DE3587753T2 - Verfahren zur Oxidationsdrucklaugung von nichteisenmetallenthaltendem sulfidischem Material. - Google Patents
Verfahren zur Oxidationsdrucklaugung von nichteisenmetallenthaltendem sulfidischem Material.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft die Gewinnung von Nichteisenmetallen, z. B. von Zink, Nickel, Kupfer, Blei, Kobalt oder Gold, aus sulfidischem Material durch Oxidationsdrucklaugung in einer Autoklaven-Anordnung, durch die das Material kontinuierlich durchgeführt wird.
- Es ist allgemein bekannt, daß die Oxidationsdrucklaugung solcher sulfidischen Materialien eine exotherme Reaktion ist. In der Vergangenheit war es gebräuchlich, eine solche Reaktion in einem Multikompartiment-Autoklaven durchzuführen, wobei aufeinanderfolgende Kompartimente durch Trennwände voneinander getrennt waren, und jede Zelle einen Rührer enthielt. Das zu oxidierende sulfidische Material wird an einem Ende als Aufschlämmung in den Autoklaven eingebracht, und die Aufschlämmung fließt von einem Kompartiment zum anderen über die Trennwände, und verläßt den Autoklaven am anderen Ende. Sauerstoff wird den Autoklaven-Kompartimenten zugeführt, um die Oxidation zu bewirken.
- Mit der gegenwärtigen Praxis war es normalerweise notwendig, dem ersten Autoklavenkompartiment Hitze zuzuführen, z. B. durch Dampfinjektion oder durch Vorhitzen der Ausgangsaufschlämmung, um die Reaktion aufrechtzuhalten. Um z. B. Pyrit (FeS2) zu oxidieren, ist es notwendig, daß die Temperatur mindestens ca. 165 C beträgt, wodurch ein Vorerhitzen oft erforderlich ist um die Initiierung der exothermen Reaktion sicherzustellen. In nachfolgenden Kompartimenten ist es wahrscheinlich, daß die durch die Druckoxidationsreaktion erzeugte Wärme die Temperatur in der Aufschlämmung auf einen unerwünscht hohen Wert erhöht, wodurch ein Abkühlen notwendig wird. Unerwünscht hohe Temperaturen und deshalb auch unerwünscht hohe Drucke sollten aufgrund ihrer Beschränkungen im Hinblick auf die Festigkeit des Autoklavens vermieden werden. Die Notwendigkeit zur Hitzezufuhr zum ersten Kompartiment und für die Abkühlung nachfolgender Kompartimente stellt eine Energieverschwendung dar und ist für eine ökonomische Durchführung schädlich.
- Ein Verfahren zur Oxidationsdrucklaugung in einem Multi- Kompartimentautoklaven wird in der US-A-3961908 beschrieben.
- Ein weiterer solcher Autoklav wird in der US-A-2871116 beschrieben. Dort besitzt der Autoklav ein vergrößertes stromaufwärtiges Kompartiment, das mit einem Beschickungsbehälter in Verbindung steht, in dem die Ausgangsaufschlämmung vor der Einspeisung in das vergrößerte stromaufwärtige Kompartiment durch Gegenstromkontakt mit heißen Prozeßgasen, die aus dem Reaktor austreten, vorerhitzt wird. Am stromabwärtigen Ende wird Prozeßluft und Dampf unter hohem Druck, entweder als Anfahrdampf, oder als im stromabwärtigen Ende als Teil der Wärmerückgewinnung erzeugter Dampf in den Autoklaven eingespeist und strömt mittels externer Pumpen im Gegenstrom von Kompartiment zu Kompartiment.
- Auch in diesem Fall ist der Autoklav durch Trennbleche, die sich in Intervallen entlang der Autoklavenlänge nach unten in die Aufschlämmung erstrecken, und die den Autoklaven in eine Anzahl ziemlich getrennter Kompartimente teilen, unterteilt. Der serielle Durchfluß des oxidierenden Gases von einem Kompartiment in das nächste im Gegenstrom zur Richtung des Durchflusses der Aufschlämmung durch den Autoklaven muß deshalb durch eine Reihe von Pumpen bewirkt werden, die das oxidierende Gas von einem Kompartiment in das nächste durch eine Serie externer Leitungen führen.
- Im Gegensatz dazu verwendet die vorliegende Erfindung die Form eines Kompartiment-Autoklaven von dem in der US-A-3961908 beschriebenen Typ, d. h. mit einem ununterbrochenen offenen Gasraum, der sich entlang der Autoklavenlänge oberhalb des Niveaus der Aufschlämmung erstreckt, und beruht auf der Feststellung, daß in diesem Autoklaventyp die Temperatur in den verschiedenen Autoklavenkompartimenten auf optimalen Werten gehalten werden kann ohne die Notwendigkeit einer wesentlichen Menge an äußerer Wärmezufuhr oder einem Abkühlen, und in dem die exotherme Natur der Reaktion durch die Verwendung einer Autoklaven-Anordnung ausgenützt wird, in der das erste Kompartiment im wesentlichen größer ist als jedes der nachfolgenden Kompartimente, damit im ersten Kompartiment ein größerer Umsetzungsgrad erfolgt, wodurch dort eine höhere Temperatur verursacht wird. Spezifischer ausgedrückt ist das Volumen des ersten Kompartiments ein solches, daß es ein Volumen der Reaktionsaufschlämmung enthält, das 50 bis 200% größer ist als das in einem der nachfolgenden Kompartimente.
- Die Erfindung stellt deshalb ein Verfahren bereit zur Gewinnung von Nichteisenmetallen aus sulfidischem Material, das diese enthält, umfassend die Einspeisung einer wässerigen Aufschlämmung des sulfidischen Materials in das stromaufwärtige Ende eines länglichen Autoklaven, der im Innern in aufeinanderfolgende Kompartimente durch eine Vielzahl von Trennwänden unterteilt ist, die sich im Autoklaven aufwärts erstrecken und über die die Aufschlämmung von einem Kompartiment in das nächste während ihres Durchgangs durch den Autoklaven fließt, wobei die Höhe der inneren Trennwände geringer ist als die innere Höhe des Autoklavens, wodurch ein im Autoklaven ununterbrochener offener Gasraum entlang der Autoklavenlänge oberhalb des Niveaus der Aufschlämmung geschaffen wird, und das erste Kompartiment der Serie ein Aufschlämmungsvolumen enthält, das größer ist als das in einem der nachfolgenden Kompartimente, einzeln betrachtet, enthaltene Volumen, Einspeisung eines Sauerstoff enthaltenden Gases in den Autoklaven, um im Autoklaven eine unter Druck stehende Atmosphäre aufrechtzuerhalten, und um einen Sauerstoff-Partialdruck im Bereich von 50 bis 2000 kPa bereitzustellen, wodurch das sulfidische Material einer Oxidationsdrucklaugung unterworfen wird, und Gewinnung der ausgelaugten Aufschlämmung aus dem stromabwärtigen Ende des Autoklavens, da dadurch gekennzeichnet ist, daß:
- im ersten Kompartiment und während des Verfahrens ein Volumen der Reaktanten-Aufschlämmung aufrechterhalten wird, das 50 bis 200% größer als das Volumen der Reaktanten-Aufschlämmung in einem der individuellen stromabwärtigen Kompartimente ist, ein Teil dieser wässerigen Aufschlämmung, oder frisches Wasser, oder ein Strom der recyclisierten Prozeßlösung gegebenenfalls, und wenn notwendig, ebenfalls einem oder mehreren der Kompartimente stromabwärts vom ersten Kompartiment zugeführt wird, um optimale Temperaturbedingungen in den Kompartimenten stromabwärts vom ersten Kompartiment (14) ohne äußeres Erhitzen oder Kühlen dieser stromabwärtigen Kompartimente aufrechtzuerhalten.
- Die Erfindung ist auf eine Vielzahl von Nichteisenmetallen und Eisen enthaltende sulfidische Materialien anwendbar, die üblicherweise einer Druckoxidation unterworfen werden, z. B. Erze, Konzentrate und Schmelzgemische von Metallsulfiden.
- Die Erfindung ist auch zur Behandlung von Eisen enthaltenden komplexen sogenannten Sulfosalzen brauchbar, die Antimon und/oder Arsen enthalten, sowie Selenide und Telluride. Das Material kann Selenide und Telluride umfassen, die mindestens ein Metall aus der Gruppe bestehend aus Gold, Silber, Platin, Palladium, Osmium, Iridium, Ruthenium, Rhenium, Rhodium und Rubidium enthalten.
- Obgleich zum Anfahren etwas äußere Wärme notwendig sein kann, erlaubt es das im Vergleich zu dem in jedem der nachfolgenden Kompartimente größere Volumen der Aufschlämmung im ersten Kompartiment, daß der Schlamm im ersten Kompartiment bei einer im wesentlichen hohen Temperatur verbleibt, um die Druckoxidationsreaktion des eintretenden sulfidischen Materials zu bewirken, und gleichzeitig die Aufschlämmung in den nachfolgenden Kompartimenten bei angemessenen Temperaturen, die nicht so hoch sind, verbleibt. Bei einer kontinuierlichen Durchführung wird es erfindungsgemäß deshalb nicht notwendig, die dem ersten Kompartiment zugeführte Aufschlämmung mit einer äußeren Wärmequelle auf das gleiche Ausmaß, wie dies früher erforderlich war, vorzuerhitzen, oder die nachfolgenden Kompartimente im gleichen Ausmaß wie dies früher erforderlich war abzukühlen, wodurch man eine beträchtliche Energieeinsparung erreicht. Es ist deshalb auch möglich einen höheren Durchsatz an sulfidischem Material, als dies sonst der Fall wäre, zu erreichen. Außerdem können unerwünschte starke Erhöhungen in der Temperatur von einem Kompartiment zum anderen, wie sie nach dem Stand der Technik auftreten, vermieden werden. Im Vergleich zum konventionellen Kompartimente-Autoklaven wurde auch gefunden, daß die Trennwände des erfindungsgemäß verwendeten Autoklavens höher sein können, mit dem Ergebnis, daß das wirksame Volumen des Autoklavens im Vergleich zu konventionellen Autoklaven erhöht werden kann.
- Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal kann Aufschlämmung, Wasser oder rezyklisierte Prozeßlösung in ein oder mehrere aufeinanderfolgende Kompartimente iniziiert werden, z. B. in das dritte Kompartiment, um eine zusätzliche Temperaturkontrolle in den nachfolgenden Kompartimenten zu bewirken. Dieses Merkmal erhöht außerdem die Verweilzeit der Aufschlämmung im ersten Kompartiment, und stellt deshalb ein zusätzliches Mittel zur Temperaturkontrolle der Aufschlämmung in den verschiedenen Kompartimenten ohne Verwendung von äußerer Wärme oder Abkühlen dar.
- Die Feststoffdichte (pulp density) der Aufschlämmung im ersten Kompartiment kann vorteilhafterweise höher als in den nachfolgenden Kompartimenten sein, wodurch eine geringere Wärmesenke im ersten Kompartiment vorhanden ist, was es erlaubt sogar eine höhere Temperatur mit dem gleichen Umsetzungsgrad zu erreichen. Die Feststoffdichte im ersten Kompartiment kann z. B. von ca. 5 bis ca. 60% Feststoffe betragen, mit einer Feststoffdichte in den nachfolgenden Kompartimenten von ca. 3 bis ca. 40% Feststoffe.
- Andere Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung im Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich, in der bedeutet:
- Fig. 1 eine schematische Ansicht einer horizontalen Autoklaven-Anordnung.
- In Fig. 1 hat ein länglicher horizontaler Autoklav 12 fünf aufeinanderfolgende Kompartimente 14, 16, 18, 20, 22, die durch Trennwände 24, 26, 28, 30 getrennt sind. Das erste Kompartiment 14 ist ca. zwei mal so groß wie jedes der anderen Kompartimente. Um den Inhalt jedes Kompartiments zu rühren, sind Rührer vorgesehen, wobei 2 Rührer 32, 34 im ersten Kompartiment 14 vorhanden sind, und die nachfolgenden Kompartimente 16, 18, 20, 22 die Rührer 36, 38, 40, bzw. 42 enthalten.
- Eine saure Ausgangsaufschlämmung von Nichteisenmetallen und Eisen enthaltendem sulfidischem Material wird über die Zuspeisungsleitung 44 in das erste Kompartiment 14 eingespeist, und durchläuft die nachfolgenden Kompartimente 16, 18, 20 und 22, bevor es aus dem letzten Kompartiment 22 über die Ausführungsleitung 46 ausgeführt wird. Sauerstoff wird parallel zu jedem Kompartiment 14, 16, 18, 20 und 22 über die Sauerstoffleitung 48, die nach oben in jedes der einzelnen Kompartimente führende Zweigleitungen 50, 52, 54, 56 und 58 besitzt, zugeführt. Wie dargestellt, sind die Trennwände 24, 26, 28 und 30 hintereinanderfolgend von geringerer Höhe, und die Aufschlämmung fließt über jede der Trennwände von einem Kompartiment zum anderen.
- Ein typisches Zink und Eisen enthaltendes sulfidisches Material kann (bezogen auf das Gewicht) ca. 20 bis ca. 60% Zink, ca. 35 bis ca. 3% Eisen, und ca. 38 bis ca. 30% Schwefel enthalten. Ein typisches schwerschmelzendes Golderz oder Konzentrat kann von ca. 3 bis ca. 300 g/t Gold, ca. 3 bis ca. 45% Eisen, ca. 1 bis ca. 45% Schwefel, und ca. 0.1 bis ca. 30% Arsen enthalten. Ein typisches Kupfer-Nickel- Schmelzgemisch kann ca. 30 bis ca. 70% Nickel, ca. 40 bis ca. 3% Kupfer, und ca. 5 bis ca. 25% Schwefel enthalten. Metalle der Platingruppe können auch vorhanden sein.
- Die eintretende Ausgangsaufschlämmung kann z. B. eine Feststoffdichte von ca. 35 bis ca. 85% Feststoffe aufweisen, wobei die Feststoffdichte im ersten Kompartiment 14 von ca. 5 bis ca. 60% Feststoffe beträgt, und die Feststoffdichte in jedem der nachfolgenden Kompartimente von weniger als ca. 0.1 % bis ca. 60% Feststoffe beträgt.
- Obgleich die Reaktionen komplex sind, veranschaulichen die nachfolgenden Gleichungen typische Reaktionen, die bei der sauren Oxidationsdrucklaugung von Zink oder Eisen enthaltendem sulfidischem Material auftreten:
- ZnS + Fe&sub2;(SO&sub4;)&sub3; → ZnSO&sub4; + 2FeSO&sub4; + S&sup0;
- FeS + 20&sub2; → FeSO&sub4;
- 2FeSO&sub4; + H&sub2;SO&sub4; + 0.50&sub2; → Fe&sub2;(SO&sub4;)&sub3; + H&sub2;O
- Für ein solches Zink enthaltendes Material kann der Sauerstoffüberdruck ca. 200 bis ca. 2000 kPa betragen. Die Temperatur des großen ersten Kompartiments 14 kann von ca. 135º bis ca. 150ºC betragen, und die Temperatur jedes anderen Kompartiments von ca. 145º bis ca. 155ºC.
- Schwerschmelzendes Golderz oder Konzentrate enthalten typischerweise Pyrit und/oder Arsenopyrit, der oxidiert werden muß, um das Gold freizusetzen. Insbesondere Pyrit (FeS2) ist eine schwerschmelzende Verbindung und erfordert deshalb eine relativ hohe Temperatur von mindestens ca. 165ºC, damit die Oxidation angemessen schnell gemäß der folgenden Gleichung verläuft:
- 2FeS&sub2; + 70&sub2; + 2H&sub2;O → 2FeSO&sub4; + 2H&sub2;SO&sub4;
- Das große Volumen des ersten Kompartiments 14 ergibt einen im ersten Kompartiment auftretenden hohen Schwefeloxidationsgrad. Da es eine solche Schwefeloxidation ist, die die Hitze zur Erhaltung einer autogenen Temperatur erzeugt, stellt die auf diese Weise im ersten Kompartiment erzeugte Hitze die erforderliche Hitze für die Pyritoxidation im ersten Kompartiment bereit. Während des Anfahrens kann es natürlich erforderlich sein, daß Hitze dem ersten Kompartiment 14 zugeführt oder die Ausgangsaufschlämmung auf eine Weise vorerhitzt wird, wie sie für einen Fachmann auf diesem Gebiet allgemein bekannt ist.
- Während der kontinuierlichen Durchführung kann die Temperatur in jedem Autoklaven-Kompartiment durch Einstellung des Feststoffgehalts der Ausgangsaufschlämmung über die Einspeiseleitung 44 kontrolliert werden. Neben der Einspeisung von Aufschlämmung in das erste Kompartiment 14 kann auch Aufschlämmung, Wasser oder rezyklisierte Prozeßlösung durch die Einspeisungsleitung 44 a in ein oder mehrere der anderen Kompartimente, wie z. B. das dritte Kompartiment 18, wie dies in gestrichelter Linie in Fig. 1 dargestellt ist, eingespeist werden, um eine Wärmesenke für Kühlzwecke bereitzustellen. Alternativ kann Aufschlämmung, Wasser oder rezyklisierte Prozeßlösung über die Leitung 44a eingespeist werden.
- Andere erfindungsgemäße Ausführungsformen werden für einen Fachmann auf diesem Gebiet erkennbar ohne sich von der hier beschriebenen Erfindung zu entfernen. Man kann sich z. B. vorstellen, daß, obwohl die hier beschriebenen besonderen Ausführungsformen einen Autoklaven verwenden, der ein erstes Kompartiment besitzt, daß ein Volumen oder ein Gesamtvolumen besitzt, daß größer ist als jedes der nachfolgenden Kompartimente, das Verfahren auch in einem Multikompartiment- Autoklaven durchgeführt werden kann, in dem alle Kompartimente die gleiche Größe besitzen, aber in denen das tatsächliche Volumen der Aufschlämmung, das im ersten Kompartiment vorhanden ist, größer als in einem der anderen Kompartimente ist.
Claims (8)
1. Verfahren zur Gewinnung von Nichteisenmetallen
aus sulfidischem Material, das diese enthält, umfassend die
Einspeisung einer wässerigen Aufschlämmung des sulfidischen
Materials in das stromaufwärtige Ende eines länglichen
Autoklaven (12), der im Innern in aufeinanderfolgende
Kompartimenten (14, 16, 18, 20, 22) durch eine Vielzahl von
Trennwänden (24, 26, 28, 30) unterteilt ist, die sich im
Autoklaven aufwärts erstrecken und über die die Aufschlämmung
von einem Kompartiment in das nächste während ihres Durchgangs
durch den Autoklaven fließt, wobei die Höhe der inneren
Trennwände (24, 26, 28, 30) geringer ist als die innere Höhe
des Autoklavens, wodurch ein im Autoklaven ununterbrochener
offener Gasraum entlang der Autoklavenlänge oberhalb des
Niveaus der Aufschlämmung geschaffen wird, und das erste
Kompartiment (14) der Serie ein Aufschlämmungsvolumen enthält,
das größer ist als das in einem der nachfolgenden
Kompartimente (16, 18, 20, 22), einzeln betrachtet, enthaltene
Volumen ist, Einspeisung eines Sauerstoff enthaltenden Gases
in den Autoklaven, um im Autoklaven eine unter Druck stehende
Atmosphäre aufrechtzuerhalten, und um einen Sauerstoff-
Partialdruck im Bereich von 50 bis 2000 kPa bereitzustellen,
wodurch das sulfidische Material einer Oxidationsdrucklaugung
unterworfen wird, und Gewinnung der ausgelaugten Aufschlämmung
aus dem stromabwärtigen Ende des Autoklavens, dadurch
gekennzeichnet, daß:
im ersten Kompartiment (14) und während des Verfahrens ein
Volumen der Reaktanten-Aufschlämmung aufrechterhalten wird,
das 50 bis 200% größer als das Volumen der Reaktanten-
Aufschlämmung in einem der individuellen stromabwärtigen
Kompartimente ist, ein Teil dieser wässerigen Aufschlämmung,
oder frisches Wasser, oder ein Strom der recyclisierten
Prozeßlösung gegebenenfalls, und wenn notwendig, ebenfalls
einem oder mehreren der Kompartimente (16, 18, 20, 22)
stromabwärts vom ersten Kompartiment (14) zugeführt wird, um
optimale Temperaturbedingungen in den Kompartimenten (16, 18,
20, 22) stromabwärts vom ersten Kompartiment (14) ohne äußeres
Erhitzen oder Kühlen dieser stromabwärtigen Kompartimente
aufrechtzuerhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Sauerstoff enthaltende Gas (48) als
Vielzahl paralleler Gasströme jedem der Kompartimente (14, 16,
18, 20, 22) und darin aufwärts gerichtet durch die in jedem
Kompartiment enthaltende Aufschlämmung zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß jede der aufeinanderfolgenden Trennwände
(24, 26, 28, 30) im Autoklaven (12) eine geringere vertikale
Höhe als die vorhergehende besitzt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die individuellen Volumina der in
jedem der Kompartimente (14, 16, 18, 20, 22) des Autoklavens
(12) enthaltenen Aufschlämmung während des
Oxidationsverfahrens mechanisch gerührt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte (pulp density) im
ersten Kompartiment (14) des Autoklavens (12) höher als die in
den nachfolgenden Kompartimenten gehalten wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das Nichteisenmetall eines oder
mehrere der folgenden umfaßt: Zink, Nickel, Gold, Kobalt,
Kupfer und Blei.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das sulfidische Material als oder
als eines der Nichteisenmetalle ein Selenid oder Tellurid
enthält, das mindestens eines der folgenden Metalle enthält:
Gold, Silber, Platin, Palladium, Osmium, Iridium, Ruthenium,
Rhenium, Rhodium und Rubidium.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die das sulfidische Material
enthaltende Aufschlämmung eine wässerige saure Aufschlämmung
ist.
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