林欣蓉 / 工研院材化所
前言
ALTA 2023是世界級的年度冶金會議,目前已進入第27屆。透過研討會及展覽分享想法與討論技術,反映當前與發展中的主要技術趨勢。該展同時與國際原子能機構(IAEA)合作,舉辦稀土元素會議;與Curtin黃金技術開發集團(GTG)合作Gold-PM研討會;與CSIRO礦產資源合作舉辦In-Situ Recovery (ISR)研討會,及和Future Battery Industries CRC (FBICRC)辦理鋰電池相關技術會議,今年於澳洲伯斯展開,為期五天,分成五大主軸與論壇,分別如下。
1. 鎳-鈷-銅論壇:主要論述濕法冶金及電池產業當中的鈷鎳應用;
2. 稀土金屬提取論壇:主要討論稀土提取、加工發展與趨勢;
3. 黃金提取論壇:主要討論氫化物降解與替代浸出液;
4. 及時回收技術論壇:主要討論鈾就地處理回收機制;
5. 鋰電池回收論壇:主要討論電池回收處理程序與再生料回用。
鎳-鈷-銅論壇
鎳-鈷-銅論壇計有超過16場的技術發表會,茲摘列幾篇重要論文與產業現況介紹如下。
1. 使用ATLAS材料製程,從鎳礦石中生產低碳鎳和鈷。動力用的鎳和鈷電池材料的需求有望呈指數級增長。滿足此一需求的自然資源是全球大型腐泥鎳礦資源基地,Atlas Materials 開發了一種創新的濕法冶金提取技術,使用鹽酸浸出。應用熱鹽酸產生可用作輔助膠凝的材料,含鎳、鈷、鎂滲濾液可通過一系列沉澱步驟進行處理,包括:鐵和鋁去除、用於回收鎳和鈷的混合氫氧化物沉澱、去除錳通過氧化/沉澱,到最後氫氧化鎂沉澱,沉澱劑是氫氧化鈉。在電路的末端,用過的電解質基本上是濃縮的鈉氯化物溶液,該溶液可用作氯鹼設施的輸入,以生產氯氣以及氫氣和苛性鹼 (NaOH),氯氣和氫氣燃燒生成鹽酸用於回收浸出。該過程的化學品消耗低(主要是化妝氯化鈉),可利用再生電力來分解鹽,並生產低碳鎳和鈷,供應電動汽車電池行業使用。從鎳礦石中生產低碳鎳和鈷的流程及鎳礦石試量產規劃,如圖二~三所示。
圖二、Atlas Materials公司於鎳礦石中生產低碳鎳和鈷流程
2. Cobalt Blue 正在開發 Broken Hill Cobalt 計畫,作為可行性研究的一部分。該公司在 Broken Hill 建造並運營了一個測試設施,最初批量處理了90噸礦石(2021-2022),預計至2025 年擴大到5,500噸。專利技術旨在從礦石中濃縮鈷黃鐵礦,再將其轉化為黃鐵礦,以熱解製程處理成磁黃鐵礦,再利用浸出,回收鈷作為沉澱的氫氧化物,可從黃鐵礦精礦中回收 >95% 的鈷。礦區的分選機制、燒結設備與成品如圖四所示。
圖四、Broken Hill Cobalt 計畫:(a) 礦區初步分選機制;(b) 礦區內初步燒結;(c) 濕法提取製成品
3. 全球採礦業每年會產生數百萬噸礦物廢料,其中又以尾礦最常見,全球累計超過 2,800億公噸。這些尾礦有極高的機會可作為基礎金屬、貴金屬和關鍵金屬的來源,估計價值達3.4兆美元。後處理的尾礦要達到其經濟價值可能會因幾個因素而受到阻礙,如有價金屬含量低和細粒含量高,降低有效的金屬回收和需要昂貴的過濾。此外,尾礦處理也有顯著的環境風險,包括有害化合物滲入和溢出到周圍環境生態系統中。InnovEco Australia 開發了一種新型金屬回收技術;即濕混樹脂(RIMM)方法。該方法使用離子交換從低品位礦石和精細礦物(包括尾礦)中經濟高效地回收有價值的金屬,RIMM台式測試和鼓模型測試已證明,該技術可以回收近100%的銅和鈷的尾礦,如表一及圖五可知利用篩分的方式,來料的顆粒大小與成分之關係,礦之顆粒約大其含銅量約高,約為14.377%,再利用酸浸出的方式分離銅與鈷元素。
圖五、酸液比與分離元素差異
4. 來自中非銅帶的氧化銅鈷礦床含有氧化鈷 (III)礦物,如雜晶石 (CoOOH) 和鉻鐵礦 (Co2O3),需要將 Co(III) 還原為可溶性 Co(II),用於溶解在酸性硫酸鹽溶液中。濕法冶金方式中常使用 ---以上為部分節錄內容,完整資料請見下方附檔。