Investigation of the settling behavior of lateritic nickel ores in the CCD process after HPAL

Abstract

In this study, the settling performance of lateritic nickel ores in the Counter Current Decantation (CCD) thickeners following the High-Pressure Acid Leaching (HPAL) process was investigated in detail. The samples used within the scope of the study were obtained from the overflow of the 2nd CCD thickener under the condition that Manisa-Gördes and Eskişehir-Karaçam lateritic nickel ores were fed to the plant at different times. A series of settling tests were performed for both ores using anionic, cationic, and nonionic flocculants of various ionicity and molecular weight. Sedimentation performance was evaluated based on parameters such as settling time, clarity, and compression. To determine the optimum conditions for the tests, a preliminary test was performed, and the pulp solids content was determined as 7% and the flocculant dosage as 850 g/t. According to the test results, nonionic and very low anionic flocculants gave better results. It was found that flocculation was negatively affected with increasing anionicity, and results could be obtained only with very low anionicity flocculants. It was determined that the settling rate was very fast with cationic flocculants, but the amount of compression was not favorable, especially for Gördes ore. However, it is envisaged that the amount of consumption can be reduced if cationic flocculants are used especially for Karaçam ore. When a comparison was made between the ores, similar results were obtained in general and only for Karaçam ore, tikiner underflow density gave a successful result for all flocculant performances. On the other hand, it was concluded that variable ore structures and unstable process parameters influence the flocculant adsorption mechanisms and thus on the settling behavior.

Keywords

• Lateritic ore
• settling behavior
• flocculant
• HPAL
• CCD

Lateritik nikel cevherlerinin YBAL sonrası CCD prosesinde çökme davranımının incelenmesi

Öz

Bu çalışmada, lateritik nikel cevherlerinin Yüksek Basınçlı Asit Liçi (YBAL) prosesi sonrası uygulanan ters akışlı dekantasyon (Counter Current Decantation, CCD) tikinerlerindeki çökme performansı detaylı olarak incelenmiştir. Çalışma kapsamında kullanılan numuneler Manisa-Gördes ve Eskişehir-Karaçam lateritik nikel cevherlerinin farklı zamanlarda tesise beslendiği koşulda 2 No’lu CCD tikinerinin üst akışından elde edilmiştir. Her iki cevher için çeşitli iyoniklik ve molekül ağırlıklarındaki anyonik, katyonik ve noniyonik flokülantlar kullanılarak bir dizi çökme testi uygulanmıştır. Çökme performansı; çökme süresi, berraklık ve sıkışma gibi parametreler doğrultusunda değerlendirilmiştir. Testlerin yapılacağı optimum şartların belirlenmesi amacı ile ön test yapılarak çamur katı oranı %7 ve flokülant dozajı 850 g/t olarak belirlenmiştir. Test sonuçlarına göre bir değerlendirme yapıldığında noniyonik ve çok düşük anyonik flokülantların daha iyi sonuç verdiği görülmüştür. Anyonikliğin artması ile birlikte flokülasyonun olumsuz yönde etkilendiği tespit edilmiş ve yalnızca çok düşük anyonitedeki flokülantlar ile sonuç elde edilebildiği görülmüştür. Katyonik flokülantlar ile çökme oranının çok hızlı olduğu ancak, özellikle Gördes cevheri için sıkışma miktarlarının olumlu olmadığı belirlenmiştir. Bununla birlikte, özellikle Karaçam cevheri için katyonik flokülant kullanımı durumunda tüketim miktarının azaltılabileceği öngörülmektedir. Cevherler arasında bir kıyaslama yapıldığında ise genel anlamda benzer sonuçlar alınmış olup, yalnızca Karaçam cevheri için tikiner alt akım yoğunluğu tüm flokülant performansları için başarılı bir sonuç vermiştir. Öte yandan cevher yapılarının değişken ve proses parametrelerinin stabil olmamasının flokülant adsorpsiyon mekanizmalarının değişmesine ve dolayısıyla çökme davranımı üzerinde etkisi olduğu sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Lateritik cevher
• çökme davranımı
• flokülant
• YBAL
• CCD

References

1. [1] F.K. Crundwell, M.S. Moats, V. Ramachandran, T. G. Robinson, W. G. Davenport, “Extractive Metallurgy of Nickel, Cobalt and Platinum Group Metals”, Elsevier, Amsterdam, 2011, Chapter 1, pp. 1-18.
2. [2] Shibayama et al., U.S. Patent 8343447B2, 2013
3. [3] M.C. Mulligan and L. Bradford, “Soluble metal recovery improvement using high density thickeners in a CCD circuit: Ruashi II case study”, in Fifth Southern African Base Metals Conference 27-31 July 2009, Kasane, Botswana, 2009, 259-268
4. [4] P. J. Scales, A. Kumar, B. B. G. van Deventer, A. D. Stickland, S. P. Usher, “Compressional dewatering of flocculated mineral suspensions”, The Canadian Journal of Chemical Engineering, vol. 93, Issue 3, pp. 549-552, 2014.
5. [5] M. S. Moats and W. G. Davenport, “Nickel and Cobalt Production”, in Treatise on Process Metallurgy: Industrial Processes, Part A, Elsevier, UK, 2014, Chapter 2.2, pp. 625-667.
6. [6] R. Hogg, “Flocculation and Dewatering of Fine-Particle Suspensions”, Coagulation and Flocculation, 2nd. Edition, CRC Press, 2005, Chapter 12, pp.806-847.
7. [7] B. M. Baraniak, E. Waleriánczyk, “Flocculation”, in Encyclopedia of Food Science, Food Technology and Nutrition, Academic Press, 1993, pp. 2531-2535.
8. [8] R.K. Dwari, S.I. Angadi, S.K. Triphaty, “Studies on flocculation characteristics of chromite’s ore process tailing: effect of flocculants ionicity and molecular mass”, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, vol. 537, pp. 467–477, 2018, DOI:10.1016/j.colsurfa.2017.10.069.

9. [9] H. Çiftçi, S. Işık, “Farklı anyonik, katyonik ve noniyonik flokülantların ince boyutlu lavvar tesisi atıklarının çökelme davranışlarına etkileri, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, Cilt 21, Sayı 1, pp. 13-19, 2017.
10. [10] S. Kumar, S.Bhattacharya, N.R. Mandre, “Characterization and flocculation studies of fine coal tailings”, The Journal of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy, vol. 114, 11, pp. 945-949, 2014.
11. [11] M. Göçer, Kil minerallerinin flokülasyon ve koagülasyon işlemleri ile çöktürme karakteristiklerinin incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, 2016.
12. [12] A. Demiral, Killerin elektrokinetik özellikleri ve flokülasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir, 2013.
13. [13] C. Eswaraiah, S.K. Biswal, B.K. Mishra, “Settling characteristics of ultrafine iron ore slimes”, International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, vol. 19, Number 2, pp. 95-99, Feb 2012, DOI: 10.1007/s12613-012-0521-6.
14. [14] Ö. Keskin, Gördes ve Karaçam Lateritik Nikel Cevherlerinin YBAL Sonrası CCD Prosesinde Çökme Davranımının İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2019
15. [15] J. Pillai, “Flocculants and Coagulants: The Keys to Water and Waste Management in Aggregate Production”, Nalco Company, Illionis, Reprint R-680,1997.
16. [16] R. Hogg, “Flocculation and Dewatering”, Int. J. Miner. Processing, vol. 58, issues 1-4, pp. 223-236, 2000, DOI: 10.1016/S0301-7516(99)00023-X.
17. [17] R.M. Turian, T.W. Ma, F.L.G. Hsu, D.J. Sung, “Characterization, settling, and rheology of concentrated fine particulate mineral slurries”, Powder Technology, vol. 93, pp. 219–233, 1997.
18. [18] S. Farrokhpay, L. Filippov, “Aggregation of nickel laterite ore particles using polyacrylamide homo and copolymers with different charge densities”, Powder Technology, vol. 318, pp. 206-213, 2017.