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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Ausbeute bei einem Sorptionslaugungsverfahren zur Edelmetallgewinnung, insbesondere zur Goldgewinnung, bei dem die Effizienz des Prozesses insbesondere durch den im Rohmaterial vorhandenen Gehalt an organischem Kohlenstoff und/oder Sulfidschwefel begrenzt ist, so dass in den bei dem Sorptionslaugungsverfahren anfallenden Sorptionsschlämmen Edelmetallrestanteile in nennenswerten Konzentrationen verbleiben.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens sowie eine Goldgewinnungsanlage.
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Sorptionslaugungsverfahren nach dem Carbon-in-Leach- oder CIL-Prinzip sind zur Goldgewinnung relativ weit verbreitet. Darüber hinaus werden auch sog. CIP-, RIP-, RIL-Verfahren angewandt. Bei einem CIL-Prozess laufen Laugung und Sorption gleichzeitig ab; im Gegensatz zu dem CIP-Prozess, bei dem zuerst Laugung und anschließend Adsorption an der Aktivkohle stattfindet. Die Adsorption kann (seltener) auch an einem lonentauscherharz stattfinden (RIP, RIL Prozesse). Der nachfolgend verwendete Begriff „Sorptionslaugungsverfahren“ soll alle vorstehenden oder allgemein bekannten Verfahrensvarianten umfassen.
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Laugungs- und -sorptionverfahren beruhen auf der Oxidation von im Gestein fein verteiltem Gold durch Luftsauerstoff und seine Auflösung in einer alkalischwässrigen Lösung, welche Cyanidionen enthält.
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Die Erze werden üblicherweise gebrochen, zermahlen und zur Flotationsaufkonzentrierung geleitet. Die Pulpe des Flotationskonzentrates wird eingedickt und zur sog. Biolaugung transportiert. Während der Biolaugung werden Arsen und sulfidischer Schwefel zum großen Teil oxidiert und in Form von Sulfaten und Arsenaten aufgelöst. Die in arsen- und sulfidhaltigen Mineralien eingeschlossenen Goldpartikel werden dadurch befreit. Die Suspension aus der Biolaugung wird eingedickt und einer Gegenstrom-Dekantationswäsche zugeführt mit dem Ziel, die wässrige Phase abzutrennen und den festen Rückstand auszuwaschen. Die flüssige Phase geht anschließend zu einer Neutralisation, wobei Arsen in Form von Eisenarsenaten (Skorodit) und Sulfate in Form von Gips abgeschieden werden. Der feste Rückstand wird ebenfalls neutralisiert und zur Sorptionslaugung geleitet. Während der Sorptionslaugung wird das durch Biolaugung freigegebene Gold aufgelöst und an Aktivkohle adsorbiert. Die Abgänge aus der Sorptionslaugung werden zur weiteren Behandlung geleitet.
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Bei diesem Prozess entstehen also Sorptionsabgänge bzw. Sorptionsschlämme. Dabei handelt es sich um Abfälle aus dem Prozess der Sorptionslaugung bei der primären Goldgewinnung aus Konzentraten. Diese Abfälle, die bei bekannten Anlagen der Deponie zuzuführen sind, können immer noch wesentliche Gehalte an Gold enthalten. Diese Goldanteile sind während des Sorptionsprozesses konventionell nicht mehr gewinnbar. Die Gründe hierfür sind vor allem die Gehalte an organischem Kohlenstoff sowie Sulfidschwefel im Ausgangsmaterial.
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Der Begriff „organischer Kohlenstoff“ soll nachfolgend zur Abgrenzung gegenüber der im Sorptionsverfahren verwendeten Aktivkohle (mit erheblich größerer Partikelgröße) verwendet werden.
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Insbesondere sorgen die organischen Kohlenstoffbestandteile für den so genannten preg-robbing Effekt - spontane und irreduktiver Prozess der Ausbringung (Adsorption) des gelösten Goldes (in Form von Cyanokomplex) an den Erzbestandteilen. Die Sorptionsaktivität des kohlenstoffhaltigen Bestandteiles verursacht die Verluste des Goldes mit der festen Phase der Sorptionsabgänge.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Goldgewinnungsrate bei bekannten Sorptionslaugungsverfahren durch Verwertung der Sorptionsschlämme signifikant zu verbessern und die dabei erforderlichen Prozesse effizient und umweltverträglich zu führen.
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Die Lösung der vorgenannten Aufgabe erfolgt mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, mittels einer Anlage mit den Merkmalen des Patentanspruches 11 sowie mittels einer Goldgewinnungsanlage gemäß Patentanspruch 13.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Erfindungsgemäß werden folgende Schritte vorgeschlagen:
- a) Verarbeiten der Sorptionsschlämme als Vorbereitung für eine oxidierende Röstung (80), indem die Sorptionsschlämme entwässert (18), getrocknet (24) und granuliert (26) werden,
- b) oxidierende Röstung (80) der verarbeiteten Sorptionsschlämme, und
- c) Vorbereitung der gerösteten Sorptionsschlämme und Zuführung an ein weiteres Sorptionslaugungsverfahren.
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In umfangreichen Untersuchungen unter Anwendung verschiedener Verfahren wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass die Methode der oxidierenden Röstung die höchsten Goldgewinnungsraten aus Sorptionsschlämmen gewährleistet.
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In dem Röstungsprozess werden Sulfidschwefel bzw. Eisensulfid, insbesondere Pyrit (typischer Pyritgehalt im Ausgangsmaterial ca. 3,8%), und organischer Kohlenstoff bzw. gemäß folgenden Reaktionsgleichungen weitestgehend in die Gasphase überführt und damit entfernt:
3FeS2 + 8O2 = Fe3O4 + 6SO2
3FeS + 5O2 = Fe3O4 + 3SO2
4Fe3O4 + O2 = 6Fe2O3
C + O2= CO2
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Durch Oxidation der Sulfide während des Röstungsprozesses wird zum einen das mit sulfidischen Mineralien assoziierte (meist fein verteilte) Gold befreit. Zum anderem bildet sich durch die Umwandlungen der Sulfide eine poröse und leicht für Cyanidlösungen zugängliche Struktur, die wiederum für eine Verbesserung der Goldauslaugbarkeit sorgt. Außerdem wird hierdurch ein bekanntermaßen mit der Anwesenheit sulfidischen Mineralien verbundener erhöhter Verbrauch an Reagenzien während der Zyanierung vermindert.
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Auch sulfidische Arsenverbindungen werden während der oxidierenden Röstung oxidiert, mit den gleichen Effekten, wie oben für Sulfidschwefel beschrieben:
12FeAsS + 29O2 = 4Fe3O4 + 6As2O3 + 12SO2
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Durch Oxidierung der organischen Kohlenstoffbestandteile, die für die adsorptive Aktivität des Materials sorgen, wird der pregg-robbing Effekt während der nachfolgenden Laugung bekämpft, so dass mit organischem Kohlenstoff assoziiertes Gold gewonnen werden kann.
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Die Abgase aus dem Röstungsofen werden in einem mehrstufigen Abgasbehandlungssystem entstaubt, abgekühlt und von Schadstoffen weitestgehend befreit.
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Das Röstgut wird abgekühlt, mit dem Wasser angemaischt und zum Sorptionslaugungsprozess geleitet, wo aus dem Röstgut die wesentlichen hohen Goldanteile an Aktivkohle gebunden werden und nach bekannten Verfahren gewonnen werden können.
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Der Röstungsprozess wird bevorzugt in einem ZWS-Ofen (zirkulierender Wirbelschichtofen) durchgeführt, da dort ein bestmöglicher Stoff- und Wärmetransport, hohe Umsatzraten sowie eine präzise Temperatursteuerung ermöglicht werden.
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Somit erfolgt die oxidierende Röstung in Schritt b) bevorzugt in einem zirkulierenden bzw. stationären Wirbelschichtverfahren.
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Ein stationäres Wirbelschichtverfahren bzw. eine Fließbettröstung weisen den Vorteil auf, dass die Verweilzeit des Röstgutes im Prozess genauer kontrolliert werden kann als bei einem zirkulierenden Wirbelschichtprozess.
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Insbesondere kann im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, eine Fließbettröstung einer Röstung in einem ZWS-Ofen zur Gewährleistung einer Mindeströstzeit nachzuschalten.
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Die in Schritt b) vorgeschlagene oxidierende Röstung wird bevorzugt in einem Temperaturbereich zwischen 450 °C und 750 °C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 500 °C bis 700 °C, durchgeführt.
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Ferner wird die Verweilzeit der Sorptionsschlämme in der oxidierenden Röstung bevorzugt so gewählt, dass der Restgehalt an Sulfidschwefel und/oder organischem Kohlenstoff auf unter 0,75%, bevorzugt auf unter 0,5%, besonders bevorzugt auf unter 0,1%, reduziert wird.
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Zur Vorbereitung der oxidierenden Röstung in Schritt a) werden die Sorptionsschlämme entwässert, getrocknet und granuliert. Durch diese Stufen wird das Ausgangsmaterial zu einem Stoff mit gleichmäßiger Körnung geformt, was für einen reproduzierbaren Röstprozess in dem ZWS-Ofen optimal ist.
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Nach der Entwässerung erfolgt bevorzugt eine Wäsche des Filterkuchens mit dem Ziel, Zyanide der wässrigen Phase auszuwaschen, die sonst insbesondere während der Trocknung in die Abluft gelangen und eine komplizierte Abgasbehandlung erfordern würden.
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Die bei der Wäsche anfallende zyanidhaltige flüssige Phase kann - genau wie die zyanidhaltigen Abwässer aus der vorhergehenden Entwässerung - dem Sorptionslaugungsprozess wieder zugeführt werden, wodurch der Zyanidbedarf und die Umweltbelastung durch Zyanide verringert werden.
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Zur Zuführung der gerösteten Sorptionsschlämme zu einem weitergehenden Sorptionsschritt in Schritt c) wird das Röstgut bevorzugt abgekühlt und dann mit Wasser vermengt. Je nach gewünschter Korngrößenverteilung für den nachfolgenden Sorptionsprozess kann es ferner zweckmäßig sein, das Röstgut zusätzlich auch in einer Mühle zu mahlen.
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Die Vorkonditionierung des Materials in der Mühle führt zusätzlich dazu, dass Oberflächen der Partikel durch mechanische Beanspruchung befreit werden und damit für die Laugung zugänglich gemacht werden.
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Die Laugung und Sorption der gerösteten Schlämme erfolgt bevorzugt in einem separaten Sorptionslaugungsprozess.
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Die bei der Röstung anfallenden, schadstoffhaltigen Abgase werden bevorzugt einem mehrstufigen Abgasreinigungsverfahren zugeführt. Hierbei kann beispielsweise eine Staubabscheidung mittels Zyklonen (Grobstaub) und Trocken-Elektrofiltern (Feinstaub) erfolgen, wobei der abgeschiedene goldhaltige Staub der Granulierung bzw. direkt einem Laugungs- und -sorptionsprozess erneut zugeführt werden kann. An den Elektrofilter können sich mehrere Nasswäschestufen sowie ggf. ein Nass-Elektrofilter anschließen.
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Der Staub aus der Entstaubung der Röstgase wird gekühlt und bevorzugt zur Granulierung und z.T. direkt Sorptionslaugung geleitet. Durch die Zugabe des Staubes in die Granulation kann der erforderliche Feuchtegehalt reguliert werden.
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Nach der Entstaubung werden die Abgase auf ca. 80°C so abgekühlt, dass die enthaltene Arsentrioxide auskondensieren und ausgewaschen werden können.
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Die arsenhaltigen Abwässer werden in den Biolaugungsprozess zurückgegeben, wo eine Oxidierung von Arsenverbindungen erfolgt, so dass Arsen während der nachfolgenden Neutralisierungsstufe in Form von Eisenarsenat ausgefällt werden kann. Die restlichen Gehalte an Arsen und Staub werden in Nass-Elektrofiltern abgeschieden.
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Anschließend erfolgt eine Entschwefelung des Rauchgases z.B. in einem Scrubber durch Zugabe von Kalkmilchsuspension.
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Das Röstgut wird abgekühlt, mit dem Wasser angemaischt, zermahlen, und zu dem weiteren Sorptionslaugungsprozess geleitet, wodurch aus dem Röstgut in der Summe wesentlich höhere Goldanteile an die Aktivkohle gebunden werden können als nach bekannten Verfahren.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein schematisches Blockdiagramm der vorbereitenden Verarbeitung der Sorptionsschlämme;
- 2 ein detaillierteres schematisches Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Gesamtverfahrensablaufs; und
- 3 ein schematisches Blockdiagramm der oxidierenden Röstung und der nachfolgenden Verfahrensschritte.
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Das nachfolgend dargestellte Verfahren ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Der Fachmann kann, soweit sinnvoll, Verfahrensschritte weglassen, ergänzende Verfahrensschritte hinzufügen oder Schritte in einer abweichenden Reihenfolge ausführen.
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In 1 ist ein Sorptionslaugungsprozess pauschal mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Hinsichtlich der konkreten Ausgestaltung dieses Prozesses wird auf die Literatur verwiesen. Dem Sorptionsprozess 10 wird bei 12 Ausgangsmaterial zugeführt.
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Endprodukt des Schrittes 10 ist angereichertes Konzentrat, bei dem die Goldcyanide an Aktivkohle gebunden sind. In weiteren Schritten 16 werden diese gebundenen cyanidischen Goldkomplexe separiert und von der Aktivkohle wieder getrennt.
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Weiterhin fallen bei dem Prozess 10 Sorptionsschlämme an, die normalerweise ein Abfallprodukt darstellen, jedoch vielfach noch einen nennenswerten Goldgehalt aufweisen, insbesondere dann, wenn der Sorptionsprozess durch einen höheren Gehalt des Ausgangsmaterials an organischem Kohlenstoff und/oder Sulfidschwefel in seiner Effizienz beeinträchtigt wird. Der im Sorptionsschlamm konventionell verbleibende Goldgehalt kann vielfach mehr als 5% der insgesamt verfügbaren Goldmenge ausmachen.
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Daher wird gemäß 1 der Sorptionsschlamm (oder wenigstens ein Teil hiervon) für eine Röstung in einem zirkulierenden Wirbelschichtofen vorbereitet. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn der Schlamm in einen Zustand gebracht wird, der hinsichtlich Zusammensetzung, Feuchtigkeit, Gestalt und Oberfläche und Korngröße möglichst gleichförmig ist.
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Dazu wird der Sorptionsschlamm in einem Schritt 18 zunächst entwässert und dann zu Filterkuchen gepresst (Schritt 20), die gewaschen, in einem Filterkuchenlager zwischengelagert (Schritt 22) und mittels Trommeltrocknern in Schritt 24 getrocknet werden.
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Selbstverständlich ist es auch denkbar, auf eine Zwischenlagerung zu verzichten oder die Zwischenlagerung nach der Trocknung vorzunehmen.
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Ein Zwischenlager dient als Puffer für die Zeiten der Reparatur an den nachgeschalteten Anlagen bzw. zu einer Vergleichmäßigung des Eingabematerials.
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In einem nachfolgenden Schritt 26 wird aus den Trockenkuchen ein Granulat mit möglichst gleichförmiger und für die Prozessführung im Wirbelschichtofen optimaler Korngröße hergestellt. Die mechanische und thermische Stabilität des Granulats kann dabei durch kontrollierten Zusatz eines Bindemittels, vorzugsweise Bentonit gewährleistet werden.
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Dieses Granulat wird dann bei Schritt 28 einer oxidierenden Röstung zugeführt, die nachfolgend schematisch anhand von 3 erläutert wird.
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In 2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Gesamtverfahrensablaufs eines Sorptionslaugungsverfahrens mit Biolaugungsschritt dargestellt. Die bei 100 zugeführten Erzrohmaterialien werden bei 102 gebrochen bzw. zermahlen. Bei 104 erfolgt eine Flotation mit einem Eindickungsschritt, entsprechende Abgänge werden bei 106 getrennt verarbeitet.
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Das Konzentrat 108 wird dann bei 110 einer sog. Biolaugung zugeführt. Bei 114 erfolgt eine Eindickung mit Gegenstromwäsche. Die ausgewaschene flüssige Phase 116 ist relativ stark arsenhaltig. Im Rahmen einer Neutralisierung bei 118 wird dieses Arsen in Form von Eisenarsenat ausgefällt.
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Das bei der der Biolaugung 120 gewonnene Produkt wird bei 122 einer Neutralisierung und einer Sorptionslaugung unter Einsatz von Zyanid unterzogen, wobei Aktivkohle zur Goldgewinnung eingesetzt wird (Schritt 124).
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Dabei fallen Sorptionsabgänge 126 an, die noch signifikante Goldgehalte aufweisen können.
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Daher werden die Sorptionsabgänge 126 für eine Röstung vorbereitet, indem diese zunächst entwässert werden (Schritt 128), wobei die dabei entstehende flüssige, zyanidhaltige Phase gemäß Schritt 130 an den Sorptionslaugungsprozess rückgeführt werden kann.
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Die bei der Entwässerung 128 erhaltenen Filterkuchen 142 werden anschließend ausgewaschen (Schritt 132), was sich als sehr wirksame Maßnahme zur Reduktion des Zyanidgehalts erwiesen hat, so dass spätere aufwendigere Abluftreinigungsschritte entfallen können bzw. weniger aufwendig sind. Die bei der Wäsche der Filterkuchen erhaltenen zyanidhaltigen Abwässer können ebenfalls dem Sorptionslaugungsprozess wieder zugeführt werden (Schritt 134). Die ausgewaschenen Filterkuchen 142 werden bei Bedarf zwischengelagert (Schritt 144).
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Anschließend erfolgt bei 136 eine Trocknung der Filterkuchen. Das Abgas 138 der Trocknung wird bei 140 entstaubt, wobei dieser Staub der nachfolgenden Granulierung 146 zugeführt werden kann. Anschließend erfolgt in Schritt 146 eine Granulierung auf eine für die nachfolgende Röstung (Schritt 150) optimale Korngröße. Die Röstung 150 erfolgt bevorzugt mittels eines zirkulierenden Wirbelschichtverfahrens, wobei die anfallenden Abgase 152 in Schritt 154 entstaubt werden und der Staub 156 der Granulierung 146 wieder zugeführt wird. Nach der Entstaubung 154 anfallende Abgase 162 werden bei 164 entarseniert, wobei die arsenhaltigen Abwässer 112 wieder der Biolaugung 110 zugeführt werden können.
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Das entarsenierte Abgas wird dann noch bei Schritt 170 entschwefelt und kann bei 180 gereinigt in die Umwelt entlassen werden, wobei durch die Entschwefelung weiterhin zu deponierender Gips anfällt (Schritt 178).
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Das bei der Röstung 150 entstehende Röstgut 158 wird bei Schritt 160 zunächst gekühlt, bei 166 zermahlen und dann bei 172 einem erneuten Neutralisierungs-/Sorptionslaugungsprozess unterzogen, bei dem es sich vorzugsweise um einen zu Schritt 122 separaten Prozess handelt.
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Auch hier kann die Goldgewinnung letztlich mittels Aktivkohle (Schritt 174) oder mittels einer der anderen vorbeschriebenen Varianten von Laugungs- und Sorptionsverfahren erfolgen.
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Die im zweiten Sorptionslaugungsprozess erhaltenen Abgänge 176 werden schließlich deponiert.
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In 3 ist ein zirkulierender Wirbelschichtofen mit 50 bezeichnet. Eine stoffliche Umwälzung in einem Kreislauf in diesem Wirbelschichtofen 50 wird mittels eines angebundenen Zyklons 52 und eines stromabwärts davon angeordneten Tauchtopfes 56 realisiert. Hierzu wird dem Ofen 50 bzw. dem Tauchtopf 56 an den Stellen 58 und 66 (Tauchtopfunterseite) vorgewärmte Druckluft zugeführt. Die Materialeinbringung des Sorptionsschlammgranulats erfolgt bei 64 zwischen dem Tauchtopf 56 und der Einbindung der entsprechenden Leitung in den Wirbelschichtofen 50. Die entstehenden Abgase werden bei 54 abgeführt und einer mehrstufigen Reinigung (nicht im Detail dargestellt) unterzogen, bei der u.a. abgeschiedene Stäube wieder dem Granulierungsprozess bzw. direkt dem Laugungs- und -Sorptionsprozess zugeführt werden können (ebenfalls nicht im Detail dargestellt).
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Die Materialaustragung aus dem Wirbelschichtkreislauf erfolgt an dem Tauchtopf 56 mit Weiterleitung an einen Fließbettröster 68. Ein geringer Teil des Röstguts setzt sich auch am Boden des Wirbelschichtofens 50 ab und wird dort regelmäßig an einem Auslass 62 entnommen und manuell dem weiteren Prozess batchweise zugeführt, und zwar vorzugsweise an einer Stelle vorder weiter unten erwähnten Mühle 74.
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Der eigentliche Röstvorgang erfolgt kontinuierlich mit einer Temperatur zwischen 450°C und 750 °C, vorzugsweise 500 °C und 700 °C, die durch Energieeinbringung (falls notwendig) eines Erdgasbrenners 60 aufrechterhalten wird (ein zusätzlich vorhandener Anfahrbrenner ist in 3 nicht dargestellt).
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Die Zugabe- und Entnahmemengen werden so eingestellt, dass das Röstgut im Mittel eine vorgegebene Mindestverweilzeit in dem Ofen verbracht hat.
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Um die Mindestverweilzeit tatsächlich (und nicht nur statistisch im Mittel) zu gewährleisten, wird das Röstgut kontinuierlich und kontrolliert an den Fließbettröster 68 weitergeleitet, und dort nochmals eine vorgegebene Zeitspanne mit heißer Druckluft in dem genannten Temperaturbereich geröstet.
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Insgesamt findet also im Bereich der mit 80 gekennzeichneten Elemente eine oxidierende Röstung des Sorptionsschlammes statt.
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Das Röstgut wird weiterhin im weiteren Verlauf des Verfahrens noch einem Tauchtopf 70 und einem Röstgutkühler 72 zugeführt. Ferner wird die Partikelgrößenverteilung des Röstguts durch eine Mühle 70 mit ein oder mehreren nachgeschalteten Zyklonabscheidern (Letztere sind nicht dargestellt) so eingestellt, dass diese für den nachfolgenden Sorptionsprozess optimiert ist.
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Das gemahlene Röstgut wird dann als Suspension 76 bei 78 dem erneuten Sorptionsprozess zugeführt, wobei das erforderliche Anmaischen zu der Suspension 76 vor der Zermahlung und vor der Hydrozyklonierung erfolgt.
