Reprocessing and leaching of valuable metals from weathered flotation tailings

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2024-01-23
Department
Major/Subject
Sustainable Metals Processing
Mcode
CHEM3026
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
75+20
Series
Abstract
To mitigate the global warming a clean energy transition is needed. This transition relies highly on non-renewable minerals and metals. In order to ensure the supply of mineral raw materials, metals recovery from alternative raw material resources needs to be studied. The mining industry produces vast amounts of waste (waste rock and tailings) as a by-product and in 2018 over 75% of all waste in Finland originated from mining operations. The waste consists of gangue, minerals with no commercial value, as well as small traces of valuables. In this thesis weathered flotation tailings are investigated as one potential stream to produce Co and Ni as well as Cu and Zn, elements necessary for clean energy applications. The studied tailing originates from Keretti tailings area (Outokumpu) and has been weathering since 1954. The valuables were expected to occur in sulfide minerals and Co, Ni, Cu, Zn, Fe, and S content in the raw material are 0.081%, 0.055%, 0.17%, 0.15%, 8.21%, and 5.67%, respectively. The purpose of the thesis was to evaluate the suitability of the raw material for concentrate production and hydrometallurgical processing. According to the results, it is possible to produce concentrate via froth flotation. However, more flotation stages including scavenger stage are needed to increase the recovery of valuables and decrease the sulfur content (2.6%) in the tailing. The recovery of Co, Ni, Cu, and Zn by froth flotation to the rougher concentrate was 73%, 54%, 68%, and 76% while their grades were 0.20%, 0.09%, 0.52%, and 0.50%, respectively. For the cleaner concentrate the recoveries and grades were 60% and 0.27% for Co, 39% and 0.11% for Ni, 54% and 0.66% for Cu, and 65% and 0.69% for Zn. Some amount of Co, Ni, and Fe were found to leach into the solution during flotation. The leaching results showed that 21% of Co and 38% of Ni were extracted into the solution by water leaching of the weathered tailing for 5 minutes. The extraction of Fe into PLS was low in water leaching. The extraction of Co increased slightly (5%-units) by acid leaching under varying oxidizing conditions and the highest extraction of Ni (60%) was achieved in cupric chloride leaching. The highest total valuable metals recovery of the flotation-leaching process was achieved in ferric sulfate leaching. More studies are needed to evaluate the suitability of the raw material for hydrometallurgical metals refining processing.

Ilmaston lämpenemisen hillitsemiseksi tarvitaan siirtymä puhtaisiin energiamuotoihin. Tämä siirtymä on riippuvainen uusiutumattomista mineraaleista ja metalleista. Raaka-aineiden saatavuuden varmistamiseksi on tutkittava metallien talteenottoa vaihtoehtoisista raaka-ainelähteistä. Kaivosteollisuus tuottaa suuria määriä jätettä sivutuotteena, ja vuonna 2018 yli 75% kaikista jätteistä oli Suomessa peräisin kaivostoiminnasta. Jäte koostuu pääasiassa sivukivestä ja rikastushiekasta eli mineraaleista, joilla ei ole kaupallista arvoa. Rikastushiekka sisältää lisäksi pieniä määriä arvokkaita mineraaleja. Tässä diplomityössä tutkittiin läjitettyä rikastushiekkaa vaihtoehtoisena raaka-aineena koboltin ja nikkelin tuottamiseen. Tutkittu raaka-aine on peräisin Keretin rikastushiekka-alueelta (Outokumpu), jossa se on ollut läjitettynä vuodesta 1954 alkaen. Raaka-aineen nikkelin, kuparin, sinkin, raudan ja rikin pitoisuudet ovat 0.081%, 0.055%, 0.17%, 0.15%, 8.21% ja 5.67% vastaavasti, ja niiden oletettiin sijaitseva sulfidimineraaleissa. Työn tarkoituksena oli tutkia, onko raaka-aineesta mahdollista tuottaa sulfidirikastetta ja onko raaka-aine ja raaka-aineesta tuotettu rikaste sopiva hydrometallurgiseen käsittelyyn. Tulosten mukaan raaka-aineesta on mahdollista tuottaa rikastetta vaahdottamalla, mutta vaahdotusvaiheita, mukaan lukien ripevaahdotus, tarvitaan lisäämään metallien talteenottoa sekä vähentämään alitteen rikkipitoisuutta (2.6%). Koboltin, nikkelin, kuparin ja sinkin talteenotto esivaahdotuksessa oli 73%, 54%, 68% ja 76% ja pitoisuudet rikasteessa olivat 0.20%, 0.09%, 0.52% ja 0.50% vastaavasti. Kertausvaahdotuksessa saannot ja rikasteen pitoisuudet olivat 60% ja 0.27% koboltille, 39% ja 0.11% nikkelille, 54% ja 0.66% kuparille, ja 65% ja 0.69% sinkille. Osa koboltista, nikkelistä ja sinkistä havaittiin liukenevan vaahdotusliuokseen. Liuotuskokeiden tulosten perusteella 21% raaka-aineessa olevasta koboltista ja 37% nikkelistä liukeni veteen ensimmäisen viiden minuutin sisällä kokeen aloittamisesta. Koboltin saanto liuokseen nousi vain hieman (5 %-yksikköä) happoliuotuksessa sekä eri hapettimia käytettäessä. Nikkelin saanto liuokseen oli korkein kuparikloridiliuotuksessa (60%). Korkein metallien saanto vaahdotus-liuotusprosessissa liuokseen oli rauta(III)-sulfaattiliuotuksessa. Lisätutkimuksia tarvitaan raaka-aineen soveltuvuuden arvioimiseksi hydrometallurgiseen käsittelyyn.
Description
Supervisor
Lundström, Mari
Thesis advisor
Karppinen, Anssi
Rinne, Tommi
Keywords
sulfide tailing, reprocessing of tailings, flotation, acid leaching, cobalt, nickel
Other note
Citation