonmuutoksen myötä sään vaikutuksen prosessiin levenevät: kuivasta jaksosta tulee kuivempi ja märästä märempi. Samalla havaittiin, että keskimäärin vesitase suuntaa kohti kuivempaa tutkittujen ilmastonmuutosskenaarioiden myötä.Description
Defence is held on 5.11.2021 12:00 – 15:00
https://aalto.zoom.us/j/67206760412
Supervising professor
Lundström, Mari, Assoc. Prof., Aalto University, Department of Chemical and Metallurgical Engineering, FinlandThesis advisor
Lundström, Mari, Assoc. Prof., Aalto University, FinlandKeywords
heap leaching, nickel, aeration, heat generation, water balance, kasaliuotus, nikkeli, ilmastus, lämmöntuotanto, vesitase
Other note
Parts
- [Publication 1]: Arpalahti, Antti; Lundstrom, Mari. 2017. Heat generation in a production scale sulphide heap leach operation. In: GDMB. Proceedings of EMC 2017, Leipzig, Germany, June 25-28. GDMB. pp. 727-737
-
[Publication 2]: Arpalahti, Antti; Lundstrom, Mari. 2018. The leaching behavior of minerals from a pyrrhotite-rich pentlandite ore during heap leach- ing. Elsevier. Minerals Engineering, volume 119, pp. 116-125.
DOI: 10.1016/j.mineng.2018.01.025 View at publisher
-
DOI: 10.1016/j.hydromet.2019.02.018 View at publisher
-
DOI: 10.1007/s10230-020-00694-7 View at publisher