DE2810933A1 - Verfahren zur extraktion von metallen und erzen aus konzentraten - Google Patents

Verfahren zur extraktion von metallen und erzen aus konzentraten

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DE2810933A1
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John Francis Higginson
Horst Eberhard Hirsch
Ernest George Parker
Godefridus Maria Swinkels
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Viridian Inc Canada
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Sherritt Gordon Mines Ltd
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    • C01G9/06—Sulfates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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Description

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Sherritt Gordon Mines Limited
Toronto, Ontario
Kanada
Verfahren zur Extraktion von Metallen und Erzen aus Konzentraten
Die Erfindung betrifft die Auslaugung von Metallsulfiden und besonders ein Verfahren zur Abtrennung der Bestandteile aus der Reaktionsaufschlämmung, die man beim Auslaugen von Metallsulfiden erhält, und insbesondere ein Verfahren zur getrennten Gewinnung von elementarem Schwefel und restlichen Sulfiden und Metallsalzlösung aus Reaktionsaufschlämmungen, die man beim Auslaugen von Metallsulfiden erhält.
Es ist bekannt, Metalle aus Metallsulfiden, die in Konzentraten und Erzen enthalten sind, zu extrahieren durch Umsetzung der Sulfide mit Auslaugungsmitteln, wie Eisen(III)-chlorid, Eisen(III)-sulfat, Schwefelsäure, Chlorwasserstoffsäure oder Salpetersäure, häufig in Kombination mit oxidierenden Substanzen, wie Luft, Sauerstoff, Wasserstoffperoxid oder Chlor, wodurch die Metalle bei gleichzeitiger Oxidation des Sulfidschwefels zu elementarem Schwefel gelöst werden. Je nach dem Auslaugungsmittel und den Bedingungen, unter denen die Extraktion durchgeführt wird, werden bestimmte Metalle aus den Sulfiden herausgelaugt, wobei andere Metalle lediglich teilweise herausgelöst werden oder nicht-angegriffen verbleiben. Es ist auch bekannt, daß bestimmte Metalle, die aus Sulfiden extrahiert werden, unlösliche Verbindungen bilden können. Konzentrate oder Erze enthalten immer Gangartmaterialien, die teilweise bei der Extraktion gelöst werden können oder nicht-angegriffen verbleiben können. Die Extraktion von Metallen aus
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Sulfiden durch Auslaugen mit einem geeigneten Auslaugemittel bzw. Lösungsmittel führt daher im allgemeinen zur Bildung einer Auslaugungs-Aufschlämmung oder Reaktionsaufschlämmung, die gelöstes Metall, elementaren Schwefel, nicht-ausgelaugte Sulfide, Gangartmaterialien und ausgefällte Verbindungen, enthält.
Die Trennung dieser Bestandteile der Reaktionsaufschlämmung ist schwierig durchzuführen<, In vielen Fällen sind nicht-ausgelaugte Sulfide in elementaren Schwefel eingeschlossen» Der elementare Schwefel kann in sehr fein verteilter Form vorliegen, und andere Verbindungen, die während der Extraktion ausgefällt werden, liegen gewöhnlich auch in sehr fein verteilter Form vor. Wird darüber hinaus die Extraktion über dem Schmelzpunkt des Schwefels durchgeführt, so kann die Entleerung und das Ablassen des Druckes von der Reaktionsaufschlämmung zu Problemen führen, was zur Bildung von festem Schwefel in amorpher Form führen kann, die häufig klebrig und schwierig zu handhaben ist.
Bei der üblichen Behandlung der Auslauge-Reaktionsaufschlämmungen wird die Reaktionsaufschlämmung normalerweise in Feststoffe und flüssige Fraktionen gewöhnlich durch Andicken, Absetzen oder Filtrieren getrennt. Die feste Fraktion kann getrennt durch Flotation behandelt werden, um nicht-umgesetzte Sulfide und elementaren Schwefel von den übrigen festen Materialien abzutrennen. Das Flotationskonzentrat, das nichtumgesetzte Sulfide und elementaren Schwefel enthält, kann weiter durch eine Methode oder eine Kombination mehrerer Methoden zur Abtrennung von nicht-umgesetzten Sulfiden von elementarem Schwefel behandelt werden, wie beispielsweise durch Pelletisieren, Heißfiltration, Lösungsmittelextraktion oder Verflüchtigung des Schwefels. Alternativ kann die Feststoff-Fraktion einer Pellet!sierbehandlung unterzogen werden, wobei Schwefel-Pellets gebildet werden. Die Schwefel-Pellets, die eingeschlossene Sulfide enthalten können, werden abgetrennt, geschmolzen, und die Schmelze wird filtriert zur Entfernung von Sulfiden und Gewinnung des elementaren Schwefels·
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Lösungen, die aus der Flüssigkeits-Feststoff-Trennung erhalten werden, werden gewöhnlich geklärt und anschließend einer weiteren Behandlung unterzogen, die zur Gewinnung der gewünschten Materialien führt. Die übliche Behandlung der Reaktionsauf schlammung umfaßt so verschiedene Schritte, die zu Verlusten und Unzulänglichkeiten führen.
Es wurde nun gefunden, daß die Behandlung der Reaktionsaufschlämmung, die man bei der Extraktion von Metallen aus Metallsulfiderzen und -konzentraten erhält, wesentlich vereinfacht werden kann, wodurch einige der üblicherweise angewendeten Verfahrensstufen ausgeschaltet werden und wodurch Verluste und unzureichende Wirkungen verringert werden. So wird durch die Erfindung ein Verfahren bereitgestellt zur wirksamen getrennten Gewinnung von elementarem Schwefel und gelöstem Metall aus nicht-umgesetzten Sulfiden, Gangartmaterialien und ausgefällten Verbindungen.
Dementsprechend wird ein Verfahren bereitgestellt zur Extraktion von Metallen aus Erzen und Konzentraten, die Metallsulfide enthalten, und zur getrennten Gewinnung von elementarem Schwefel, das darin besteht, die Erze und Konzentrate mit Auslaugemitteln auszulaugen, die dazu geeignet sind, Metalle bei gleichzeitiger Oxidation des Sulfidschwefels zu elementarem Schwefel herauszulösen, wobei diese Auslaugung zur Bildung einer Reaktionsaufschlammung führt, die gelöste Metalle, elementaren Schwefel und nicht-umgesetzte Sulfide und mindestens ein Material aus der Gruppe von Gangartmaterialien und ausgefällten Verbindungen enthält; bei diesem Verfahren wird eine Verbesserung erzielt, die darin besteht, daß man einen Strom dieser Reaktionsaufschlammung bei einer Temperatur, bei der der Schwefel im flüssigen Zustand vorliegt, und bei einem derartigen Druck, daß ein Flashen von Dampf bzw. eine Entspannung unter Bildung von Dampf vermieden wird, zu einer Abtrennstufe führt, die aus einer im wesentlichen ruhigen bzw. ruhenden Zone besteht, daß man elementaren Schwefel in der im wesentlichen ruhenden Zone zum Schmelzfluß bringt,
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geschmolzenen Schwefel zusammen mit nicht-umgesetzten Sulfiden aus der ruhenden Zone absitzen läßt, in der im wesentlichen ruhenden Zone eine derartige Geschwindigkeit des Stromes beibehält, daß man eine Trennung der Aufschlämmung in eine erste und eine zweite Fraktion bewirkt, wobei die Geschwindigkeit eine aufwärts gerichtete Geschwindigkeitskomponente umfaßt, wobei diese erste Fraktion gelöste Materialien und mindestens ein Material aus der Gruppe von Gangartmaterialien und ausgefällten Verbindungen enthält, wobei dieses mindestens eine Material eine endgültige Absetzgeschwindigkeit hat, die geringer ist als die genannte aufwärts gerichtete Geschwindigkeitskomponente und wobei diese zweite Fraktion geschmolzenen flüssigen elementaren Schwefel und nicht-umgesetzte Sulfide enthält und die genannten ersten und zweiten Fraktionen aus der Abtrennungsstufe getrennt abgeführt werden.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren genauer beschrieben. Die Ausgangsmaterialien v/erden einer Auslaugestufe unterzogen, bei der die Materialien mit einem Auslaugemittel umgesetzt werden, das dazu geeignet ist, Metalle aus enthaltenen Metallsulfiden unter gleichzeitiger Oxidation des Sulfidschwefels zu elementarem Schwefel zu lösen.
Metallsulfid enthaltende Ausgangsmaterialien können Materialien mit hohem und niedrigem Gehalt sein, wie Erze und Konzentrate, die einfache oder komplexe Metallsulfide enthalten, die Mineralien enthalten können, wie beispielsweise Sphalerit, Wurtzit, Galenit, Marmatit, Pyrit, Pyrrhotit, Chalkopyrit, Covellit, Chalkozit, Cubanit, Digenit, Bornit, Millerit, Pentlandit, Violarit, Heazlewoodit, Polydymit, 5iegnit,und können darüber hinaus Metalle, wie Antimon, Arsen, Wismut, Indium, Cadmium, Zinn, Selen, Tellur, Molybdän, Silber und Gold, enthalten.
Die Ausgangsmaterialien liegen vorzugsweise in feinverteilter Teilchenform vor. Teilchengrößen der Ausgangsmaterialien können beispielsweise im Größenbereich liegen, der für die PIo-
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tation von Erzen verwendet wird, derart, daß gewöhnlich mindestens 80 % der Teilchen kleiner als 74 um sind. Um jedoch eine im wesentlichen völligeExtraktion der gewünschten Metalle in die Lauge zu erzielen, ist die Teilchengröße vorzugsweise geringer, so daß mindestens 90 % der Teilchen kleiner als 44 um sind, wobei in einigen Fällen vorzugsweise mindestens 98 % der Teilchen kleiner als 44 um sind. Gegebenenfalls können die Ausgangsmaterialien in üblicher Weise in ihrer Größe verringert werden.
Vor der Auslaugung können die Ausgangsmaterialien gegebenenfalls einer Aktivierungsstufe unterzogen werden, um die Materialien der Auslaugung zugänglich zu machen. Die Aktivierung kann dadurch erzielt werden, daß man die Ausgangsmaterialien einer Wärmebehandlung unter oxidierenden, reduzierenden oder neutralen Bedingungen oder Kombinationen davon unterzieht. Alternativ kann die Aktivierung erzielt werden, wenn man die Materialien einer Naß-Aktivierung unterzieht, wobei mindestens einige der komplexen Metallsulfid-Mineralien in einfache Metallsulfide umgewandelt werden. Eine Kombination von thermischer und nasser Aktivierung kann ebenfalls angewendet werden.
Das Auslaugemittel kann eines der vielen üblicherweise zur Extraktion von Metallen aus Sulfiden unter gleichzeitiger Oxidation des Sulfidschwefels zu elementarem Schwefel verwendeten sein, wie Eisen(IIl)-chlorid; Eisen(III)-chlorid und ein oder mehrere Metallchloride; Ei sen (HI)- sulfat; verdünnte Salpetersäurej' Schwefelsäure und Sauerstoff, Luft oder Wasserstoffperoxid; saures Kupfer(II)-chlorid; Ei sen (H)-chlorid und Chlor; Chlorwasserstoff und Chlor; und Chlor und Wasser.
Die Ausgangsmaterialien werden gegebenenfalls nach Verringerung der Größe und/oder Aktivierung gewöhnlich mit dem Auslaugemittel aufgeschlammt, und die Aufschlämmung wird während einer ausreichenden Zeit gerührt, um eine Auflösung der Me-
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talle als Metallsalze zu bewirken. Die Auslaugestufe wird gewöhnlich bei Temperaturen im Bereich von Raumtemperatur bis etwa 175°C durchgeführt. Über etwa 175°C wird elementarer Schwefel zu Sulfatschwefel oxidiert, was gewöhnlich nicht erwünscht ist. Die Auslaugestufe kann bei Atmosphärendruck oder Drücken über Atmosphärendruck durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Auslaugestufe bei (a) Temperaturen im Bereich von Raumtemperatur bis zum Siedepunkt der Aufschlämmung bei Atmosphärendruck, (b) bei Temperaturen im Bereich von 70 bis 110 C unter Drücken im Bereich von Atmosphärendruck bis 3000 kPa oder (c) bei Temperaturen im Bereich von 110 bis 175°C unter Drücken im Bereich von Atmosphärendruck bis 3000 kPa durchgeführt werden. Die Drücke können Partialdrücke von.Sauerstoff enthaltendem Gas, wie Luft oder Sauerstoff, im Bereich von leicht.über dem Atmosphärendruck bis 1500 kPa einschließen. Die Temperaturen unter (a) und (b) liegen unter dem Schmelztemperaturbereich des Schwefels und die unter (c) liegen etwa bei und über dem Schmelztemperaturbereich des Schwefels.
Im allgemeinen werden die Auslaugemittel oder Kombinationen von Auslaugemitteln und die Auslaugungsbedingungen gewählt im Hinblick auf die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials, die gewünschten Metallwerte, die Benetzung von teilchenförmigen) Material durch flüssigen Schwefel oder Einschluß von teilchenförmigen! Material in Schwefel und die Bildung von Ausfällungen.
Der Auslaugungsarbeitsgang kann in einer oder mehreren Stufen jeweils unter verschiedenen oder gleichen Bedingungen durchgeführt werden und kann in einem oder mehreren Gefäßen erfolgen, die eine oder mehrere Abteilungen bzw. Kammern enthalten können. Die Auslaugestufe kann unter Anwendung von Gleichströmungs-, Gegenstrom- oder Quer- bzw. Kreuzstrom-Prinzipien erfolgen.
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Bei Beendigung der Auslaugestufe erhält man eine Reaktionsauf schlämmung , die als Metallsalze gelöste Metalle, elementaren Schwefel, nicht-umgesetzte Sulfide und Gangartmaterialien sowie in vielen Fällen eine oder mehrere ausgefällte Verbindungen enthält. Die Reaktionsaufschlämmung wird einer Absetz-Abscheide- oder Dekantier-Stufe unterzogen, die im folgenden als Abtrennstufe bezeichnet wird.
In der Abtrennstufe bildet man in einer im wesentlichen ruhenden Zone, d.h. einer Zone, in der eine unerwünschte Turbulenz vermieden wird, einen Fluß bzw. einen Strom der Reaktionsauf schlämmung bei einer Temperatur, bei der der Schwefel im flüssigen Zustand vorliegt.
Die Bestandteile der Reaktionsaufschlämmung bei der Temperatur, bei der Schwefel in flüssiger Form vorliegt, haben verschiedene physikalische Charakteristika. Elementarer Schwefel weist verschiedene allotrope Formen auf, und flüssiger Schwefel besitzt Benetzungs-Charakteristika für bestimmte Feststoffe und weist ein spezifisches Gewicht oder eine Dichte und Viskosität auf, die mit der Temperatur variieren. Die Viskosität von flüssigem Schwefel erreicht ein Minimum bei einer Temperatur im Bereich von 157 bis 16O0C und steigt über dieser Temperatur rasch an. Es sei erwähnt, daß eine Unterkühlung von flüssigem Schwefel bei Temperaturen deutlich unter dem Schmelztemperaturbereich von 110 bis 119 C bei Atraosphärendurck auftreten kann. Die gelösten Metallsalze liegen in einer wäßrigen Lösung vor. Nicht-umgesetzte Sulfide liegen in feinverteilter fester Form, jedoch nicht größer und voraussichtlich nicht geringer als die Teilchengroßen vor, mit denen die Sulfide der Auslaugestufe unterzogen worden waren. Ein Hauptanteil der nicht-umgesetzten Sulfide kann in flüssigen Schwefel eingeschlossen sein, wegen einer mindestens teilweisen Benetzung von Sulfidteilchen durch flüssigen Schwefel, wohingegen der verbleibende Teil nicht benetzt sein-kann. Ausgefällte Verbindungen können, falls sie gebildet wurden, als äußerst feine Feststoffe oder Schlämme vorliegen, mit Teil-
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chengrößen, die im wesentlichen geringer sind als die der nicht-umgesetzten Sulfide, und mit spezifischen Gewichten, die gleich bzw. ähnlich oder wesentlich unterschiedlich von denen der nicht-umgesetzten Sulfide sein können. Die meisten ausgefällten Verbindungen werden normalerweise durch flüssigen Schwefel nicht benetzt. Gangartmaterialien liegen als feinverteilte Feststoffe vor, die in ihrer Größe gleich bzw. ähnlich den nicht-umgesetzten Sulfiden sind und normalerweise durch flüssigen Schwefel nicht benetzt werden.
Es wurde gefunden, daß, falls die Reaktionsaufschlämmung in eine Abtrennstufe eingespeist wird und eine Strömung der Reaktionsauf schlämmung in einer im wesentlichen ruhenden Zone der Abtrennstufe gebildet wird, flüssiger Schwefel sich schmelzend verbindet bzw. zusammenwächst und anschließend rasch aus der ruhenden Zone mit dem größten Anteil der nichtumgesetzten Sulfide als eine Phase absetzt, die von der wäßrigen Phase, die gelöste Metalle enthält, abgetrennt ist. Es wurde auch gefunden, daß bei Erhaltung einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit mit einer aufwärtsgerichteten Komponente in dem Strom der Aufschlämmung durch die Abtrennstufe Gangartmaterialien und ausgefällte Verbindungen von dem flüssigen Schwefel und nicht-umgesetzten Sulfiden abgetrennt und mit der wäßrigen Phase entfernt werden können. So kann im allgemeinen eine erste Fraktion in der Abtrennstufe erhalten werden, die gelöste Metallsalze in wäßriger Lösung und feste Materialien, die nicht durch flüssigen Schwefel benetzt sind und fein genug sind, um in die Lösung übertragen werden zu können, enthält, und es kann eine zweite Fraktion erhalten werden, die flüssigen Schwefel, feste durch flüssigen Schwefel benetzte Materialien und solche Materialien enthält, die zu grob und/oder zu schwer sind, um mit der ersten Fraktion mitgeschleppt zu werden. Insbesondere wurde gefunden, daß durch Strömen der Reaktionsaufschlämmung bei einer Strömung stemperatur, bei der Schwefel im flüssigen Zustand vorliegt, durch die Abtrennstufe mit einer bestimmten Geschwindigkeit, deren Wert für die aufwärtsgerichtete Geschwindig-
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keitskomponente über der endgültigen Absetageschwindigkeit von Gangartmaterailien und ausgefällten Verb indungen liegt, gelöste Materialien in wäßriger Lösung und jegliche ausgefällten Verbindungen und Gangartmaterialien die erste Fraktion bilden v/erden, und daß diese erste Fraktion von flüssigem Schwefel und dem größten Anteil der nicht-umgesetzten Sulfide, die die zweite Fraktion durch Zusammenschmelzen von flüssigem Schwefel und Absetzen des zusammengeschmolzenen flüssigen Schwefels zusammen mit nicht-umgesetzten Sulfiden aus der im wesentlichen ruhenden Zone abgetrennt werden kann.
Wesentlich ist, daß sich die Reaktionsaufschlämmung bei einer Temperatur befindet, bei der der Schwefel im flüssigen oder geschmolzenen Zustand vorliegt. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich äußerst vorteilhaft auf Auslaugeverfahren anwenden, bei denen die Temperatur über dem Schmelzpunkt von Schwefel liegt. Falls die Auslaugestufe bei einer Temperatur unter dem Temperaturbereich durchgeführt wird, bei dem Schwefel im flüssigen Zustand vorliegt, so wird die Reaktionsauf schlämmung schließlich auf eine Temperatur erwärmt, bei der der Schwefel im flüssigen Zustand vorliegt; falls die Auslaugestufe bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt des Schwefels durchgeführt wird, wird die Reaktionsaufschlämmung bei einer Temperatur gehalten, bei der Schwefel im flüssigen Zustand vorliegt. Die Erwärmung der Reaktionsaufschlämmung kann während oder nach der Auslaugestufe erfolgen. So kann die Erwärmung in einem Gefäß oder Behälter erfolgen, das einen Teil der Auslaugestufe bildet, wie beispielsweise in der letzten Stufe oder dem letzten Gefäß eines mehrstufigen Auslauge-Arbeitsgangs oder in dem letzten Abteil bzw. der letzten Kammer eines mehrfach unterteilten Auslaugegefäßes, oder kann die Erwärmung in einem eigenen Gefäß erfolgen; es werden übliche Erwärmungseinrichtungen verwendet. Die Temperatur der Reaktionsaufschlämmung, die der Abtrennung unterzogen wird, muß in einem Bereich liegen, bei dem der Schwefel im flüssigen Zustand vorliegt, und liegt vorzugsweise im Be-
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reich von 110 bis 16O°C, und besonders bevorzugt im Bereich von 120 bis 15O°C. Der Temperaturbereich von 110 bis 119°C wird gewöhnlich als Schmelztemperaturbereich der verschiedenen allotropen Formen des elementaren Schwefels betrachtet, d.h. solche Temperaturen, bei denen fester und flüssiger Schwefel nebeneinander existieren. Wegen der Unterkühlungs-Charakteristika von flüssigem Schwefel kann es möglich sein, flüssigen Schwefel bei Temperaturen weit unter dem Bereich von 110 bis 119 C vorliegen zu haben. Der Temperaturbereich von 15 7 bis 1600C umfaßt den Punkt, von dem an die Viskosität des flüssigen Schwefels mit steigender Temperatur fast asymptotisch von einem minimalen Wert ansteigt, den man bei einer Temperatur von etwa 158,5°C annimmt.
Der Druck in der Abtrennstufe sollte derart liegen, daß ein Flashen von Dämpfen bzw. eine Entspannung zu Dämpfen vermieden wird. Die Abtrennungsstufe kann durchgeführt werden bei etwa den Drücken, bei denen die Auslaugestufe durchgeführt wird, wobei jegliche Schritte möglich sind, die zur Erzielung der erforderlichen Geschwindigkeit des Stroms der Reaktionsauf schlämmung in der Abtrennstufe erforderlich sind. Der Druck kann im Bereich von etwa dem Dampfdruck der Reaktionsauf schlämmung bei der Temperatur, bei der Schwefel im flüssigen Zustand vorliegt, bis etwa 3000 kPa liegen.
Die aufwärtsgerichtete Komponente der Strömungsgeschwindigkeit des Flusses der Reaktionsaufschlämmung durch die ruhende Zone der Abtrennstufe stellt eine wichtige Variable dar. Die aufwärtsgerichtete Geschwindigkeitskomponente hängt von den physikalischen Charakteristika der Reaktionsaufschlämmung ab. Enthält die Aufschlämmung leichtere oder feiner verteilte Materialien, so kann die aufwärtsgerichtete Geschwindigkeitskomponente geringer sein als in dem Falle, wo die Aufschlämmung schwerere oder weniger fein verteilte Materialien enthält. Werden die aufwärtsgerichteten Geschwindkgkeitskomponenten zu gering, so werden beispielsweise mindestens einige der relativ schwereren ausgefällten Verbindungen dazu neigen,
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sich abzusetzen, und daher die zweite Fraktion verunreinigen. Sind die aufwärtsgerichteten Geschwindigkeitskomponenten zu hoch, so kann eine unerwünschte Wirbelbildung bzw. Turbulenz auftreten, und es kann ein unerwünscht großer Anteil nichtumgesetzter Sulfide sowie elementaren Schwefels mit der ersten Fraktion abgetrennt werden. So hängt die aufwärtsgerichtete Geschwindigkeitskomponente hauptsächlich von den Absetz-Charakteristika der Feststoffe ab. Zur wesentlichen Trennung der Reaktionsaufschlämmung in die gewünschten Fraktionen sollte der Wert der aufwärtsgerichteten Komponente der Geschwindigkeit, mit der die Reaktionsaufschlämmung durch die ruhende Zone strömt, über der endgültigen Absetzgeschwindigkeit von Gangartmaterialien und ausgefällten Verbindungen liegen. Die Strömungsgeschwindigkeit sollte nicht so groß sein, daß unerwünschte Wirbel bzw. eine unerwünschte Turbulenz entsteht, und daß sie in das Zusammenschmelzen bzw. die Koaleszenz des Schwefels und das Absetzen der zweiten Fraktion eingreift. Andere Faktoren, die die Geschwindkgkeit beeinflussen können, sind die Dichte, die Temperatur und die Viskosität der Aufschlämmung und ihrer Bestandteile und die Konzentrationen an Schwefel und Feststoffen in der Aufschlämmung. Andere Faktoren, die das Zusammenschmelzen von Schwefel und das anschließende Absetzen von Schwefel und nicht-umgesetzten Sulfiden beeinflussen können, sind die Oberflächenspannung des flüssigen Schwefels und die Anwesenheit von oberflächenaktiven Mitteln bzw. Benetzungsmitteln.
Es wurde gefunden, daß bei der Behandlung von beispielsweise feinverteiltes Kupfer- oder Zinksulfid enthaltenden Konzentraten oder Materialien mit Teilchengrößen derart, daß mindestens 90 % weniger als 44 pm betragen, durch Auslaugen in Schwefelsäure enthaltender Lösung bei einer Temperatur im Bereich von etwa 120 bis etwa 158 C und bei einem Partialdruck von Sauerstoff im Bereich von leicht über dem Atmosphärendruck bis 1500 kPa die Strömung der Reaktionsaufschlämmung in der Abtrennstufe einen Wert der aufwärtsgerichteten Komponente der Geschwindigkeit im Bereich von 1 bis 100 cm/Min.,
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- 17 vorzugsweise von 5 bis 50 cm/Min., aufweisen sollte.
Die Abtrennstufe wird in geeigneten Abtrennvorrichtungen durchgeführt, die eine im wesentlichen ruhige bzw. ruhende Zone enthalten. Geeignete Abtrennvorrichtungen können die letzte Stufe oder das letzte Gefäß eines mehrstufigen oder mehrere Gefäße umfassenden Auslaugungsarbeitsgangs oder die letzte Abteilung oder die Kammer eines Auslaugegefäßes oder einer Auslaugestufe mit mehreren Abteilungen sein, oder sie können in einem getrennten Gefäß bestehen. Vorzugsweise führt man die Abtrennstufe in einem getrennten Gefäß geeigneter Ausbildung und Bauweise durch, das beispielsweise von zylindrischer Form mit gewölbten flachen konischen oder abgerundeten Enden oder eine Kombination davon sein kann, mit einem Einlaß für die Reaktionsaufschlämmung, einem Auslaß für die erste Fraktion im höheren oder Spitzen-Anteil und einem Auslaß für die zweite Fraktion im unteren Teil oder Bodenteil des Gefäßes. Der Einlaß kann zwischen dem oberen Teil und dem Boden des Gefäßes in radialer oder tangentialer Weise oder zentral in einem der Enden des Gefäßes liegen und sich in die im wesentlichen ruhige Zone des Gefäßes erstrecken. Es werden geeignete Einrichtungen vorgesehen, um eine geeignete Verteilung des Stromes über den Querschnitt der Ab trennvorrichtung sicherzustellen. Heizungsvorrichtungen können vorgesehen sein, um die Temperatur anzuheben auf oder zu halten bei einem Wert, bei dem der Schwefel im flüssigen Zustand vorliegt.
Die Reaktionsaufschlämmung wird kontinuierlich in die ruhende Zone der Abtrennvorrichtung in derartiger Weise eingespeist, daß der Strom der Aufschlämmung eine Richtung einnimmt, die ein Zusammenschmelzen des Schwefels und ein Absitzen des zusammengeschmolzenen Schwefels und der nicht-uragesetzten Sulfide aus der ruhenden Zone und zur Akkumulation der zweiten Fraktion im unteren Teil der Abtrennvorrichtung ermöglicht. So kann die Richtung der Strömung horizontal, vertikal oder in einem Winkel zwischen der Horizontalen und der Vertikalen liegen, vorausgesetzt, daß die Bedingung eingehalten wird, daß keine unerwünschte Turbulenz und kein
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Eingriff in das Zusammenschmelzen des Schwefels und das Absetzen der zweiten vorstehend beschriebenen Fraktion erfolgt. Die zweite Fraktion wird aus dem unteren bzw. Bodenteil der Abtrennvorrxchtung in kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Weise, Vorzugsweise in kontinuierlicher Weise, entfernt. Die erste Fraktion wird aus dem höher gelegenen Teil oder von dem obersten Teil der Abtrennvorrxchtung als Überstrom bzw. Überlauf in kontinuierlicher odor diskontinuierlicher Weise, vorzugsweise in kontinuierlicher Weise, entfernt.
Einen Rührvorgang, den man zur Verbesserung der Abtrennung durchführen kann, wendet man vorzugsweise in milder Weise auf die sich absetzende oder abgesetzte zweite Fraktion in der Ruhezone und dem unteren Teil der Abtrennvorrxchtung unter Anwendung eines Rührers mit geringer Geschwindigkeit an. Dieses Rühren mit geringer Geschwindigkeit fördert das Zusammenschmelzen des flüssigen Schwefels und entfernt die erste Fraktion und jegliche vom Schwefel nicht benetzten Verbindungen, wie Gangartmaterialien und ausgefällte Verbindungen, von der zweiten Fraktion oder streift sie davon ab und überträgt sie in die erste Fraktion. Die tatsächliche Rotationsgeschwindigkeit hängt von der Größe und der Geometrie der Abtrennvorrxchtung und der Art des Rührers ab. Beispielsweise können die Rotationsgeschwindigkeiten des Rührers im Bereich von 1 bis 150 UpM liegen. Die Peripher-Geschv/indigkeit des Rührers zur Erzielung des gewünschten Effekts liegt im Bereich von 5 bis 150 cm/Sek.
Beim Entfernen aus der Abtrennvorrxchtung wird der Druck der ersten Fraktion abgelassen, wie beispielsweise durch Flash-Behandlung bzw. Entspannungsbehandlung in einer oder mehreren Stufen, wodurch die Fraktion auf eine Temperatur unter dem Siedepunkt der Lösung bei Atmosphärendruck gekühlt wird, bei der jeglicher Schwefel, der in'der ersten Fraktion vorliegt, in fester Form vorhanden ist. Die gekühlte erste Fraktion kann anschließend,nachdem jeglicher amorphe Schwefel in die monokline Form umgewandelt werden konnte, der Filtration
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oder anderen üblichen Arbeitsgängen zur Trennung von Feststoffen und Flüssigkeiten unterzogen werden. Ausgefällte Verbindungen und Gangartmaterialien sind gut filtrierbar,und jegliche geringe Menge an elementarem Schwefel, die mit der ersten Fraktion mitgeschleppt worden sein kann, ist leicht abtrennbar. Alternativ kann die erste Fraktion nach Ablassen des Druckes einer Flotation unterzogen werden zur Entfernung von möglicherweise vorhandenem Schwefel, und die Lösung und enthaltene Feststoffe können filtriert werden. Die gelöste Metallsalze enthaltende Lösung kann anschließend einer Reinigung unterzogen werden, worauf eine Metallgewinnung gemäß einer der zahlreichen üblichen Methoden erfolgen kann,.
Die zweite Fraktion kann nach Entfernen aus der Abtrennstufe direkt einer Heißfiltration unter Bildung eines Filterkuchens aus nicht-umgesetzten Sulfiden und eines Filtrats aus flüssigem Schwefel unterzogen werden. Nicht-umgesetzte Sulfide können gänzlich oder teilweise in die Auslaugestufe zurückgeführt werden oder können zur Gewinnung von wertvollen Materialien in geeigneten Verfahren behandelt werden. Flüssiger Schwefel kann in festen Schwefel geeigneter Formen oder Größen oder in nützliche Schwefelverbindungen umgewandelt werden.
Das folgende Beispiel dient zur Erläuterung der Erfindung.
Beispiel
Ein 48,8 % Zn, 5,8 % Pb, 10,5 % Fe, 32,5 % S, O,2 % CaO, 1,7 % SiOp und geringe Mengen an Silber, Gold, Kupfer, Arsen, Antimon, Wismut, Cadmium und Zinn enthaltendes Konzentrat wurde in einem gerührten Stahlautoklav mit vier mit Blei eingelegten und mit Ziegeln ausgemauerten Kammern ausgelaugt. Das Konzentrat wurde derart vermählen, daß 98 % kleiner als 44 μπι waren, und kontinuierlich in die erste Kammer des Autoklav in einer Geschwindigkeit von 85 kg/std. eingespeist. Eine Rücklaufsäure von der Zink-Herstellung, die 165 g/l HpSO- enthielt, wurde auf 70°C vorerwärmt und kontinuierlich in die erste Kammer mit einer Geschwindigkeit
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von 700 l/std. eingebracht. Sauerstoff wurde in die Gasphase in der vierten Kammer des Autoklav eingeführt, und aus der ersten Kammer wurde eine geringe Menge Neben-Gas entnommen, um Inertgase zu entfernen; Ammoniumlignxnsulfonat wurde zu der Lauge in einer Menge von 0,1 g/l der Gesamt-Autoklav-Beschikkung gefügt. Der Gesamt-Autoklav-Druck wurde bei 1130 kPa gehalten und bestand aus 480 kPa Dampfdruck und 650 kPa Sauerstoffdruck. Die kontinuierliche Verweilzeit der Aufschlämmung in dem Autoklav betrug 90 Hinuten. Die Temperatur in der ersten Kammer betrug 146°C, in der zweiten 154°C, in der dritten 152°C und in der vierten Kammer 146 C. Die Reaktionsaufschlämmung wurde kontinuierlich aus dem Autoklav entnommen und zu einem Abscheidegefäß geführt. Zinksulfid reagierte unter Bildung von Zinksulfat und elementarem Schwefel, Eisensulfid zu Eisen(II)- und anschließend zu Eisen(III)-sulfat und Schwefel, und Bleisulfid zu Schwefel und Bleisulfat, das mit Eisen(III)-sulfat unter Bildung von komplexem, festem Plumbojarosit reagierte. Die Lösung der entnommenen Reaktionsauf schlämmung enthielt 120 g/l Zink, 5 g/l Eisen und 25 g/l Schwefelsäure. Die Zinkextraktion betrug 97 %.
Das Abtrenngefäß bestand aus einem vertikalen Rohr aus rostfreiem Stahl von 0,38 m Durchmesser und 3 m Höhe mit einem konischen Boden. Eine zentrale Welle, die durch einen Motor mit variabler Geschwindigkeit angetrieben wurde, wurde dazu verwendet, einen Rührer im unteren Teil des Gefäßes zu montieren. 0,75 m vom Boden des Gefäßes entfernt wurde ein radialer Einlaß für die Aufschlämmung angebracht; der Auslaß für die erste Fraktion lag in der Nähe des oberen Endes des Gefäßes, und ein Auslaß für die zweite Fraktion war im konischen Boden angebracht. Das Gefäß wurde bei der gleichen Temperatur und beim gleichen Druck wie der Auslaug-Autoklav betrieben. Die erste Fraktion wurde kontinuierlich entnommen, und die zweite Fraktion wurde in stündlichen Intervallen aus dem Gefäß entleert. Die aufwärtsgerichtete Strömungsgeschwindigkeitskomponente der Reaktionsaufschlämmurig durch das Trenngefäß betrug 11 cm/Min. Die zweite Fraktion sammelte sich im
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Bodenteil des Gefäßes an und wurde von einem Schnellrührer vom vertikalen Schaber- bzw. schrägstehenden Flügel-Typ gerührt, der mit 60 UpM rotierte. Die Zusammensetzung der zweiten I
0,1 % Pb.
zweiten Fraktion betrug 95,4 % S , 1,5 % Zn, 0,6 % Fe und
Die abgetrennte zweite Fraktion wurde in einer Filterpresse direkt heiß-filtriert. Die Produkte waren sauberer gelber Schwefel und ein Filterkuchen, der nicht-umgesetzte Sulfide enthielt. Der Schwefel wurde analysiert, und es zeigte sich, daß er 99,9 + % S0, 0,0035 % Zn, 0,01 % Fe und 0,002 % Pb enthielt. Der Filterkuchen enthielt 29,2 % S, 25,0 % Zn, 8,5 % Fe und 1,3 % Pb.
Der Druck auf die erste Fraktion, die aus dem Abtrenngefäß entnommen wurde, wurde in einen Flash-Behälter aus rostfreiem Stahl durch eine Drosselvorrichtung aus rostfreiem Stahl, die in den Flash-Behälter eingebracht war, abgelassen. Die erste Fraktion strömte aus dem Flash-Behälter in einen gerührten Behälter über, um vorhandenen Schwefel in die monokline Form überführen zu können, und wurde anschließend flotiert. Die Flotationsausrüstung bestand aus vier 30 1-Flotationszellen. Die erste Zelle wurde zur Gewinnung eines roheren Konzentrats von Schwefel und nicht-umgesetzten Sulfiden verwendet. Die drei restlichen Zellen wurden als Spülzellen für die roheren Rückstände verwendet, wobei das Spülkonzentrat wieder in die rohere Beschickung zurückgeführt wurde. Die Verweilzeit in der roheren Zelle betrug 2,2 Minuten und in der Spülvorrichtung 6,7 Minuten. Die Beschickungsgeschwindigkeit zur Flotation betrug 12,7 l/Min. Lösung und 0,76 kg/ Min. Feststoffe der Analyse 2,1 % Zn, 23,7 % Fe, 16,7 % Pb, 7,0 % S0 und 17,8 % S1,. 99 % des in dem roheren Konzentrat angegebenen S , das mit einer Geschwindigkeit von 0,6 kg/Min, an Feststoffen gewonnen wurde, ergaben bei der Analyse 0,6 % Zn, 1,7 % Fe, 1,5 % Pb, 85 % S0 und 86,6 % S7. 99 % des in den Spüler-Rückständen angegebenen Bleis und Eisens, die in einer Geschwindigkeit von 0,70 kg/Min. Feststoffe entleert
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wurden, ergaben bei der Analyse 2,3 % Zn, 25,8 % Pe, 18,1 % Pb, 0,07 % S0 und 12,2 % S^.
Die Flotations-Rückstände wurden eingedickt zur Entfernung des festen Rückstands, und man erhielt einen geklärten Zinksulfat enthaltenden überstrom zur weiteren Verarbeitung für die Zinkgewinnung.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung die getrennte Gewinnung von elementarem Schwefel und restlichen Sulfiden und von Metallsalzlösung aus Reaktionsaufschlämmungen, die man beim Auslaugen von Metallsulfiden in Erzen und Konzentraten erhält. Das Verfahren besteht darin, einen Strom der Reaktionsauf schlämmung bei einer Temperatur, bei der Schwefel im flüssigen Zustand vorliegt, und bei einem derartigen Druck, daß ein Flashen von Dampf vermieden wird, in eine Abtrennstufe einzuführen, die aus einer im wesentlichen ruhigen Zone besteht, den elementaren Schwefel in der im wesentlichen ruhenden Zone zusammenschmelzen zu lassen, den zusammengeschmolzenen Schwefel zusammen mit nicht-umgesetzten Sulfiden aus der ruhigen Zone absetzen zu lassen, wobei man in dem Strom in der im wesentlichen ruhenden Zone eine Geschwindigkeit einhält, die die Trennung der Aufschlämmung in eine erste und eine zweite Fraktion bewirkt, wobei die Geschwindigkeit eine aufwärts gerichtete Geschwindigkeitskomponente aufweist, die erste Fraktion gelöste Metalle und mindestens eines der Materialien Gangart oder ausgefällte Verbindungen enthält, wobei dieses mindestens eine Material eine endgültige Absetzgeschwindigkeit aufweist, die unter dem Wert der Geschwindigkeitskomponente in Aufwärtsrichtung liegt, und wobei die zweite Fraktion zusammengeschmolzenen flüssigen elementaren Schwefel und nicht-umgesetzte Sulfide enthaltend wobei man die erste und die zweite Fraktion getrennt aus der Abtrennstufe entnimmt.
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Claims (16)

PATENTANWÄLTE 2 R 1 Dt. ot. r-L DlL : ·■■ l OUIS I Dlpl.-Fhys. w<\. ! NQRNBt KESSLERPLATZ I 18 587 Sherritt Gordon Mines Limited Toronto, Ontario Kanada Patent-(Schutζ-)Ansprüche
1. Verfahren zur Extraktion von Metallen aus Erzen und Konzentraten, die Metallsulfide enthalten, und zur getrennten Gewinnung von elementarem Schwefel, dadurch gekennzeichnet , daß man die Erze und Konzentrate mit Auslaugemitteln auslaugt, die dazu geeignet sind, Metalle unter gleichzeitiger Oxidation von Sulfidschwefel zu elementarem Schwefel auszulaugen, wobei die Auslaugung zur Bildung einer Reaktionsaufschlämmung führt, die gelöste Metalle, elementaren Schwefel und nicht-umgesetzte Sulfide sowie mindestens eines der Materialien aus der Gruppe von Gangartmaterialien und ausgefällten Verbindungen enthält, und daß man einen Strom dieser Reaktionsaufschlämmung bei einer Temperatur, bei der der Schwefel in flüssigem Zustand vorliegt, und bei einem derartigen Druck, daß ein Flashen von Dampf bzw. eine Entspannung zu Dampf vermieden wird, in eine Abscheidestufe führt, die aus einer im wesentlichen ruhenden Zone besteht, wobei man den elementaren Schwefel in der im wesentlichen ruhenden Zone zum Schmelzfluß bringt, den verschmolzenen Schwefel zusammen mit nichtumgesetzten Sulfiden aus der ruhenden Zone absitzen läßt, wobei man eine derartige Geschwindigkeit in dem Strom in der im wesentlichen ruhenden Zone einhält, daß eine Tren-
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ORIGINAL INSPECTED
nung der Aufschlämmung in eine erste und eine zweite Fraktion erfolgt, wobei die Geschwindigkeit eine aufwärts gerichtete Geschwindigkeitskomponente aufweist, die erste Fraktion gelöste Metalle und mindestens ein Material aus der Gruppe von Gangartmaterialien und ausgefällten Verbindungen enthält, wobei dieses mindestens eine Material eine End-Absetzgeschwindigkeit aufweist, die geringer ist als die aufwärts gerichtete Geschwindigkeitskomponente, und wobei die zweite Fraktion geschmolzenen flüssigen elementaren Schwefel und nicht-umgesetzte Sulfide enthält, und man aus dieser Abscheidestufe die erste und zweite Fraktion getrennt abführt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Erze und Konzentrate bei einer Temperatur im Bereich von Raumtemperatur bis etwa 175 C auslaugt.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktionsaufschlämmung in die im wesentlichen ruhende Zone bei einer Temperatur im Bereich von 110 bis einführt.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktionsaufschlämmung in die im wesentlichen ruhende Zone bei einer Temperatur im Bereich von 120 bis 150 C einführt.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktionsaufschlämmung in der im wesentlichen ruhender Zone bei einem Druck von etwa dem Dampfdruck der Reaktionsaufschlämmung bei der Temperatur, bei der sich der Schwefel im flüssigen Zustand befindet, bis etwa 3000 kPa hält.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die aufwärts gerichtete Geschwindigkeitskomponente in der Strömung bei einem Wert hält, der über den endgültigen Absetzgeschwindigkeiten der Gangartmaterialien und ausgefällten Verbindungen liegt.
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7. Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Behandlung von feinverteiltes Kupfer- oder Zinksulfid-enthaltenden Konzentraten oder Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß man die aufwärtsgerichtete Geschwindigkeitskomponente in dem Strom im Bereich von 1 bis 100 cm/Min, hält.
8. Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Behandlung von feinverteiltes Kupfer- oder Zinksulfid-enthaltenden Konzentraten oder Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß man die aufwärtsgerichtete GeschVvindigkeitskomponente in dem Strom im Bereich von 5 bis 50 cm/Min«, hält.
9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die getrennt entnommene zweite Fraktion einer Heißfiltration unterzieht unter Bildung eines Filterkuchens aus nicht-umgesetzten Sulfiden und eines Filtrats aus flüssigem Schwefel.
10. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß schmelzender elementarer Schwefel und abgesetzter geschmolzener Schwefel und nicht-umgesetzte Sulfide mit einer Rotationsgeschwindigkeit im Bereich von 1 bis 150 UpM und einer Peripherie-Geschwindigkeit im Bereich von 5 bis 150 cm/Sek. gerührt werden.
11. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die erste Fraktion kontinuierlich aus der Abtrennstufe entnimmt, die entnommene, erste Fraktion einer Flashbehandlung in einer oder mehreren Stufen unterzieht und eine Lösung gewinnt, die gelöstes Metall enthält.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die der Flashbehandlung unterzogene erste Fraktion einer Flüssigkeits-Feststoff-Trennung vor der Gewinnung der gelöstes Metall enthaltenden Lösung unterzieht.
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13. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die der Flashbehandlung unterzogene erste Fraktion einer Flotation zur Entfernung von Schwefel vor der Gewinnung der gelöstes Metall enthaltenden Lösung unterzieht.
14. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens eine der ersten und zweiten Fraktionen diskontinuierlich bzw. intermittierend aus der Abtrennung sstufe entnimmt.
15. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens eine der ersten und zweiten Fraktionen kontinuierlich aus der Abtrennstufe entnimmt.
16. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Zinksulfid enthaltendes Konzentrat mit derartigen Teilchengrößen, daß mindestens 90 % der Teilchen eine Größe unter 44 um aufweisen, kontinuierlich in einer Schwefelsäure enthaltenden Lösung auslaugt bei einer Temperatur im Bereich von 120 bis 158°C und bei einem Partialdruck von Sauerstoff im Bereich von leicht über dem Atmosphärendruck bis zu 1500 kPa, daß man die Reaktionsauf schlämmung kontinuierlich in die erste und zweite Fraktion trennt, wobei man die Temperatur während der Trennung im Bereich von 120 bis 150 C hält und den Druck während der Trennung im Bereich vom Dampfdruck der Reaktionsauf schlämmung bei der Temperatur, bei der Schwefel im flüssigen Zustand vorliegt, bis 3000 kPa, hält, die aufwärtsgerichtete Geschwindigkeitskomponente im Bereich von 5 bis 50 cm/Min, hält, die zweite Fraktion mit einem Schnellrührer vom Schaber-Typ oder vom Typ mit geneigten Flügeln ("rake"-Typ) rührt, der mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 1 bis 150 UpM und einer Peripherie-Geschwindigkeit im Bereich von 5 bis 15O- cm/Sek. rotiert, die zweite Fraktion kontinuierlich entnimmt, die entnommene zweite Fraktion der Heißfiltration unterzieht, elemen-
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taren Schwefel und nicht-umgesetzte Sulfide getrennt gewinnt und die erste Fraktion kontinuierlich entnimmt und die entnommene erste Fraktion einer Flash-Behandlung unterzieht, die einer Flash-Behandlung unterzogene erste
Fraktion flotiert und eine Zinksulfat-enthaltende Lösung gewinnt.
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