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Acidic leaching of cobalt and nickel from ferronickel slag using oxidant medium
Vinício Francisco Ibiapina
Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)
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Crie um tópicoThe pyrometallurgical processing of lateritic nickel ores produces large amounts of FeNi slag. Its chemical composition depends on the step of the metallurgical process (smelting, refining, and desulphurization). Magnesium silicates and iron, cobalt, and nickel oxides are present in the slags. In general, cobalt is present in laterites at levels below 0.2% m/m, and a specific processing to recover this valuable metal by a pyrometallurgical route was not found in searches. Therefore, the development of routes to process this waste is fundamental to recover cobalt and nickel, strategic metals for modern technologies, and to reduce this environmental liability.
This work presents a study of the acidic leaching of FeNi slag from refining process of nickel laterites to recover cobalt and nickel. The leachants were mixtures composed of an inorganic acid (HCl 6.0 mol L-1, H2SO4 9.0 mol L-1, H3PO4 7.5 mol L-1) and H2O2 (2.5 mol L-1). The effects of time (2-4 h), temperature (25-75 °C), and solid/liquid ratio (50-150 g L-1) were tested.
The reproducibility of leaching was determined to be ± 4%. Hydrochloric acid had the best performance as leachant. The effect of temperature was not significant to Co and Ni leaching. Thus, it is possible to apply the method at 25°C, reducing energy consumption. Under the best experimental conditions (25 °C, 2 h, S/L ratio 100 g L-1), 99 wt.% of nickel and cobalt were leached in the presence of HCl + H2O2 mixtures. The mass balance showed the best yields in 3 h (> 75 % m/m). However, flame atomic absorption spectroscopy (FAAS) of the liquors indicates that Co and Ni were better leached in 2 h (≥ 99 % m/m). The leaching performance with a solid/liquid ratio of 50 g L-1 (80-84% m/m) was slightly better than at 100 g L-1 (72-75% m/m). Consequently, it is more profitable to use a less volume of acidic leach solution. X-ray powder diffraction (XRPD) analyzes indicate SiO2 and Fe3O4 (HCl) and calcium salts (H2SO4 and H3PO4) as components of the insoluble matter from leaching. The X-ray fluorescence (XRF) results indicate cobalt and nickel contents below the detection limit.
João Rogério Borges de Amorim Rodrigues
Olá, Vinício, parabéns pelo trabalho e pela apresentação! Pensando no aproveitamento posterior pela indústria do níquel e cobalto lixiviados, quais estratégias e possíveis desafios haveria para a separação destes metais? Pretende-se futuramente fazer a caracterização das espécies de Ni, Co e até mesmo Fe, formadas no lixiviado, para auxiliar na escolha do melhor método de separação? Obrigado!
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Vinício Francisco Ibiapina
Olá João. Obrigado pelo comentário e pela pergunta. Sobre sua segunda pergunta, as espécies de Ni, Co e Fe no lixiviado são clorocomplexos como tetracloroferrato(III), tetraclorocobaltato(II) e tetracloroniquelato(II). Para separação, etapa posterior do trabalho, eu utilizarei a extração por solvente, e para ela há duas alternativas:
1) trabalhar com o lixiviado obtido e utilizar extratores aniônicos (alquilaminas e outros) já que os elementos estão na forma de íons complexos de carga negativa
2) diminuir a acidez, aumentando o pH pra no máximo 5,0 e assim utilizar extratores catiônicos (ácidos alquilfosfóricos, ou alquilfosfínicos), já que nesse pH, os elementos estão na forma catiônica.
Extratores neutros também são uma alternativa e funcionam bastante bem para Fe(III).
O desafio que dificulta a técnica é o maior teor de Ni nos lixiviados (cerca de 20 vezes maior que Co). Qualquer extração pouco significante de Ni em termos percentuais, pode ser muito relevante a medida em que consideramos a concentração. Tendo Ni e Co na fase orgânica, é possível recorrer a um processo de scrubbing, em que usamos uma solução ácida diluída para trazer um dos elementos para a fase aquosa, deixando o outro na fase orgânica.
João Rogério Borges de Amorim Rodrigues
Perfeito, de fato a diferença de concentração entre níquel e cobalto deverá ser o principal desafio. Muito obrigado!