СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ, СОДЕРЖАЩИХ БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ, МЫШЬЯК, УГЛЕРОД И СЕРУ Российский патент 1997 года по МПК C22B11/02 C22B30/04 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу переработки полиметаллических руд и концентратов, к способу обжига золотосодержащих частиц руды или концентрата и к способу выделения мышьяка и его соединений из горячих газов от обжига руд и концентратов.

Известен способ (Металлургия благородных металлов /Под ред. Л.В. Чугаева. М. Металлургия, 1987, с. 271-279) переработки полиметаллических руд или концентратов, содержащих благородные металлы, мышьяк, углерод и серу, включающий обжиг частиц исходного материала при температуре 475-900^oC в газовой фазе, содержащей кислород, с получением твердого продукта обжига, содержащего благородные металлы, и газовой фазе, содержащей мышьяк, его соединения и пылевидные частицы с последующим извлечением из твердого продукта обжига благородных металлов выщелачиванием (цианированием) и удалением из газовой фазы вначале пылевидных частиц при температуре выше температуры конденсации мышьяка и его соединений, а затем удалением мышьяка и его соединений.

Из этого же источника известен способ обжига золотосодержащих частиц руды или концентрата, включающий обжиг исходного материала при температуре 475-900^oC в газовой фазе, содержащей кислород, с получением твердых продуктов обжига, содержащих золото, и газовой фазе, содержащей пылевидные частицы, мышьяк и его соединения, а также способ выделения мышьяка и его соединений из горячих газов от обжига руд, содержащих твердые пылевидные частицы, включающий отделение твердых пылевидных частиц и затем мышьяка и его соединений.

В приведенном решении согласно уровню техники не исследуется и не предлагается обжиг руд или труднообогащаемых руд, концентратов руд или отходов обогащения руд описываемого здесь типа с целью извлечения таких металлов, как благородные металлы, в обогащенной кислородом газообразной среде при условиях, описанных здесь, чтобы уменьшить и/или исключить улетучивание мышьяка, облегчить преобразование мышьяка в нерастворимую, приемлемую для окружающей среды форму, удаляемую вместе со сточными водами, при одновременном снижении влияния компонентов, содержащих углерод и серу, на извлечение таких металлов, как благородные металлы. Более того, нет сведений о преобразовании мышьяка в арсенаты с целью получения устойчивых и не загрязняющих внешнюю среду компаундов, например при обжиге руд в циркулирующем псевдоожиженном слое за один прием.

Целью изобретения является достижение высоких результатов гораздо более простым и эффективным способом выделения металла, например путем извлечения золота, совмещаемого с не требующим особых усилий решением проблемы загрязнения окружающей среды мышьяком, при одновременном снижении потребления цианида при выщелачивании и сохранении тепла, выделяемого в процессе обжига.

Решение указанных задач достигается за счет того, что в способе переработки полиметаллических руд и концентратов обжиг ведут в присутствии или при добавке одного вещества, выбранного из группы, содержащей окисел, карбонат, сульфат, гидроокись или хлорид кальция, магния, железа и бария, пирит или железо в количестве, в 1-4 раза превышающем стехиометрически необходимое для образования стабильных нерастворимых арсенатов при содержании кислорода в газовой фазе не более 65 об. и при отсутствии образования фазы расплава на поверхности частиц руды.

В способе обжига золотосодержащих частиц руды или концентрата обжиг проводят с образованием в частицах исходного материала или на них фазы расплава при содержании кислорода в газовой фазе 1-65 об. в присутствии или при добавке одного или более веществ, выбранных из группы, содержащей окисел, карбонат, сульфат, гидроокись, хлорид кальция, магния, железа и бария, пирит и железо крупностью не более 1 мм в количестве, превышающем стехиометрически необходимое для образования стабильных нерастворимых арсенатов, в присутствии в газовой фазе паров воды в количестве до 10 об.

При этом в способе выделения мышьяка и его соединений из горячих газов от обжига руд и концентратов отделение твердых пылевидных частиц проводят при температуре ниже температуры конденсации мышьяка и его соединений, а извлечение мышьяка и его соединений ведут при введении в газ одного или более веществ, выбранных из группы, содержащей окисел, гидроокись, карбонат и сульфат железа, кальция, магния, бария, пирит или железо крупностью менее 3 мм при 300-800^oC в присутствии паров воды при содержании в газовой фазе не менее 1 об. кислорода с образованием стабильных нерастворимых арсенатов и отходящих газов, содержащих 0,5-10 об. паров воды с последующим отделением арсенатов из газового потока.

На рис. 1 показана блок-схема процесса по данному изобретению; на рис. 2 вертикальное сечение на виде сбоку аппарата обжига по данному изобретению, отображающее циркулирующий псевдоожиженный слой; на рис. 3 вертикальное сечение на виде сбоку аппарата обжига по данному изобретению, отображающее кипящий псевдоожиженный слой; на рис. 4 график извлечения золота (вх) в функции температуры реакции в обогащенной кислородом газообразной атмосфере во время обжига, отображающий выщелачивание с применением в щелочи углерода/цианида натрия и выщелачивание с применением в щелочи углерода/цианида натрия после предварительной обработки обжигаемой руды гипохлоритом натрия; на рис. 5 график извлечения золота (вх) в функции процентного содержания кислорода (по объему) в газе, подаваемом в обогащенную кислородом атмосферу аппарата обжига; на рис. 6 график извлечения золота (вх) в функции температуры реакции в атмосфере воздуха во время обжига, отображающий выщелачивание обожженной руды с применением в щелочи углерода/цианида натрия; на рис. 7 схематическое изображение варианта промышленной реализации данного изобретения; на рис. 8 схема последовательности операций, иллюстрирующая процесс по данному изобретению, при реализации которого в различные участки циркулирующего псевдоожиженного слоя вводятся различные количества кислорода; на рис. 9 иллюстрация диапазона, в котором стабильно образуются арсенаты, в функции температуры и парциального давления кислорода, причем в указанном диапазоне выполняется процесс по данному изобретению; в показанном диапазоне некоторые из арсенатов образуются, как водорастворимые вещества, тем не менее, повышенное содержание кислорода в газе, используемом при обжиге, уменьшает растворимость мышьяка, особенно в присутствии добавок железа, например в виде пиритов, окислов железа или сульфатов железа; на рис. 10 иллюстрация диапазона улетучивания мышьяка в области образования Fе₂O₃ в функции температуры и парциального давления кислорода; на рис. 11 другая блок-схема, иллюстрирующая процесс по данному изобретению.

Согласно данному изобретению благородные металлы и полезные компоненты металлов могут извлекаться из руды, концентратов руд или отходов обогащения руд, в состав которых входят компоненты, содержащие мышьяк и серу, посредством:
1) измельчения материала до получения частиц желаемого размера;
2) обжига измельченного материала в условиях, способствующих окислению или выгоранию компонентов, содержащих углерод и серу, и обеспечивающих наличие вещества-продукта обжига, посредством которого достигается эффективное извлечение золота; и одновременного
3) изолирования и/или преобразования мышьяка в нерастворимую форму при обжиге измельченного материала; и
4) выщелачивания с повышенной эффективностью полезных компонентов благородных металлов из обожженных материалов.

Поэтому желательно обжигать руды золота таким образом, чтобы выщелачивание с применением цианида давало высокий выход золота, чтобы при этом потреблялось малое количество цианида и обеспечивалось экономичное и приемлемое для окружающей среды удаление содержащих мышьяк твердых частиц.

Согласно данному изобретению указанная цель достигается с помощью процесса обжига руд, содержащих полезные компоненты металлов, или труднообогащаемых руд золота или концентратов руд золота, или отходов обогащения руд, при реализации которого обжиг проводится:
a) при температурах в диапазоне 450-900^oC, меньших температуры образования расплавленной фазы материала обожженной руды;
b) в кислородсодержащей атмосфере с содержанием кислорода, равным по меньшей мере 1 об. и относимой к воздуху по основной доле кислорода в ней;
c) в присутствии или с добавкой по меньшей мере одного или более веществ из группы, в состав которой входят свободные окислы, карбонаты, сульфаты, гидроокиси и хлориды кальция, магния, железа и бария или пириты в количестве, превышающем стехиометрически необходимое для образования стабильного арсената: и
d) в присутствии паров воды.

Выходящий газ, содержащий SO₂, полученный при такой реакции, затем очищается и может быть отведен к установке для производства серной кислоты, посредством чего избыточный кислород, применяемый при изготовлении серной кислоты, может быть возвращен в соответствующее подходящее место технологической цепочки реализации данного процесса, например в циркулирующий псевдоожиженный слой, охладители продуктов обжига, нагреватели руды, чтобы в таким сочетании производственных процессов кислород использовался более эффективно.

Согласно предпочтительному примеру осуществления данного изобретения содержание кислорода в газе, определенном в пункте b, составляет 20-50 об. и может достигать 65 об.

Другие преимущества процесса по данному изобретению будут раскрыты ниже. К ним относятся такие, как улучшенная рекуперация тепла, увеличенные скорости, реакции, уменьшенная эмиссия таких газов, как фтор, и т.д.

Кроме того, данное изобретение относится к процессу удаления паров мышьяка и паров компаундов, содержащих мышьяк, из содержащего частицы пыли горячего газа, например используемого при обжиге руды, причем при реализации этого процесса твердые частицы отделяются от газа при температуре, превышающей температуру конденсации мышьяка и его компаундов. Такие содержащие мышьяк компоненты последовательно окисляются посредством подачи содержащих кислород газов и иммобилизуются с целью удаления приемлемым для окружающей среды способом, отвечающим пространным нормам безопасности, которые содержат требования к способу отходов производства в окружающую среду.

Еще один аспект данного изобретения и вытекающий, как следствие, из него новый метод решения проблемы мышьяка, являющийся узким местом в промышленности, состоит в том, что обеспечивается экономичный процесс, посредством которого металлический мышьяк и компаунды мышьяка, которые обнаружены в руде вместе с полезными минералами, подверглись вместе с ними обжигу и содержатся в газах, преобразуются в такую форму, что эти компоненты можно сбрасывать в отвалы приемлемым для окружающей среды способом.

Указанная выше цель достигается таким образом, что:
i) твердые частицы удаляются из газа;
ii) в газ добавляют одно или более веществ, причем эти вещества берутся из группы, в состав которой входят окислы, гидроокиси, карбонаты и сульфаты железа, кальция, магния и бария или пириты и железо; более того, размер частиц этих веществ менее 3 мм;
iii) газ и добавленные вещества обрабатываются в присутствии паров воды при температурах порядка 30-800^oC в условиях окисления таким образом, что входящий газ содержит по меньшей мере 1% кислорода, а содержащийся в нем мышьяк вступает в реакцию до образования стабильных арсенатов; и
iv) эти стабильные арсенаты удаляются из потока газа и выбрасываются.

Содержащиеся в обрабатываемом газе пары компаундов мышьяка могут иметь в своем составе пары окислов мышьяка и его сульфидов. Их процентное содержание в общем объеме соответствует газообразному состоянию.

В зависимости о источника газа в нем может как содержаться, так и не содержаться SO₂. Как уже говорилось выше, содержащие SO₂ газы получаются, например, при обжиге сульфидных руд цветных металлов. Газы, не содержащие SO₂, получаются, например, путем термообработки содержащих мышьяк промежуточных продуктов типа отстоя, пыли и растворов методами, хорошо известными в металлургической промышленности. Твердые частицы должным образом удаляются из газа в циклонах и/или керамических фильтрах типа "свечек" и/или электростатических осадителей.

Добавки, перечисленные в пункте ii, могут содержать продукты стоков типа красного ила, осевшего в результате процессов, используемых в промышленности производства окиси алюминия, солевых отложений фильтрации и отходов гипса. В частности, подходящими добавками являются сульфаты, например сульфаты железа. Размер частиц добавляемых веществ должен быть как можно меньше, поскольку маленькие частицы способствуют снижению времени реакции и количества требуемых реактивов. Термин "стабильные арсенаты" обозначает те арсенаты, которые имеют лишь низкую растворимость в дождевой воде. Указанные добавки вводятся в количествах, достаточных для образования арсенатов. Используются смеси добавок. Вода, необходимая для получения паров в газовой фазе, может быть введена в газ, который обрабатывается, посредством соответствующей подачи потока пара, влаги или даже воды, кристаллизуемой на руде или в добавках. Арсенаты преимущественно образуются при температуре 500-600^oC. Максимальное содержание кислорода в выходящем газе не критично и может составлять, например, 50% объема. Если выходящий газ содержит SO₂, то его можно обрабатывать на соответствующей установке с целью получения серной кислоты. Обработку можно проводить в циркулирующем псевдоожиженном слое, в классическом псевдоожиженном слое, в кипящем псевдоожиженном слое, в карусельной печи или в мультиподовой печи; предпочтительнее обработка в циркулирующем псевдоожиженном слое.

Растворимость стабильных арсенатов слишком низка, так что их можно сбрасывать в отвалы без принятия предварительных специальных мер безопасности.

Согласно предпочтительному варианту реализации по меньшей мере 80% используемых добавок должны иметь размер частиц порядка (10-200) мкм. При таким размере частиц обеспечивается, по существу, полное и быстрое образование арсенатов.

Согласно предпочтительному варианту реализации данного изобретения содержание паров воды в выходящем газе регулируется в пределах 0,5-10% При таком содержании паров воды будет происходить образование стабильных арсенатов, имеющих исключительно низкую растворимость, например скородитов или подобных им компаундов.

Согласно предпочтительному варианту реализации данного изобретения газы, в которых мелкие частицы не содержат металлы, или содержат лишь очень немного металлов, обрабатываются таким образом, чтобы удалялось только такое количество частиц, которое представляет собой излишек требуемого для образования арсенатов количества частиц. Типовым примером данного аспекта настоящего изобретения является обжиг пиритов или кальцинированных пиритов или обработка газов, в которых мелкие частицы содержат частицы компаундов железа. Можно использовать по меньшей мере часть указанных добавок для проведения реакции с полезными компонентами, содержащими мышьяк, таким образом, нет необходимости получать указанные добавки отдельно и вводить их.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом реализации данного изобретения взвешенные в газе твердые частицы удаляются из него, если мелкие частиц содержат полезный металл, например золото. В этом случае полезный металл будет, по существу, введен в материал продукта обжига и может быть извлечен из него. Затем необходимо будет ввести требуемые добавки в нужном количестве, чтобы лишить мышьяк подвижности.

Труднообогатимые руды, в состав которых входят компоненты, содержащие углерод и серу, например органические или неорганические карбонатные материалы и сульфидные минералы, задают особенно много сложностей при разработке процессов экономичного, коммерчески выгодного извлечения благородных металлов типа золота, поскольку эффективность и полнота извлечения зависят от содержания указанных компонентов, в составе которых имеются углерод и сера. Выход полезных компонентов благородных металлов при их извлечении из труднообогатимых руд можно существенно повысить, окисляя компоненты, содержащие углерод и серу. Эффективное окисление углерода представляет собой важность, поскольку углерод, оставшийся в обоженной руде или в веществе-продукте обжига, понижает выход благородного металла при извлечении во время выщелачивания посредством "умыкания того, что плохо лежит", т.к. он удерживает или "крадет" с помощью выщелачивателя растворимое золото.

Тем не менее, труднообогатимые руды, которые дополнительно содержат компоненты, имеющие в своем составе мышьяк, создают даже еще более серьезные трудности. Этот содержащийся в рудах мышьяк, поддаваясь окислению, как было описано выше, одновременно создает ту проблему, что полученный при обжиге компонент или промежуточный продукт мышьяка может улетучиваться при температуре обжига, поэтому нужно принимать дополнительные меры соблюдения безопасности производства, в противном случае окисленный конечный продукт в кальцинированном веществе растворяется до недопустимого уровня во время выщелачивания и/или после сброса вещества продукта обжига, т.е. после отсортировки пустой породы и хранения ее в отвалах.

Усовершенствованный процесс, предназначенный исключительно для извлечения благородных металлов из указанных труднообогативных руд, их концентратов или отходов обогащения, может быть реализован с повышенным выходом полезного металла. Таким образом, можно не только увеличить выходы годной продукции, добиваясь создания экономически эффективного производственного процесса, но и управлять решением проблемы улетучивания мышьяка. Поэтому мышьяк преимущественно иммобилизуется в материале, являющемся продуктом обжига, но после этого проводится обработка применяемого при обжиге газа, например в псевдоожиженном слое (псевдоожиженных слоях), чтобы лишить мышьяк подвижности в том случае, когда желательна обработка газовой фазы летучих компаундов мышьяка. В качестве побочной выгоды можно отметить, что фтор (присутствующий в очень малых количествах в форме HF) преобразуется в не известную до сих пор форму в материале продуктов обжига, так что лишь очень небольшое процентное содержание хлора может после этого оставаться в отходах невыделенным; в результате снижаются уровни фтора в отходах. Элементарно обеспечиваемые с помощью процесса по данному изобретению сниженные уровни содержания HF и подвижности мышьяка значительно ниже по величине, чем существующие на сегодняшний день.

Низкие температуры и низкие концентрации кислорода делают процесс более эффективным экономически. Процесс извлечения благородных металлов из труднообогативных руд или из их концентратов, или из отходов обогащения (называемых здесь для простоты "рудами", "рудными материалами" или "частицами руды"), в состав которых входят компоненты, содержащие мышьяк, углерод и серу, согласно данному изобретению включает обжиг указанной руды в обогащенной кислородом газообразной атмосфере типа воздуха с увеличением содержанием кислорода, начальное содержание кислорода, в котором менее примерно 65 об. и восстановление обожженной таким образом руды, посредством чего руда оказывается пригодной к извлечению из нее полезных компонентов благородных металлов. В случае применения атмосферы с низким содержанием кислорода для обработки парообразного компаунда мышьяка в газовой фазе нужно включить в рассмотрение особые этапы процесса, производные от описанного выше базового случая.

Термин "свободные окислы" в пункте c обозначает, что указанные вещества не присутствуют в виде компаундов, содержащих мышьяк или серу, а присутствуют в виде, свободном от указанных элементов. Если в свободной форме карбонаты кальция или магния имеются в руде в достаточном количестве, то добавка указанных веществ станет необязательной.

Если компаунды железа присутствуют в руде, даже в большом избытке, то добавка подобного рода все равно потребуется, например, если железа меньше, чем 3,5-4 моль на моль мышьяка, поскольку значительная часть железа всегда входит в соединения с мышьяком или серой. Следовательно, железа должно быть как минимум 3,5 моль на моль мышьяка. Добавки могут содержать продукты стоков типа красного ила (отход производства окиси алюминия), солевых отложений фильтрации и отходов гипса. Особенно пригодны сульфаты. Как видно из приводимых здесь сведений, предпочтительны компаунды железа. Применение добавок предпочтительно, поскольку добавка в виде частиц материала будет плотно прилегать к частицам руды и будет способна немедленно вступать в реакцию с мышьяком, который мог бы испаряться с частиц руды при повышенных температурах, о которых шла речь выше.

Термин "стабильные арсенаты" обозначает те арсенаты, которые имеют лишь низкую растворимость в дождевой воде, когда присутствуют в отвалах вместе со сброшенным кальцинированным материалом. Проведение обжига должным образом связано также с содержанием железа в руде, например пиритов в руде, с отделением мышьяка между окислением и реакцией с железом или другим компаундом руды, или дополнительной добавкой, с ролью железа в веществе добавки (если нужно вносить добавку в руду), с преобразованием мышьяка до получения скородита или подобного ему вещества во время обжига и с подобными указанными эффектами.

Процесс по данному изобретению пригоден преимущественно для обработки руд благородных металлов, в состав которых входят компоненты, содержащие мышьяк, серу и углерод. Железо обычно присутствует в таких рудах в виде сульфидов, т.е. пиритов.

Вода, требуемая для образования пара, может быть подана в реактор путем соответствующего введения пара, как влага или даже вода, кристаллизуемая на руде или в добавках, или как вода, кристаллизуемая в компоненте руды. В зависимости от содержания SO₂ выходной газ может быть применен в производстве серной кислоты или может быть очищен на предмет удаления SO₂; SO₂ может быть также сжижена.

Руду обжигают преимущественно в форме псевдоожиженных твердых частиц, наиболее предпочтительно, когда руда циркулирует, как псевдоожиженные твердые частицы, в циркулирующем псевдоожиженном слое или в кипящем псевдоожиженном слое (имеющем приспособления для осуществления циркуляции). Содержащиеся в руде благородные металлы могут быть извлечены из обожженной таким образом руды или ее концентрата, или ее отходов путем отделения компонентов, содержащих цианид, с помощью их солюбилизации и последующего выщелачивания посредством цианирования, цианирования с применением углерода в щелочи или цианирования с применением углерода в пульпе.

Преимущество, вносимое процессом по данному изобретению, заключается в том, что получаемый материал продуктов обжига обладает очень хорошей способностью к выщелачиванию, например, цианидом, что дает высокий выход золота и малое потребление цианида. Более того, мышьяк заключается при этом в такую форму устойчивых арсенатов, которая не разрушается при выщелачивании и обладает исключительно низкой растворимостью в дождевой воде, так что указанные материалы продуктов обжига могут сбрасываться в отвалы без принятия специальных мер безопасности и проведения дополнительной последующей обработки (или последующих обработок).

Руды или их концентраты могут содержать до 1% мышьяка и даже до 2% и более. В дополнение к обжигу в циркулирующем псевдоожиженном слое может быть использован стационарный псевдоожиженный слой, имеющий определенную верхнюю поверхность. Кроме того, можно использовать кипящий псевдоожиженный слой, карусельную печь или мультиподовую печь при условии, что таким образом можно добиться проведения всех желаемых реакций. Температура, при которой образуется нежелательная фаза расплава, зависит от состава руды в фазе расплава в или на включении руды, хотя бы частично расплавленном. Например, не желательна даже частичная агломерация руды, потому что при этом проявится нежелательное воздействие агломерации на извлечение металла посредством выщелачивания. Процентные составы газов указываются по объему.

Если в руде содержится мало мышьяка, то газ, подаваемый в аппарат обжига, проходит регулировку состава с целью повышения содержания кислорода. Температура реакции устанавливается путем подачи горячих газов и/или добавки топлива. Если добавляют топливо, то нужно увеличить и количество кислорода на величину, необходимую для обеспечения сгорания топлива. Если температура реакции низка, то необходимое тепло вводится в зону обработки путем подачи соответствующих горячих газов и/или путем соответствующего предварительного нагрева загруженных материалов.

Обжиг можно выполнять, в частности, традиционным методом, проводя впрыскивание кислорода в два этапа. Обжиг в нижней части реактора с циркулирующим псевдоожиженным слоем выполняется как первый этап. Кислородсодержащая атмосфера, содержание кислорода в котором менее 1% принимает псевдоожиженный газ. Второе впрыскивание кислорода на этой стадии обжига выполняется в верхней части реактора вместе с подачей вторичного газа и (не обязательно) даже с подачей третичного газа, содержащего еще больше кислорода, впрыскиваемого в этой фазе с целью поддержания соответствующего высокого содержания кислорода.

Применение процесса по данному изобретению возможно для руд, имеющих следующие уровни содержания мышьяка, углерода и серы в своих компонентах (мас.):
Мышьяк до 1 или более
Углерод 2,5 максимум
Сера 5,0 максимум
(Все процентные содержания указаны на основе отношения массы элементов к общей массе, если нет других указаний.)
Руда является, прежде всего, пирит-, карбонат-, кремнийсодержащей. Подходящие руды можно обнаружить в регионе вокруг Карлина, Невада. Другие типы руд, которые можно использовать, идентифицированы как кремний-, глину-, карбонат-, пиритсодержащие, пириткарбонатсодержащие и карбонаткремнийсодержащие. В руде могут присутствовать небольшие количества доломита, кальцита и других карбонатных материалов.

Типовой минералогический анализ таких руд показывает следующее (%):
Кварц 60-85
Пирит 1-10
Карбонат 0-30
Каолинит 0-10
Fe_xO_y 0-5
Иллит 0-5
Алунит 0-4
Барит 0-4
Типовой химический анализ руды показывает, что ее усредненный состав имеет следующий вид (%):
Мышьяк 0,2
Сера (всего) 4,0
Углерод (всего) 1,0
Железо 3,5
Цинк 0,08
Стронций 0,08
Золото 0,15 унции на тонну
При обработке из такой руды можно получить извлечение золота менее 10% если применять простое цианирование, и менее 20% если применять цианирование с использованием углерода в щелочи.

С другой стороны, с помощью процесса по данному изобретению обеспечивается извлечение золота 75-90% и даже выше.

Несмотря на то, что основное применение данного изобретения относится к рудам (как к противоположности рудным концентратам или отходам обогащения), его можно также использовать, очевидно, и для извлечения благородных металлов или полезных компонентов из концентратов руд, или их отходов. Термин "руда" в том смысле, в каком он используется в оставшейся части данного описания, относится не только к руде, но и к концентратам руды, и к отходам руды.

Согласно другой особенности данного изобретения обжиг по изложенным выше пунктам a-d осуществляется на первом этапе при температурах 450-900^oC, преимущественно при температуре 575^oC, и ниже температуры, при которой образуется фаза расплава на материале руды, в кислородсодержащей атмосфере, содержание кислорода в которой составляет менее 1% Такой обжиг гарантирует испарение и немедленную реакцию мышьяка с добавкой. На втором этапе впрыскивается кислород. Обжиг с впрыскиванием кислорода в два этапа может понадобиться, если руды содержат более 1% мышьяка, но может пригодиться и в том случае, когда содержание мышьяка меньше, а руды являются практически труднообогатимыми. Добавки, соответствующие пункту c, и пары воды, соответствующие пункту d, на первом этапе не требуются, но вводятся преимущественно на первом этапе обжига.

Согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения содержание в газе паров воды, определенных в пункте d, находится в диапазоне 0,5-10 мас. Имеющие очень низкую растворимость арсенаты типа скородитов будут образовываться, если содержание паров воды будет находиться в указанном диапазоне.

Указанные выше преимущества будут достигнуты и при обработке руд, содержание мышьяка в которых -около 1-2% если обжиг проводить со впрыскиванием кислорода в два этапа. Обжиг в два этапа даст исключительно хорошие результаты при обработке руд, содержащих менее 1% мышьяка, хотя аналогичные результаты будут получены и при широком использовании иммобилизующих мышьяк добавок и наличии кислорода в применяемом при обжиге газе.

Согласно желаемому варианту реализации данного изобретения при условии, что ни на, ни внутри включения руды не будет фазы расплава, обжиг осуществляют при температурах 550-750^oC. Если можно, в самом деле, избежать образования фазы расплава и если можно сделать потребление тепла низким, то мышьяк будет надежно связан и лишен подвижности, а материал продуктов обжига будет иметь хорошую способность к выщелачиванию.

Согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения вещества, определенные в пункте c, присутствуют в таком количестве, которое по меньшей мере в 1,5-3 или в 1,5-4 раза превышает стехиометрически необходимое, в зависимости от того, какой конкретный компаунд и какая руда используются. Это скажется в эффективном связывании мышьяка в сочетании с относительно малым количеством твердых частиц. Конечно, количество добавляемого вещества определяется растворимостью мышьяка в сбрасываемом материале продуктов обжига.

Согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения вещества, определенные в пункте c, добавляются при размере их частиц менее 1 мм. Этот размер частиц скажется в эффективном контакте с мышьяком и связывании мышьяка, имеющегося в материале руды.

Согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения 80% веществ, определенных в пункте c, добавляются при размере их частиц, находящемся в диапазоне 10-50 мкм. При использовании частиц такого размера мышьяк будет связываться очень эффективно.

Перед обжигом руду или породу измельчают до достижения частицами определенного диапазона размеров, например таким образом, что от примерно 50% частиц до примерно 90% частиц проходят сквозь ячейки сита 200 меш (-2000 М) (по гранулометрической шкале Американского общества по испытанию материалов или гранулометрической шкале системы стандартных сит Тайлера) при наличии влаги в диапазоне 0-5% (преимущественно менее 1% если в глинистой породе присутствует вода или она кристаллизована в веществах руды).

Далее измельченная руда обжигается в обогащаемой кислородом газообразной атмосфере, посредством чего содержащиеся в руде углерод и сера, по существу, полностью окисляются и переходят из материалов начальной загрузки в печь для обжига в конечный кальминированный материал при содержании компонентов, указанном в табл. 1.

98% или более содержания серы и 90% или более содержания углерода окисляются во время обжига. Для извлечения золота из таких труднообогатимых руд важным условием является полнота окисления содержащихся в рудах углерода и серы. Содержание углерода в конечных продуктах на уровне 0,05-0,1% обеспечивает хорошие результаты. То же самое можно сказать и об уровнях содержания серы в сульфидах: содержание серы в виде сульфидов в конечных продуктах на уровне 0,05-0,1% обеспечивает хорошие результаты. Тем не менее, особенно важен конечный уровень углерода, поскольку он может негативно сказаться на извлечении золота посредством "умыкания того, что плохо лежит" во время выщелачивания.

Хотя на вид уменьшение содержания мышьяка не очень заметно, оно все же очень желательно, поскольку является показателем отсутствия улетучивания и/или показателем иммобилизации содержащегося в руде мышьяка и способности железа и других добавок изолировать мышьяк, содержащийся в руде, и/или реагировать с ним и удерживать его в форме, не оказывающей никакого отрицательного влияния на извлечение золота и последующую долгосрочную солюбилизацию мышьяка. Другими словами, мышьяк лучше оставлять в твердой фазе руды/продуктов обжига, чем давать ему улетучиваться (с вытекающей отсюда необходимостью принятия дополнительных мер безопасности).

Обычно более 95% мышьяка захватывается материалом продуктов обжига, что вызвано присутствием в нем, например, достаточного количества железа, чтобы облегчить это преобразование мышьяка в нерастворимую форму. Имея соотношение железа к мышьяку (в молярном отношении) более чем около 3,5 1, например 4 1, добиваются образования ферриарсенатов во время обжига, удерживая мышьяк в продуктах обжига в связанной форме. Компаунд ферриарсената не растворяется при последующем выщелачивании и при сбросе отходов руды в отвал после извлечения полезных компонентов, содержащих золото. Следовательно, компоненты мышьяка не только не улетучиваются во время проведения процесса по данному изобретению, потому что они удерживаются в продуктах обжига в нелетучей форме, но и не растворяются при выщелачивании и при длительном хранении в отвалах, поскольку присутствуют в продуктах обжига. Таким образом достигают втройне выгодных результатов: уменьшения улетучивания мышьяка, долговременной иммобилизации мышьяка и отсутствия ущерба для извлечения золота из руды.

Для процесса по данному изобретению температура реакции в обогащенной кислородом газообразной среде во время обжига управляется таким образом, что она преимущественно находится в диапазоне от порядка 475^oC до порядка 600^oC.

В другом случае реализации данного изобретения, особенно когда летучие компаунды мышьяка образуются при более высоких температурах и затем преобразуются в нерастворимые компаунды, применяются более высокие температуры. Однако для связывания мышьяка без улетучивания и/или солюбилизации следует избегать агломерации, т.е. нужно пресекать и образование фазы расплава, поскольку при этом образуются силикаты, и даже частичной агломерации, которая затрудняет извлечение благородных металлов из руды. Температуры реакции в аппарате для ее проведения должны быть достаточно высоки, чтобы можно было обеспечить оптимальную реакцию окисления, в частности окисления компонентов, содержащих углерод и серу, и образование, например, компаундов ферриарсената. Обнаружено, что температура в аппарате для проведения реакции в обогащенной кислородом газообразной атмосфере должна, по возможности, поддерживаться в диапазоне 475-600^oC, а предпочтительный диапазон температур -от порядка 500^oC до порядка 575^oC.

Хотя целью окисления содержащихся в руде углерода и серы является образование окислов, посредством чего углерод и сера как можно более полно окисляются, ситуация с мышьяком имеет более тонкие ответвления ввиду того, что некоторые из промежуточных окислов мышьяка типа трехокиси мышьяка (As₂O₃ температура кипения 465^oC) улетучиваются при более высоких температурах, как и некоторые сульфиды мышьяка типа As₂O₃ (температура кипения 565^oC) и As₂S₅ (сублимирует при 500^oC). Следовательно, суть состоит в образовании нерастворимых компаундов с веществами, перечисленными выше, например компаундов ферриарсенатов типа скородита, чтобы обойти проблему улетучивания и удержать компоненты мышьяка, во-первых, вне выходящего после обжига газа и, во-вторых, в состоянии, когда они очень плохо растворяются. Такое управление ситуацией, достигаемое при использовании данного изобретения, определяется сочетанием ряда мер, в числе которых -соблюдение оптимальных условий проведения реакции -содержания кислорода, продолжительности обжига, содержания железа, условий впрыскивания кислорода на этапе увеличения его содержания в газообразной атмосфере и т.д. Тем не менее, данное изобретение относится и к обработке летучих компонентов мышьяка в газе, выходящем после обжига из аппарата для его проведения, посредством надлежащего образования нерастворимых компаундов мышьяка.

Газообразная атмосфера, в которой руда, например золотоносная, проходит обжиг, представляет собой газообразную атмосферу, обогащенную кислородом, например обогащенный кислородом воздух, имеющую начальное содержание кислорода (после обогащения) менее чем порядка 65 об. преимущественно от порядка 25 об. до порядка 60 об. для промышленного применения предлагаемого процесса показан диапазон содержания кислорода 35-55 об.

Измельченная руда обжигается в виде псевдоожиженных твердых частиц в обогащенной кислородом газообразной среде. Фактически псевдоожиженная руда в газообразной атмосфере обжига образует двухфазную суспензию, в которой руда представляет собой дискретную фазу в виде дискретных твердых частиц, а газообразная атмосфера образует непрерывную фазу. В большинстве случаев содержащиеся в концентратах руд окисляющие компоненты имеются в количествах, достаточных для автоматического термоокисления в процессе обжига. В тех случаях, когда в концентратах руд будет не достаточно окисляющих компонентов для того, чтобы в руде произошла автоматическая реакция термоокисления, необходимое количество окисляющих компонентов обеспечивают путем добавки вещества, поддерживающего горение, в результате чего во время обжига будет происходить реакция термоокисления. Обычно добавляют топливо с низкой температурой воспламенения, например уголь или смесь бутана/пропана. Поэтому желательно, чтобы температура воспламенения добавляемого с указанной целью вещества соответствовала температуре воспламенения пропана или была ниже нее.

Псевдоожижение руды облегчает перенос реагентов и тепла во время реакции окисления, т.е. перенос реагентов и тепла из руды в газообразную атмосферу, и наоборот. Оно также повышает и скорость реакции, и ее однородность. В результате воздействия указанных факторов и действия закона массовой реакции происходит реакция, например, железа и компонентов, содержащих мышьяк, до образования компаундов ферриарсенатов, и вследствие этого можно управлять улетучиванием мышьяка. Протекание реакции железа с компонентами мышьяка проявляется в окислении железа и компонентов мышьяка до образования ферриарсенатов. Ввиду большой сложности реакций, которые в любых рудах во время обжига происходят таким образом, что можно лишь предполагать, что мышьяк преобразуется исключительно в ферриарсенат, но (и это важный момент) может происходить образование, например, скородита. Для других веществ, описываемых здесь, получены аналогичные конечные результаты. Тем на менее, желательно, чтобы в качестве конечных продуктов были такие ферриарсенаты, как скородит.

Несмотря на то, что реакция окисления компонентов, содержащих углерод и серу, обычно является экзотермической, может понадобиться сначала поднять температуру руды и температуру газообразной атмосферы реакции, чтобы начать окисление. Это можно сделать путем добавки в начале реакции вещества, поддерживающего горение, например углеродсодержащего вещества типа угля или бутана (обычно угля), или другого вещества с низкой температурой воспламенения. Более того, если стехиометрия руды такова, что требуется дополнительный подвод тепла, описываемые ниже псевдоожиженные слои способны сами способствовать появлению такого дополнительного подвода без каких-либо дополнительных недостатков.

Если рассмотреть другой пример осуществления данного изобретения, то видно, что можно использовать кипящий слой с постоянной циркуляцией потока сквозь него. Скорость реакции в кипящем псевдоожиженном слое может быть меньше. Эффективность окисления и управление условиями реакции окисления можно улучшить посредством циркуляции руды в виде псевдоожиженных твердых частиц. Преимущество циркулирующего псевдоожиженного слоя или кипящего псевдоожиженного слоя заключается в прецизионном управлении температурой слоя, и, хотя применяемая температура для каждой руды своя (в описанных выше пределах), управление осуществляется с точностью не хуже ±15^oC, чаще не хуже ±10^oC, а предпочтительным уровнем соблюдения точности является ±5^oC. Такой диапазон температур позволяет даже еще более качественное управление температурой в процессе окисления компонентов, содержащих мышьяк, углерод и серу, и в процессе реакции друг с другом компонентов, содержащих железо и мышьяк, при одновременной минимизации улетучивания мышьяка.

Согласно предпочтительному варианту реализации данного изобретения обжиг проводится в циркулирующем псевдоожиженном слое. Система псевдоожиженного слоя состоит из реактора с псевдоожиженным слоем, рециркулирующего циклона и магистрали рециркуляции. Такой псевдоожиженный слой отличается от классического псевдоожиженного слоя, в котором плотная фаза отличается от пространства, занимаемого газом, наличием явной ступени плотности и имеет состояния распределения плотности, при которых нет явного граничного слоя. Между плотной фазой и пространством, занимаемым мелкими пылевидными частицами, нет явно выраженной ступени плотности, но концентрация твердых частиц в реакторе непрерывно уменьшается снизу доверху. Суспензия газа и твердых части выпускается из вершины реактора. При определении рабочих условий с помощью чисел Фруда и Архимеда получаются следующие диапазоны:

0,01≅Ar≅100,
гдe


U относительная скорость газа, м/с;
Ar число Архимеда;
Fr число Фруда;
S_g-плотность газа, кг/м³;
S_k плотность твердой частицы, кг/м³;
d_k диаметр сферической частицы, м;
V кинематическая вязкость, м²/с;
g константа гравитации, м/с².

Суспензия, выпущенная из реактора с псеводоожиженным слоем, подается в рециркулирующий циклон (рециркулирующие циклоны) циркулирующего псевдоожиженного слоя; в указанных циклонах из суспензии удаляются все твердые частицы. Удаленные твердые частицы возвращаются в реактор с псевдоожиженным слоем таким образом, что количество твердых частиц, пропускаемых через циркулирующий псевдоожиженный слой, по меньшей мере в четыре раза больше веса твердых частиц, заключенных в реакторе с псевдоожиженным слоем.

Более подробно технология циркулирующего псевдоожиженного слоя обсуждается в таких работах, как, например: G. Folland et al. Lurgi's Circulating Fluid Bed Applied to Gold Roasting //E MJ, 28-30 (октябрь 1989); Paul Broedesmann. Calcining of Fine-Grained Materials in the Circulating Fluid Bed //Lurgi Express Information Bulletin, p. 1384/3.81, сведения о которых приводятся здесь для справок.

Время нахождения руды в обогащенной кислородом атмосфере должно составлять около (8-10) минут, преимущественно от около 10 минут до около 12 минут или более, но определяется практическими конструктивными особенностями типа габаритов резервуара, насоса и т.д. Следует понимать, что время нахождения руды в обогащенной кислородом атмосфере является функцией минералогии руды. Управление временем выдерживания руды при определенной температуре также определяет расплавление силикатов, которого следует избегать, поскольку вследствие этого ухудшается показатель пористости, возникающей при окислении сульфидной серы. В целях обеспечения последующего выщелачивания золота желательны высокая пористость и низкая агломерация.

После обжига полезные компоненты благородных металлов извлекаются из обожженной руды или продуктов обжига посредством такого выщелачивания, как цианирование, цианирование с применением углерода в щелочи или цианирование с применением углерода в пульпе. Такие способы выщелачивания известны специалистам в даной области техники и м описаны в патентах США N 4902345 и 4923510.

В качестве опорной меры для сравнения эффективности и полноты обжига по данному изобретению можно оценить обжиг в обычном псевдоожиженном слое в течение эквивалентного отрезка времени в тех же самых условиях. Другой мерой эффективности и полноты процесса по данному изобретению является количество цианида для выделения эквивалентного количества золота или остаточные количества золота в руде после завершения стандартных процедур извлечения. В соответствии с описанными мерами оценка руды той же самой минералогии даст возможность убедиться в выдающихся преимуществах данного изобретения.

Обожженная указанным образом золотоносная руда может быть подвергнута обработке кислородом или хлором после обжига, но перед выщелачиванием. Такую обработку можно проводить, пропуская сквозь суспензию или шлем обожженной руды пузырьки газообразного кислорода или хлора либо в ванне при давлении, соответствующем атмосферному, либо в закрытом резервуаре при атмосферном давлении или при повышенном давлении перед выщелачиванием руды.

Извлечение благородных металлов по данному изобретению из труднообогатимых руд, в состав которых входят компоненты, содержащие мышьяк, углерод и серу, имеет гораздо лучшие параметры, достигая извлечения на уровне 75-90% а в некоторых случаях и выше, до 92% Следует понимать, что минералогия руды будет влиять на результаты. Обычно наличие в руде пиритсодержащих сульфидов, обыкновенных сульфидов и углерода влияет на извлечение, а большее или меньшее содержание в руде мышьяка делает извлечение более или менее дорогим в смысле обеспечения требований сегодняшнего дня по охране среды.

На рис. 1 изображена не требующая разъяснений блок-схема. Эту блок-схему общего характера следует рассматривать в сочетании со схематическим изображением варианта промышленной реализации данного изобретения на рис. 7 для извлечения золота и золотоносных руд, данные по которому подкреплены еще и сведениями табл. 16.

В качестве одного из преимуществ данного изобретения в ходе данного процесса можно легко осуществить восстановление теплопотерь (т.е. преимущественно удешевления). Например, возвращать тепло можно не только из газов, сбрасываемых после первого этапа обжига, например отведенных из циркулирующего псевдоожиженного слоя или из кипящего псевдоожиженного слоя, но и путем охлаждения продуктов обжига воздухом или обогащенным кислородом воздухом, например до уровня содержания кислорода 65 об. Такое воздушное охлаждение, как указывано в патенте США N 4919715, якобы несомненно уменьшает извлечение золота на 2% однако мы не обнаружили такого негативного эффекта, а рассматриваемая рекуперация тепла представляется увеличивающей выходы полезных компонентов.

Другой вариант данного изобретения, который не упоминался ранее или не был очевиден сразу же при рассмотрении упомянутого патента, состоит в том, что последующая закалка жидкостью позволяет уменьшить потребление цианидсодержащих материалов. Эти материалы делаются растворимыми при низкотемпературном обжиге в кислороде и последующей низкотемпературной обработке продуктов обжига во время охлаждения. Такая окончательная обработка обеспечивает замечательное сульфатирование в кислотных условиях, например путем создания Fe₂(SO₄)₃ и подобных ему компаундов таких металлов, как медь, никель, сурьма, цинк, свинец и т.д. Удаление этих компаундов при жидкостной закалке уменьшает потребление цианида при выщелачивании от 2-10 фунтов цианида на тонну продуктов обжига (обычно 5-10 фунтов цианида на тонну продуктов обжига) до менее чем 1 фунта на тонну продуктов обжига, а обычно -до 0,3 фунта цианида на тонну продуктов обжига.

На рис. 2 схематически представлен соответствующим образом обозначенный циркулирующий псевдоожиженный слой (CFB). Воздух подается с низа слоя вместе с рециркулируемым материалом из циклона нагрева (или от ряда установленных в параллель циклонов, например от двух) и удерживает слой в состоянии высокой степени турбулентности, обеспечивающей замечательную, т.е. почти мгновенно устанавливающуюся, однородность и надлежащие условия реакции. Обычно величина полного времени нахождения в таком слое может быть определена на основе количества проходов содержимого слоя через этот слой, но лучше всего выражать эту величину в виде общего номинального времени нахождения в слое для всех его компонентов. Следует понимать, что время нахождения является суммарным временем для частиц, циркулирующих в этом слое. Представляется достоверным тот факт, что окончательная обработка кальцинированного материала при охлаждении обладает указанными выше преимуществами для любой частицы, которая могла бы выходить из указанного слоя после проведения там достаточного времени, и при этом не снижается эффективность пребывания в циркулирующем псевдоожиженном слое и не ухудшается извлечение золота.

На рис. 3 изображен кипящий псевдоожиженный слой, являющийся одним из вариантов реализации псевдоожиженного слоя, приемлемым для другого подхода к осуществлению предлагаемого в данном изобретении процесса. Соответствующим образом обозначенная иллюстрация представляет другой циркуляционный подход, когда обжигается рудный материал.

Рис. 4 и 6 иллюстрируют "кривые с изломом", выведенные для существующих условий обжига в функции температуры обжига, в функции содержания кислорода в применяемом при обжиге газе, т.е. в воздухе, и в функции выделения золота.

На рис. 7 изображен вариант промышленной реализации процесса по данному изобретению, причем это изображение более подробно, чем изображение на рис. 1, и расширяет его.

Реактор с циркулирующим псевдоожиженным слоем (CFB) 100 запитывается от оборудования, расположенного на этапе предварительного нагрева руды, потоком 200, соответствующим потоку под тем же номером, изображенному на рис. 7. Вводимый в реактор поток газа типа бутана/пропана показан входящим в CFB-реактор 100 снизу. Кроме того, комбинированный поток не обедненного кислородом выходящего после первого этапа газа и свежего кислорода через подогреватель 102 вводится в CFB-реактор 100. Комбинированный поток обозначен позицией 201. Подогретый и пополненный кислородом воздушный поток 208 вводится в CFB-реактор 100 и поступает после окончательной обработки продукта обжига, которая будет обсуждаться ниже. На рис. 7 показан единственный циклон 103, но может использоваться и более одного циклона, причем циклоны могут устанавливаться параллельно или последовательно, чтобы гарантировать более качественное удаление частиц из входящего после первого этапа обжига газа. Донные, т. е. находящиеся под потоком газа, частицы, собранные в циклоне 103, частично возвращаются обратно в CFB-реактор 100 через герметизованный бак 104. Скользящий поток 105 кальцинированного продукта тоже отводится из герметизированного бака 104 и подается в четырехзвенный блок подогревателей (рекуператоров) 107-110; указанный блок восстановления тепла, в котором находятся подогреватели, обозначен позицией 106. Воздух с добавкой кислорода нагревается в блоке 106 восстановления тепла до примерно 450^oC. Блок 106 состоит из четырех подогревателей в виде псевдоожиженных слоев 107, 108, 109, и 110, соответственно. Ввиду того, что условия в каждом подогревателе разные, эти подогреватели обозначены различными номерами 107, 108, 109 и 110. Обычно CFB-реактор 100 работает при температуре 550^oC. Конечный продукт обжига (время нахождения в реакторе 100-10 минут) вводится в первый подогреватель 107. При этом продукт обжига имеет температуру порядка 525^oC и выдерживается в первом подогревателе 107 около 15 минут; во втором подогревателе 108 продукт обжига имеет температуру около 475^oC и выдерживается около 10 минут; в третьем подогревателе 109 продукт обжига имеет температуру около 40^oC и выдерживается около 8 минут; в четвертом подогревателе 110 кальцинированный материал имеет температуру около 350^oC и выдерживается около 8 минут. Параллельно в эти нагреватели вводятся воздух и кислород, производя в каждом из них псевдоожижение продукта обжига, смешиваясь и очищаясь в циклоне 112. После отделения макрочастиц в циклоне 112 воздух и кислород вводятся в виде потока 208 в CFB-реактор 100. Второй блок подогревателей (не показан) такого же типа может быть задействован в параллель парному блоку подогревателей 106. Герметизированный бак 104 или второй герметизированный бак (не показан) может служить источником питания второго блока подогревателей. Данные, приведенные в табл. 7, относятся к технологической цепочке с двумя параллельными идентичными блоками подогревателей типа 106, двумя параллельными циклонами типа 112 и двумя параллельными герметизированными баками типа 104.

Подогретый воздух и кислород из всех четырех подогревателей находят свое применение и имеют температуру около 450^oC, как показано в табл. 7. Тем не менее, добавляется и воздух из атмосферы; эту добавку осуществляют посредством введения атмосферного воздуха с помощью насоса 113 в нагревательные змеевики 114, погруженные в псевдоожиженный продукт обжига в подогревателях 109 и 110. Этот воздух используется для подогрева руды в резервуаре (не показан) типа резервуара CFB-реактора и вводится в виде потока 200 в CFB-реактор 100. Горячий воздух выходит из нагревательных змеевиков при температуре 200^oC. Баланс потребления энергии при обжиге, зависящий от минералогии руды и предусматриваемый заранее, поддерживается посредством добавки бутена или угольной пыли в CFB-реакторе 100. Продукт обжига в потоке 208 закаляется в воде в емкости 115 до получения содержания твердых частиц 15% и далее обрабатывается, как описано ранее, с целью удаления цианидных материалов, нейтрализации и последующего выщелачивания.

Выводящие газы, т.е. излишки газов циклона 103, вводятся в котел-утилизатор 116, где их температура понижается до примерно 375^oC; пыль из котла-утилизатора 116 вводится в соответствующем месте (например, в подогреватель 108) в блок подогревателей и соединяется с продуктом обжига.

Выходя из котла-утилизатора, выходящие газы вводятся в электростатический осадитель 117, например в высокотемпературный электростатический осадитель с пятью осадительными полями, чтобы удалить все остатки пыли из выходящего газа. Можно применять несколько осадителей 117. Температура выходящего газа на выходе электростатического осадителя 117 составляет около 350^oC; в этом газе содержится примерно 36% кислорода по объему). Посредством насоса 118 около половины выходящих газов рециркулируется CFB-реактор 100. Такая рециркуляция является важным преимуществом, поскольку при ее наличии система очистки выводящих газов уменьшается по габаритам почти вдвое. Осадки из электростатического осадителя тоже вводятся в блок (блоки) подогрева 106 с продуктом обжига. Выходящие газы, несущие в своем составе SO₂, можно отводить непосредственно в установку для производства кислоты, куда вводятся и избыточные количества кислорода (при необходимости, для преобразования SO₂, в кислоту согласно методам, известным специалистам в данной области техники). Тем не менее, излишек богатого кислородом газа из такой установки может быть возвращен на этап обжига в технологической цепочке предлагаемого процесса и введен, например, в CFB-реактор 100 или использован для окончательной обработки калицинированного материала, например в псевдоожиженных слоях 107, 08, 109 и 110, чтобы способствовать сульфатированию, т.е. солюбилизации других веществ, захватывающих цианид.

В соответствии с данным изобретением был проведен ряд экспериментов, в ходе которых были установлены важнейшие параметры процесса, что показывает возможность достижения с его помощью таких результатов, которые ранее были недостижимыми.

Пример 1. Используемая в данных экспериментах руда получена путем отбора случайным методом проб руд, содержащих мышьяк, сульфиды, органический углерод и являющихся золотоносными, из региона вокруг Карлина, Невада. В ходе ряда опытов руда из этого региона показала наличие золота от около 0,16 унций на тонну до 0,20 унций на тонну, среднее содержание мышьяка 0,08% содержание серы в виде сульфидов 2,49% (при общем содержании серы 2,81%) и содержание углерода в виде органических соединений 0,79% (при общем содержании углерода 0,84%). Эту руду классифицировали как пирит-карбонат-кремнийсодержащую; ниже приведены результаты минералогического и химического анализа этой руды.

Минералогический анализ
Типовой анализ руды показал следующие результаты (%)
Кварц 68
Каолинит 10
Серицит или иллиты 8
Пирит 5
Ярозит 4
Алунит 3
Fe_xO_y 1
Барит 1
Карбонаты 0
Химический анализ
Химический анализ руды показал следующий средний состав:
Мышьяк 824 части на миллион
Углерод (всего) 0,84
Сера (всего) 2,81
Золото 0,164 унции на тонну
Железо 4,0
Цинка 400 частей на миллион
Стронций 0,02
Руду измельчали в шаровой мельнице с мелкими шариками до тех пор, пока 100% руды не приобретало размер 65 меш, т.е. (за исключением специально оговариваемых случаев), до тех пор, пока 100% руды не проходило через сито 65 меш; объемная плотность руды после измельчения составляла 57 фунтов на кубический фут, а содержание влаги около одного
Измельченную руду помещали в реактор с вращающимся внутренним цилиндром и периодически обжигали, чтобы сменить различные условия прохождения реакции, сохраняя время обжига равным двум часам с целью соблюдения постоянства длительности реакции.

Обожженную руду, или продукт обжига, обрабатывали углеродом в емкости для проведения выщелачивания посредством цианирования, используя дозировку, соответствующую 6 фунтов цианида натрия на тонну обожженной руды 30 г на литр активированного угля (полученного от "North American Carbon").

Выщелачивание проводили в непрерывно взбалтываемом сосуде при следующих условиях: 200 г материала продукта обжига на тест выщелачивания; 40% твердых частиц; длительность выщелачивания 24 часа.

Первую серию опытов проводили при наличии в первоначально подаваемом газе или в газообразной атмосфере 40% кислорода (по объему) при обжиге руды. В табл. 2 приводятся температуры обжига и достигнутые при их соблюдении результаты. Символ ^* на графике, изображенном на рис. 4, также соответствует этим результатам.

Когда обожженную руду обрабатывали гипохлоритом натрия в концентрации 25 фунтов на тонну руды, применяя тот же способ выщелачивания, были получены результаты, приведенные в табл. 3. Эти результаты отражены на изображенном на рис. 4 графике, помеченном символом □.

Второй эксперимент проводили при температуре обжига 475^oC и времени обжига 2 часа, меняя при этом содержание кислорода (по объему) в подаваемом газе, т. е. общее первоначальное содержание кислорода в газообразной атмосфере; при этом использовали следующие процентные содержания кислорода и получали результаты, приведенные в табл. 4. Эти результаты показаны на графике, изображенном на рис. 5.

Кроме того, были получены дополнительные результаты, сведенные в табл. 5, где сносками помечена следующая информация:
1 содержание органического углерода определяли как содержание растворенного углерода, который выделен из карбонатов и раствора в кислоте;
2 по результатам испытаний на воспламеняемость;
3 по результатам испытаний на воспламеняемость;
4 расчетное количество золота в поступающей на обработку руде определяли путем сравнения результатов испытаний на воспламеняемость количества осадка при выщелачивании и количества загруженного углерода. Результат сравнения использовали при расчете баланса материалов, чтобы убедиться в правильности учета золота при испытаниях.

Пример 2. Ряд испытаний путем обжига воздухом был проведен в печи со вращающимся шестидюймовым цилиндром при наличии в выходящих газах кислорода. Содержание кислорода по объему составляло приблизительно 4-6% Состав проб, применявшихся в ходе этих испытаний, был таким же, как и в примере 1. При проведении этих испытаний оказалось, что среднее содержание золота в руде составляло порядка 0,164 унции золота на тонну, содержание сульфидной серы - 2,49% содержание органического углерода 0,79% Руду классифицировали как сульфидно-карбонатную. Подготовка проб и процедуры испытаний были такими же, как в примере 1. Сравнительные результаты испытаний представлены в табл. 6 и на рис. 5. Проведенные испытания продемонстрировали, что при проведении обжига в воздухе как окисляющей атмосфере были достигнуты низкие показатели извлечения золота из руды. Кроме того, проведенные испытания продемонстрировали, что процесс по данному изобретению, реализуемый с применением обогащенного кислородом воздуха (до 40% общего объема), обеспечивает лучшее управление процессом при более низких температурах в целях обеспечения максимальной эффективности извлечения золота. Сносками помечена следующая информация: 1 сульфидная сера; 2 органический углерод как осадок после вываривания в соляной кислоте; 3 расчетное количество золота в поступающей на обработку руде определяли путем сравнения результатов испытаний на воспламеняемость количества осадка при выщелачивании и количестве загруженного углерода; результат сравнения использовали при расчете баланса материалов, чтобы убедиться в правильности учета золота при испытаниях; 4 - процент просеянного сквозь сито 200 меш.

Пример 3. Использованная в этих экспериментах руда была взята методом случайного отбора проб из региона вокруг Карлина Невада; это были пробы золотоносных руд, содержащих мышьяк и сульфиды. При проведении этих испытаний оказалось, что среднее содержание золота в ряду оставляло 0,14 унций на тонну, среднее содержание мышьяка 0,15% содержание сульфидной серы 2,15% (общее содержание серы 2,50%), содержание органического углерода 0,35% (общее содержание углерода 0,39%). Руду классифицировали как пириткремнийсодержащую; результаты ее минералогического и химического анализа приведены ниже.

Минералогический анализ
Минералогический анализ руды дал следующие результаты (%):
Кварц 80
Серицит 6
Пириты 4
Ярозит 4
Каолинит 3
Алунит 2
Барит 1
Fe_xO_y 0
Химический анализ
Анализ руды на содержание в ней элементов дал следующие результаты по усредненному составу:
Мышьяк 0,15
Углерод (органический) 0,35
Сера (сульфидная) 2,15
Золото 0,14 унций на тонну
Железо 2,0
Цинк 0,06
Стронций 0,05
Руду измельчали в шаровой мельнице с мелкими шариками до тех пор, пока 100% руды не приобретало размер 100 меш, т.е. (за исключением специально оговариваемых случаев) пока 100% руды не проходило через сито 100 меш; объемная плотность руды после измельчения составляла 62 фунта на кубический фут, а содержание влаги приблизительно 1%
Измельченную руду помещали в реактор с вращающимся внутри цилиндром и обжигали периодически, чтобы оценить различные условия прохождения реакции, сохраняя время обжига равным 2 часам с целью соблюдения постоянства длительности обжига. Обожженную руду, или продукт обжига, обрабатывали посредством выщелачивания с применением углерода в щелочи; при этом использовали 5 фунтов цианида натрия на тонну обожженной руды и 30 г на литр активированного угля (полученного от "North American Carbon").

Выщелачивание проводили в непрерывно взбалтываемом сосуде при следующих условиях: 200 г материала продукта обжига на тест выщелачивания; 40% твердых частиц; длительность выщелачивания 24 часа.

Серию опытов проводили, обжигая руду при поддержании в первоначально подаваемом газе или газообразной атмосфере содержания кислорода (по объему) на уровне 40% В табл. 7 приводятся температуры обжига и достигнутые при их соблюдении результаты.

Эти дополнительные результаты представлены также в табл. 8, где сносками помечена следующая информация: 1 общее первоначальное количество кислорода в об. кислорода от общего количества; 2 как сера сульфидов; 3 органический углерод как осадок после вываривания в соляной кислоте; 4 расчетное количество золота в поступающей на обработку руде определяли путем сравнения результатов испытаний на воспламеняемость количества осадка при выщелачивании и количестве загруженного углерода. Результат сравнения использовали при расчете баланса материалов, чтобы убедиться в правильности учета золота при испытаниях; 5 процент при просеивании сквозь сито 200 меш.

Пример 4. Испытания при обжиге проводили в печи с вращающимся внутри нее шестидюймовым цилиндром при наличии воздуха в качестве входного потока (это сказывается в том, что в выходящем газе содержится примерно 4-6 об. кислорода. В этих испытаниях использовались образцы тех же самых проб, что и в примере 3. Подготовка образцов и процедуры испытаний аналогичны тем, что применялись в примере 1. Результаты испытаний представлены в табл. 9, где сносками помечена следующая информация: 1 процент при просеивании сквозь сито с заданным количеством ячеек на один дюйм; 2 сера сульфидов; 3 - органический углерод как осадок вываривания в соляной кислоте. Проведенные испытания демонстрируют при сравнении с результатами, указанными в табл. 8, что приведенные в ней показатели извлечения золота могут быть улучшены, когда в качестве окисляющей среды применяют обогащенный кислородом газ, например подаваемый газ с общим содержанием кислорода на уровне 40%
Пример 5. Испытания проводили в печи с вращающимся внутри нее шестидюймовым цилиндром; использовали пробу с высоким содержанием карбонатов, чтобы продемонстрировать, что при реализации процесса по данному изобретению достигаются высокие уровни извлечения золота. Для сравнения представлены результаты трех испытаний в одном примере, что иллюстрирует возможности процесса по данному изобретению. Подготовка пробы и процедуры испытаний те же, что и в примере 1. Результаты представлены в табл. 12. Данные анализа пробы указаны в табл. 10 и 11.

Пример 6. Испытания проводили на экспериментальных установках, в качестве которых использовали реактор с шестидюймовым псевдоожиженным слоем и реактор с восьмидюймовым псевдоожиженным слоем; в качестве пробы использовали пробу сульфидкарбонатсодержащей руды химического и минералогического составов, указанных в табл. 13 и 14.

Процедура подготовки образцов для этих испытаний включала дробление, мокрое измельчение в шаровой мельнице до тех пор, пока 100% пробы не проходило сквозь сито 65 меш, разделение твердой и жидкой фаз, а также осушение перед обжигом. Сухой материал пробы подавали в печь для обжига с помощью шнекового питателя вместе с рабочим газом, состоящим либо из одного воздуха, либо из воздуха, обогащенного кислородом до уровня содержания 40 об. в первоначально подаваемом газе. Выходившие из печи для обжига твердые частиц выщелачивались путем цианирования с применением углерода в щелочи, при этом соблюдались те же самые условия, что и в примере 1.

Результаты испытаний представлены в табл. 6. Из этих результатов видно, что максимальные параметры извлечения золота были достигнуты при использовании процесса по данному изобретению. С целью сравнения были проведены несколько обжигов в печи с циркулирующим псевдоожиженным слоем и в печи со стационарным псевдоожиженными слоем. Результаты их проведения представлены в трех примерах, чтобы проиллюстрировать данное изобретение.

Остаточное содержание сульфидной серы и органического углерода в твердых частицах, выходящих из экспериментальной печи для обжига, составляло по весу менее 0,05% во всех опытах данной серии испытаний. Сносками к табл. 15 помечена следующая информация: 1 испытания проводили в печи для обжига с шестидюймовым циркулирующим псевдоожиженным слоем, применяя в качестве рабочего газа воздух, обогащенный кислородом до содержания последнего на уровне 40 об. 2 то же, что и в сноске 1, но испытания проводили в печи для обжига с восьмидюймовым циркулирующим псевдоожиженным слоем; 3 испытания проводили в печи для обжига с шестидюймовым циркулирующим псевдоожиженным слоем, применяя в качестве рабочего газа воздух; в составе выходящего газа было 6 об. кислорода; 4 то же, что и в сноске 3, но испытания проводили в печи для обжига с восьмидюймовым циркулирующим псевдоожиженным слоем; 5 - испытания проводили в печи для обжига с шестидюймовым стационарным псевдоожиженным слоем, применяя в качестве рабочего газа воздух, а в составе выходящего газа было 6 об. кислорода.

Предыдущие примеры демонстрируют, что процесс по данному изобретению обеспечивает существенно более желательные результаты при обработке труднообогатимых руд, в состав которых входят компоненты, содержащие мышьяк, углерод и серу, причем затраты на обжиг в атмосфере на основе кислорода снижаются, а улетучивание мышьяка минимизируется.

Примечательно, в частности при сравнении обжига в воздухе по примеру 2 с обжигом в обогащенном кислородом воздухе по примеру 1, что данное изобретение позволяет эффективно понизить температуры и добиться оптимальных показателей извлечения золота. Графически это можно продемонстрировать, сравнивая результаты, отображенные на рис. 6 для обжига в воздухе, с результатами, отображенными на рис. 4 для обжига в воздухе, обогащенном кислородом до уровня содержания 40% На рис. 6 (обжиг в воздухе) максимум извлечения золота наблюдается при температуре 600^oC, а на рис. 4 (обжиг в воздухе, обогащенном кислородом) при 475^oC. Это важное различие говорит о том, что процесс по данному изобретению позволяет экономить энергозатраты. На рис. 5 показано, что процесс извлечения золота в подаваемом газе возрастает с ростом общего количества кислорода в подаваемом газе, причем практичность и экономичность более высокого диапазона значений основаны на таких факторах, как издержки производства, издержки на кислородсодержащий газ, издержки на оборудование и т.д.

Пример 7. В схематическом варианте промышленной реализации процесса по данному изобретению, изображенном на рис. 7 и описанном выше, следующие производственные параметры иллюстрируют приложение данного изобретения.

Анализ базового варианте подачи газа в печь для обжига дал следующие результаты:
Углерод органический 0,8%
Сера сульфидная 2,5%
Потери веса при розжиге L 0.I. 6,0%
As 1200 частей на миллион
Cl 100 частей на миллион
F 1000 частей на миллион
Pb 25 частей на миллион
Hg 5 частей на миллион
Sb 80 частей на миллион
Zn 1000 частей на миллион
SiO₂ 80%
Al₂O₃ 7%
Рентгеноструктурный анализ той же рудной смеси дал следующие результаты
Серицит 5
Каолинит 11
Алунит 3
Ярозит 5
Подаваемая на обжиг руда имела удельный вес, 2,52, объемную плотность (насыпную) 1,0 мт/м³, объемную плотность (в утрамбованном состоянии) 1,25 мт/м³. Загрузка печи для обжига (D 50) была такой: 50% руды проходило сквозь ячейки сита размером 19 мкм, а 80% через ячейки сита размером 70 мкм (по оценке). Расчетная температура обжига была равна 550^oC, а концентрация O₂ в выходящем газе составляла 36 об. по оценке во влажном состоянии. Для расчетов потребления энергии была принята норма содержания углерода органического в выходившем газе, соответствовавшая 0,7%
Как показали приведенные ниже данные рентгеноструктурного анализа, руды содержат множество компаундов глины, среди которых преобладает каолинит, но есть также и алунит, ярозит и серимит. Все эти компаунды имеют разные энергии разложения (и все они считаются эндотермическими). При температуре обжига 525-550^oC все эти компаунды глины должны разлагаться и, следовательно, вся кристаллизовавшаяся в них вода должна выйти в фазу парообразования.

В печи для обдува улетучивание элементов происходило следующим образом: ртуть 100% мышьяк 1% фтор 15% и хлор 100%
На основании указанных выше данных в табл. 16 отражена информация о варианте промышленной реализации процесса по данному изобретению, описанного в связи с пояснением рис. 7; табл. 16 следует рассматривать вместе с описанием процесса, изображенного на рис. 7.

В табл. 16 сокращениями и символами обозначена следующая информация: * - вода, кристаллизованная в компонентах руды; мт/ч тонны метрические в час; кт/ч -тонны короткие в час; м³н/ч метры кубические нормальные в час; 2 скфм футы кубические стандартные в минуту.

Для упомянутой иллюстрации содержание углерода в руде обеспечивалось на уровне 0,8% но диапазон изменения составлял 0,4 + 1,15% Тем не менее, при еще более низких количествах углерода в руде потребуется больше угля или другого дополнительного топлива, тогда как при более высоких значениях параметров содержания углерода в руде угля понадобится меньше или не потребуется совсем (условия автоматического терморазложения). Поэтому расчетное количество углерода, добавлявшееся в руду, данные по которой приведены в табл. 16, соответствовало подаче угля в количестве 330 кг/ч. Кроме того, тепло восстанавливалось в блоке восстановления тепла 106, а в котле-утилизаторе 116 при определенных заданных условиях вырабатывалось 6 т пара в час при давлении 55 бар.

Из приведенной выше иллюстрации видно, что общее время "выдержки при температуре" для продукта обжига (перед закалкой) составляет около 30 минут. В это время "выдержки при температуре" входит время выдержки в CFB-реакторе 100 и время окончательной обработки в блоке восстановления тепла 106. Это время "выдержки при температуре" может находиться в диапазоне от около 25 до 50 минут и не производит вредного воздействия на извлечение золота даже и при увеличении; следовательно, процесс по данному изобретению имеет то преимущество, что он не чувствителен к теплу, т. е. к ограничениям, налагаемым временем "выдержки при температуре", которые характерны для существовавших ранее и упоминавшихся выше известных процессов.

Хотя проиллюстрированный выше процесс показан как пригодный для обработки руд с частицами разных размеров, для каждой руды существует свой наиболее удобный размер, обычно в диапазоне от -14 меш до -100 меш и менее. Более мелкие размеры частиц, например -100 меш, не требуют мокрого измельчения продукта обжига после закалки в емкости 115 перед выщелачиванием.

Пример 8. На рис. 8 проиллюстрирован обжиг с впрыскиванием кислорода в два этапа, выполняемый в циркулирующем псевдоожиженном слое. Система циркулирующего псевдоожиженного слоя состоит из реактора 301 с псеводоожиженным слоем, циркулирующего циклона 302 и магистрали рециркуляции 303. Реактор с псевдоожиженным слоем 301 имел диаметр 0,16 м и высоту 4 м. Посредством шнека с метрической резьбой (не показан) смесь труднообогатимой золотоносной руды выгружалась через магистраль 304 в реактор 301. Золотоносная руда содержала 0,8% мышьяка, 1,4% сульфидной серы и 13 г золота на тонну руды. Размер частиц руды был менее 0,1 мм при медианном значении (D 50) 20 мкм. Типы и количества добавок указаны в табл. 8. 80% добавок имели размер частиц 20-50 мкм. Рабочий газ, содержащий 0,9% кислорода, подавали с при расходе 10 ст. м³/ч через магистраль 305 в газонагреватель 306, где газ нагревался до 550^oC, а затем по магистрали 307 в реактор 301 в качестве псевдоожиженного газа. Реактор 301 претерпевал косвенный нагрев, в нем устанавливалась и регулировалась температура в интервале 550-570^oC. С помощью магистрали 308 реактор 301 запитывался вторичным содержащим кислород газом, а с помощью магистрали 309 третичным содержащим кислород газом. Вторичный и третичный газы состояли, соответственно, из подогретого воздуха и кислорода и применялись на этапе обжига в верхней части реактора; содержание кислорода указано в таблице. Продукт обжига выгружали посредством магистрали 310. Суспензия газ-твердые частицы подавались из реактора 301 через магистраль 311 в рециркулирующий циклон 302, в котором твердые частицы разделялись и через магистраль рециркуляции возвращались в реактор 301. Выходящий газ, выпускающийся через магистраль 312, содержал 0,1-0,5 об. SO₂.

В табл. 17 указаны выход золота и растворимость мышьяка при цианидом выщелачивании для разных добавок и содержании кислорода, тогда как добавка натриевых компаундов дает хорошие результаты по выходу золота, растворимость мышьяка в этом случае чересчур высока.

На основании описанных выше экспериментов очевидно значимое схематическое представление иммобилизации мышьяка в координатах содержания кислорода - температуры, охватывающее диапазон кривых от образования растворимых до образования нерастворимых арсенатов. Хотя из указанных выше составных кривых очевидно, что увеличение содержания кислорода и температуры вызывает иммобилизацию мышьяка, очевидно и то, что для эффективного выщелачивания такие температуры должны быть ниже температур плавления компонентов руды, которые препятствуют качественному выщелачиванию цианированием. При парциальном давлении кислорода, соответствующем log (PO₂) -3,0, арсенат (в случае фарриарсената -линия на рис. 10), нужно тоже анализировать лишь как один из компонентов, которые следует принимать во внимание. Следует также удалять углерод и серу, а эффективное удаление требует соблюдения баланса температуры и содержания кислорода. Удачно иммобилизуют мышьяк и дополнительные вещества добавок типа CaSO₄•H₂O. Более того, как показано выше, находящиеся в руде в ближайшем контакте с компаундами мышьяка пириты благотворно влияют на иммобилизацию мышьяка, особенно при повышенном содержании кислорода в рабочем газе.

Пример 9. Согласно рис. 11 первая система циркулирующего псевдоожиженного слоя состоит из реактора с псевдоожиженным слоем 401, рециркулирующего циклона 402 и магистрали рециркуляции 403. Реактор с псевдоожиженным слоем 401 имеет диаметр 0,2 м и высоту 6 м. Посредством шнекового питателя с метрической резьбой концентрат золотоносной руды со скоростью 15 кг/ч выгружали по магистрали 404 в реактор. Концентрат содержал 2,1% мышьяка, 15% сульфидной серы и 45 г золота на тонну концентрата. Размер частиц был менее 0,2 мм при медианном значении (D 50) 70 мкм. Воздух при расходе 11 ст.м³/ч (ст.м³ метр кубический стандартный) подавали посредством магистрали 405 в теплообменник 406 и подогревали там до 600^oC, а затем через магистраль 407 подавали в реактор 401 в качестве псевдоожижающего газа. Реактор 401 запитывали вторичным воздухом при расходе 9 ст.м³/ч через магистраль 408, а через магистраль 409 третичным воздухом при расходе 3 ст.м³/ч, которые служили для выжигания остаточной серы в реакторе 401. Распределяя подачу воздуха, регулировали кислородный потенциал до тех пор, пока он не попадал в диапазон, соответствующий улетучиванию мышьяка в диапазоне Fe₂O₃ (рис. 10), ниже диапазона, в котором формируется арсенат железа.

Температура в реакторе была в диапазоне (700-750)^oC. Отводимый через магистраль продукт обжига содержал 0,02% мышьяка и 0,1% серы. Выщелачивание продукта реакции дало извлечение золота с выходом 96% Растворимость мышьяка при выщелачивании золота была очень низкой и составляла всего 2 мг/л или менее.

Суспензия газа-твердых частиц из реактора 401 через магистраль 411 подавалась в рециркулирующий циклон 402. Твердые частицы, собранные в нем, возвращались через магистраль рециркуляции 403 в реактор 401. Выходящий газ, отводившийся по магистрали 412, обеспыливался в двух циклонах (не показаны) и в фильтре-"свечке" 413 при температуре около 600^oC. Собранные пылеобразные частицы возвращались в реактор 401 через магистраль 414. Обеспыленный выходной газ содержал O₂ и Al₂O₃ и посредством магистрали 415 подавался в реактор с псевдоожиженным слоем 416 второй системы циркулирующего псевдоожиженного слоя.

Реактор 416 имел диаметр 0,16 м и высоту 4 м. Его нагревали с применением непрямого электронагрева. Красную железную руду, частицы которой имели размер менее 0,5 мм, медианный размер 30 мкм, загружали через магистраль 417 при расходе 0,3 кг/ч. В реактор 416 подавали псевдоожижающий воздух при расходе 15 ст.м³/ч.

Отводившуюся через магистраль 419 суспензию регулировали по составу до достижения содержания в ней 6% кислорода и 4% паров воды, так что при этом соблюдались условия образования стабильных арсенатов (рис. 9). Чтобы добиться содержания паров воды 4% содержание влаги в руде, загружающейся через магистраль 417, регулировали в зависимости от содержания паров воды в газе, подаваемом посредством магистрали 415, и псевдоожижающем воздухе, подаваемом посредством магистрали 418.

Твердые частицы, собранные в рециркулирующем циклоне 420, возвращали посредством магистрали рециркуляции 421 в реактор 416. Рабочий газ, не содержащий мышьяка и имеющий в своем составе 9,1% SO₂, подавали по магистрали 22 в газоочиститель, а затем в установку для изготовления серной кислоты. Материал твердых частиц, выгружавшийся из реактора 416 по магистрали 423, содержал 17,3% мышьяка. Тесты выщелачивания с применением воды (соответствовавшие тесту выщелачивания DEV-S₄) показали, что растворимость мышьяка была менее 1 мг/л.

Согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, раскрытому в примере 9, газы, содержавшие частицы пыли, пары мышьяка и пары компаунда (компаундов) мышьяка, образовывались при обжиге, например при обжиге сульфидных материалов, в состав которых входили железо и мышьяк. Такие материалы обжигали в диапазоне Fe₂O₃ при температурах 500-1100^oC на первом этапе, выполнявшемся при подаче газов, содержащих кислород. В этих материалах содержался мышьяк, улетучивавшийся, в основном, в виде окислов мышьяка, а часть содержания серы улетучивалась в виде элементарной серы. Твердые частицы удалялись из выходящего газа при температурах, превышающих температуру конденсации летучих компонентов, и выгружались в качестве продукта обжига.

В число сульфидных материалов могут входить руды, содержащие мышьяк, или концентраты руд золотоносные, медные, серебряные, никелевые, кобальтовые, сурьмяные, свинцовые и железные руды, -а также сульфидные остатки, содержащие мышьяк, и промежуточные продукты. При обжиге небольшая часть содержащегося мышьяка вступает в реакцию, образуя сульфиды мышьяка. При обработке золотоносных руд или иx концентратов получаются отвалы, приемлемые для окружающей среды. Более того, получается продукт, из которого можно выщелачивать золото с применением цианидов, обеспечивая высокие показатели выхода золота.

Хотя приведенные выше иллюстрации, касающиеся извлечения металлов из руды, давались на примере золота, методы и процессы обработки руд по данному изобретению могут быть применены и при извлечении других благородных и неблагородных металлов из руд, содержащих мышьяк, при наличии тех же преимуществ предлагаемого процесса низкой температуры (например, менее 700^oC), обжига в обогащенном кислородом воздухе в присутствии таких веществ, как железо и кальций, предназначенных для иммобилизации мышьяка, например в ферриарсенате типа скородита или подобных ему компаундов. Под компаундами, подобными скородиту, подразумеваются компаунды ферриарсената, имеющие разное молярное содержание кристаллизованной воды. Количество кристаллизованной воды в скородите обычно равно 2 моль, но оно может меняться. Как показано выше, присутствие кристаллизованной воды в веществе, вводимом в атмосферу обжига, или в компонентах руды помогает лишать мышьяк подвижности. Тем не менее, мерилом иммобилизации, т.е. нерастворимости мышьяка, является образование скородита, который обеспечивает желаемый уровень нерастворимости мышьяка, является образование скородита, который обеспечивает желаемый уровень нерастворимости. "Подобный скородиту" компаунд полагается имеющим такие же показатели нерастворимости мышьяка, как скородит.

Более того, хотя процесс извлечения золота был лучше всего осуществлен при наличии в рабочем газе заметных уровней содержания кислорода, по сравнению с процессами извлечения других металлов из руд, содержащих мышьяк, этот процесс может быть реализован даже при еще более высоких уровнях содержания кислорода (и при более высоких температурах), чем указано выше, поскольку усовершенствование извлечения мышьяка таким образом может практиковаться даже при использовании чистого кислорода в качестве окисляющей среды. При использовании высоких температур, таких, как в примере 9, сочетание обжига в два этапа позволяет удвоить меры безопасности, в результате чего мышьяк, который может улетучиваться, можно иммобилизовать отдельно, чтобы гарантировать вдвое более безопасную для окружающей среды обработку любого газа, являющегося отходом реакций обработки руды. Такое сочетание обеспечивает также возможность выбора менее высокого содержание кислорода в рабочем газе на втором этапе, в частности, такого же эффекта можно достичь, применяя многоэтапное впрыскивание кислорода, как показано в случае комбинированной обработки золотоносных руд в примере 8.

Ввиду наличия указанных преимуществ, включая те, что вытекают, например, из применения псевдоожиженных циркулирующих слоев, данное изобретение обеспечивает лучшие результаты, чем известные ранее способы.

Хотя причины, заставляющие процесс по данному изобретению обеспечивать указанные результаты, не известны точно и не могут быть предопределены, сами по себе результаты говорят о полученных преимуществах, суждение о которых основано исключительно на проценте извлечения золота (при иммобилизации мышьяка) из указанных труднообогатимых руд при значительной экономии затрат кислорода и использовании менее сложного подхода, чем применялся в наилучшей известной до сих пор технологии. Это особенно заметно, если вести речь о таких условиях, как приложение данного изобретения с использованием циркулирующего псевдоожиженного слоя, предназначенного для значительного восстановления теплопотерь и повторного использования тепла.

Из сказанного выше очевидно также, что можно реализовать на практике различные сочетания и перестановки оборудования, рассмотренного здесь в связи с разъяснением примеров осуществления данного изобретения, и добиться при этом каких-либо положительных результатов, но раскрытые здесь особенности конкретной реализации изобретения не следует понимать как ограничивающие его объем, оговариемый в формуле изобретения.

Надписи на рисунках
Рис. 1: 1- рядовая руда, 2 дробление, 3 осушение, 4 измельчение, 5 кислород, 6 30-50% кислорода, 7 обжиг за один этап, 8 -выходящие газы, 9 восстановление тепла, 10 вода, 11 горячий продукт обжига, 12 пар, 13 - горячий воздух/газ, 14 воздух, 15 скруббер, 16 -к вытяжной трубе, 17 - установка для изготовления кислоты, 18 закалка, 19 уплотнение, 20 - обработка перед выщелачиванием, 21 цепочка выщелачивания, 22 отходы, 23 - раствор для нейтрализации, 24 благородные металлы
Рис. 2: 1 загрузка в печь для обжига, 2 реактор с циркулирующим псевдоожижженым слоем, 3 подача кислорода, 4 подача воздуха, 5 35-55 об. O₂, 6 подача воздуха, кислорода и обожженного материала, 7 - отвод горячего продукта обжига, 8 подача нагретого воздуха и кислорода, 9 - нагретый газ из циклона и обожженный материал, 10 ствол
Рис.3: 1 отражательная перегородка, 2 подогретый материал руды, 3 - смесь воздуха и кислорода, 4 выходящий газ, 5 экран, 6 циклон, 7 к цепочке восстановления выходящего газа, 8 насос, 9 продукт обжига
Рис. 4: 1- процент извлечения золота, 2 температура обжига, ^oC, 3 цианирование с применением углерода в щелочи (C-I-L), 4 цианирование C-I-L с предварительной обработкой хлором
Рис.5: 1 процент извлечения золота, 2 об. кислорода в подаваемом газе
Рис.6: 1 процент извлечения золота, 2 температура обжига, ^oC, 3 - цианирование с применением углерода в щелочи
Рис. 7: 1 от технологической цепочки предварительного подогрева руды, 2 газ только для запуска процесса
Рис. 9: 1 парциальное давление кислорода (log(pO₂, бар)), 2 - температура, ^oC, 3 режим образования арсенатов, 4 режим образования стабильных арсенатов
Рис. 10: 1 парциальное давление кислорода (log (pO₂, бар)), 2 - температура, ^oC, 3 режим улетучинвания арсенатов в диапазоне Fe₂O₃, 4 режим образования стабильных арсенатовН

Использование: для переработки полиметаллических руд или концентратов, содержащих благородные металлы, мышьяк, углерод и серу. Сущность: обжиг руд, содержащих полезные компоненты металлов, типа руд благородных металлов, для извлечения полезных компонентов металлов проводят при одновременном преобразовании мышьяка в нерастворимое соединение в присутствии таких добавок, как железо, и в присутствии кислорода, впрыскиваемого в начале или во время процесса в печь обжига, например в печь с циркулирующим псевдоожиженным слоем. Летучий мышьяк при обжиге руд может также быть преобразован в нерастворимую форму в газовой фазе в два этапа после удаления твердых частиц из газовой фазы и при контакте летучих соединений с добавкой на втором этапе обжига в атмосфере с высоким содержанием кислорода. 3 с. и 23 з.п. ф-лы, 17 табл., 11 ил.

1. Способ переработки полиметаллических руд и концентратов, содержащих благородные металлы, мышьяк, углерод и серу, включающий обжиг частиц исходного материала при температуре 475 900^oС в газовой фазе, содержащей кислород, с получением твердого продукта обжига, содержащего благородные металлы, и газовой фазы, содержащей мышьяк, его соединения и пылевидные частицы, с последующим извлечением благородных металлов из твердого продукта обжига цианированием и выделением из газовой фазы вначале пылевидных частиц при температуре выше температуры конденсации мышьяка и его соединений, а затем мышьяка и его соединений, отличающийся тем, что обжиг ведут в присутствии или при добавке одного вещества, выбранного из группы, содержащей окисел, карбонат, сульфат, гидроокись или хлорид кальция, магния, железа и бария, пирит или железо в количестве, в 1 4 раза превышающем стехиометрически необходимое для образования стабильных нерастворимых арсенатов, при содержании кислорода в газовой фазе не более 65 об. и при отсутствии образования фазы расплава на поверхности частиц руды. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обжиг проводят в присутствии в газовой фазе паров воды в количестве до 10% массы руды. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что обжиг проводят в псевдоожиженном слое частиц руды. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что обжиг проводят при рециркуляции псевдоожиженного слоя частиц руды. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обжиг проводят в рециркулируемом псевдоожиженном слое за один этап с по крайней мере одноразовым введением кислорода в рециркулируемый псевдоожиженный слой. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед цианированием проводят обработку твердого продукта обжига хлором в ванне при атмосферном давлении или кислородом при атмосферном или повышенном давлении. 7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что содержание кислорода в газовой фазе поддерживают достаточным для рециркуляции в псевдоожиженный слой. 8. Способ по п. 1 или 5, отличающийся тем, что обжиг проводят при поддержании содержания кислорода в газообразной атмосфере и температуры, достаточных для переработки пиритсодержащей руды без существенного улетучивания мышьяка и его соединений, содержащихся в исходном материале. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обжиг проводят при температуре 475 600^oС. 10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обжиг проводят при температуре 500 550^oС. 11. Способ по п. 1 или 5, отличающийся тем, что при переработке руды, содержащей органический и неорганический углерод, силикаты и глины, обжиг ведут при температуре 475 575^oС при подводе дополнительного тепла в псевдоожиженный слой путем введения вещества, поддерживающего горение. 12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что в качестве вещества, поддерживающего горение, используют вещество, содержащее углерод, предпочтительно бутан или пропан. 13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что обжиг проводят при времени выдержки частиц руды в циркулирующем псевдоожиженном слое, равном 8 12 мин. 14. Способ по п. 1 или 3, или 4, отличающийся тем, что обжиг проводят при температуре менее 700^oС, предпочтительно 475 600^oС при поддержании мольного соотношения железа и мышьяка 3,5 4:1 соответственно. 15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что обжиг проводят в присутствии глин. 16. Способ по п. 1 или 5, отличающийся тем, что обжиг проводят при введении частиц руды совместно с воздушной газовой фазой, обогащенной кислородом, при содержании кислорода 25 65 об. в присутствии угольной пыли, бутана или пропана при температуре 475 550^oС, предпочтительно 535 - 550^oС при времени выдержки материала в циркулирующем псевдоожиженном слое 8 12 мин, причем в циркулирующий псевдоожиженный слой при обжиге вводят воздух, обогащенный кислородом, предварительно подогретый горячими твердыми и газообразными продуктами обжига. 17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что частицы руды вводят на обжиг в циркулирующем псевдоожиженном слое с предварительным подогревом нагретым воздухом. 18. Способ по п. 16, отличающийся тем, что обжиг проводят при поддержании мольного отношения железа к мышьяку не менее 3,5 моль. 19. Способ обжига золотосодержащих частиц руды или концентрата, включающий обжиг исходного материала при температуре 475 900^oС в газовой фазе, содержащей кислород, с получением твердых продуктов обжига, содержащих золото, и газовой фазы, содержащей пылевидные частицы, мышьяк и его соединения, отличающийся тем, что обжиг проводят с образованием в частицах исходного материала или на них фазы расплава при содержании кислорода в газовой фазе 1 65 об. в присутствии или при добавке одного или более веществ, выбранных из группы, содержащей окисел, карбонат, сульфат, гидроокись, хлорид кальция, магния, железа и бария, пирит и железо крупностью не более 1 мм в количестве, превышающем стехиометрически необходимое для образования стабильных нерастворимых арсенатов, в присутствии в газовой фазе паров воды в количестве до 10 об. 20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что обжиг проводят при крупности вводимых частиц веществ 10 50 мкм. 21. Способ по п. 19, отличающийся тем, что обжиг проводят при содержании паров воды в газовой фазе 0,5 10 об. 22. Способ по п. 19, отличающийся тем, что обжиг проводят при содержании кислорода в газовой фазе 20 50 об. 23. Способ выделения мышьяка и его соединений из горячих газов от обжига руд и концентратов, содержащих твердые пылевидные частицы, включающий отделение твердых пылевидных частиц и затем извлечение мышьяка и его соединений, отличающийся тем, что отделение твердых пылевидных частиц проводят при температуре ниже температуры конденсации мышьяка и его соединений, а извлечение мышьяка и его соединений ведут при введении в газ одного или более веществ, выбранных из группы, содержащей окисел, гидроокись, карбонат и сульфат железа, кальция, магния, бария, пирит или железо крупностью менее 3 мм при 300 800^oС в присутствии паров воды при содержании в газовой фазе не менее 1 об. кислорода с образованием стабильных нерастворимых арсенатов и отходящих газов, содержащих 0,5 10 об. паров воды с последующим отделением арсенатов из газового потока. 24. Способ по п. 23, отличающийся тем, что 80% вводимой добавки имеет крупность 10 200 мкм. 25. Способ по п. 23, отличающийся тем, что из газов отделяют твердые пылевидные частицы в количестве, превышающем необходимое для образования арсенатов. 26. Способ по п. 23, отличающийся тем, что извлечение мышьяка и его соединений проводят из газа в циркулирующем псевдоожиженном слое.