DE4329417C1

DE4329417C1 - Verfahren zum Rösten refraktärer Golderze

Info

Publication number: DE4329417C1
Application number: DE4329417A
Authority: DE
Inventors: Hans-Hermann Kofalck; Gurudas Dr Samant; Peter Sturm
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1993-09-01
Filing date: 1993-09-01
Publication date: 1994-08-18
Anticipated expiration: 2013-09-02
Also published as: EP0641864B1; ES2113050T3; AU7158394A; ZA946709B; AU672715B2; EP0641864A1; DE59405354D1; PE11195A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rösten refraktärer Golderze in oxidierender Atmosphäre in einer Wirbelschicht unter Zusatz von Brennstoffen.

Refraktäre Golderze sind solche Erze, die sich nicht direkt mit NaCN laugen lassen und als Goldträger Arsenopyrite oder Pyrite mit mehr oder weniger organischem Kohlenstoff enthalten. Sie haben einen relativ niedrigen Goldgehalt. Für solche Erze ist vor der Cyanidlaugung eine möglichst vollständige Oxidation des Schwefel- und Kohlenstoffgehaltes erforderlich. Diese Oxidation erfolgt durch Röstung mit sauerstoffhaltigen Gasen. Bei vielen refraktären Golderzen reicht der vorhandene Gehalt an Arsenopyrit, Pyrit und organischem Kohlenstoff nicht zur Erzeugung der erforderlichen Reaktionswärme aus, und es muß Brennstoff zugesetzt werden. Eine Vielzahl von refraktären Golderzen muß bei relativ niedriger Temperatur geröstet werden, damit ein gutes Goldausbringen bei der anschließenden Laugung erzielt wird.

Aus der EP-A 0 508 542 ist bekannt, daß Golderze bei einer Temperatur von 475 bis 600°C und insbesondere bei 500 bis 575°C geröstet werden sollen. Als Brennstoffzusatz werden Kohle, Butan oder Propan genannt. Die Zündtemperatur soll dem des Propans entsprechen oder niedriger liegen. Propan und Butan werden jedoch nur zu einem unbefriedigenden Teil zu CO₂ und H₂O verbrannt. Bei der Verbrennung entstehen erhebliche Mengen an CO mit einer Zündtemperatur von 600 bis 650°C und H₂ mit einer Zündtemperatur von 560 bis 580°C.

Golderze erfordern eine schonende Röstung, um Erhitzungen an der Partikeloberfläche zu vermeiden. Die Goldausbeute ist u. a. stark von der Rösttemperatur abhängig. Die Rösttemperatur muß unterhalb der Versinterungstemperatur der Bestandteile des jeweiligen Erzes gehalten werden.

Die meisten Golderze weisen niedrige Anteile an Pyrit und/oder anorganischem Kohlenstoff auf. Bedingt durch Wärmeverluste, die beim Aufheizen entstehen, durch Abgasverluste sowie Austragsverluste und dergleichen reicht der im Golderz enthaltene Heizwert nicht aus, um eine autotherme Röstung selbst bei Temperaturen von etwa nur 500°C durchzuführen. Daher ist der Einsatz von zusätzlichem Brennstoff mit einer niedrigen Zünd- und Verbrennungstemperatur erforderlich, um die Goldausbeute nicht zu verringern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brennstoff einzusetzen, der bei niedrigen Temperaturen zuverlässig zündet und bei dessen Verbrennung keine oder niedrige Anteile an CO, H₂ und Kohlenwasserstoffen im Abgas vorhanden sind.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch, daß als Brennstoff Schwefel und/oder Pyrit in die Wirbelschicht zugegeben werden und die Röstung bei Temperaturen von 400 bis 650°C unter Zufuhr von sauerstoffhaltigen Gasen erfolgt. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß CO, H₂ und Kohlenwasserstoffe bei der Verbrennung von Schwefel und/oder Pyrit nicht gebildet werden.

Schwefel und Pyrit zeigen eine überraschend zuverlässige Zündbereitschaft bei niedrigen Rösttemperaturen. Schwefel brennt im Temperaturbereich von 200 bis 300°C, Pyrit brennt im Temperaturbereich von 450 bis 600°C. Die Zugabe von Schwefel und/oder Pyrit kann durch vorherige Mischung mit dem Golderz oder direkt in die Wirbelschicht erfolgen.

Die Röstung refraktärer Golderze erfolgt erfindungsgemäß in einer klassischen oder in einer zirkulierenden Wirbelschicht. Die sauerstoffhaltigen Gase werden als Fluidisierungsgas unterhalb des Düsenbodens in die Wirbelschicht eingeleitet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß sauerstoffhaltige Gase zusätzlich als Primär- und Sekundärgas seitlich in den Wirbelschichtreaktor eingeleitet werden können. Die sauerstoffhaltigen Gase sind Luft oder sauerstoffangereicherte Luft.

Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, daß die Röstung bei Temperaturen von 500 bis 550°C erfolgt. Bei diesen Temperaturen werden besonders gute Goldausbeuten erzielt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß als Brennstoff Schwefel und/oder Pyrit und mindestens ein zusätzlicher Brennstoff, ausgewählt aus Kohlenwasserstoffen mit einer C-Atomzahl von 1 bis 16, Alkoholen mit einer C-Atomzahl von 1 bis 6 und einer OH-Gruppenzahl von 1 bis 2, organischen Äthern mit einer C-Atomzahl von 2 bis 8 und einer O-Atomzahl von 1, CS₂ oder H₂S in die Wirbelschicht zugegeben werden. Durch das gemeinsame Verbrennen von Schwefel und/oder Pyrit mit einem oder mehreren dieser zusätzlichen Brennstoffe wird die Zündtemperatur dieser Brennstoffe herabgesetzt, wenn die Zündtemperatur dieser zusätzlichen Brennstoffe höher liegt als die Zündtemperatur von Schwefel oder Pyrit. Das bedeutet, daß sie in einem solchen Gemisch schneller zünden und leichter verbrennen. Liegt die Zündtemperatur eines dieser zusätzlichen Brennstoffe niedriger als die Zündtemperatur von Schwefel oder Pyrit, so wird die Zündtemperatur von Schwefel oder Pyrit im Gemisch mit einem solchen zusätzlichen Brennstoff herabgesetzt.

Im Gemisch mit Schwefel und/oder Pyrit muß die Konzentration der zusätzlichen Brennstoffe höher liegen als die Konzentration für die untere Zündgrenze dieser Brennstoffe. Die untere Zündgrenze eines Brennstoffes bedeutet die Mindestkonzentration, mit der ein Brennstoff im Gasgemisch vorliegen muß, damit noch eine Zündung des Brennstoffes erfolgt. Die zusätzlichen Brennstoffe werden oberhalb ihrer Zündgrenze zugegeben, wenn der Wärmeinhalt im Reaktor nicht ausreicht, um die erforderliche Rösttemperatur zu erreichen. Der Wärmeinhalt im Reaktor ist gegeben durch die in refraktären Golderzen vorhandenen Mengen an Kohlenstoff und Schwefel und durch die Menge des als Brennstoff zugegebenen Schwefels und/oder Pyrits. Die Rösttemperatur kann somit durch Dosierung der zusätzlichen Brennstoffe gesteuert werden. Die zusätzlichen Brennstoffe werden in solchen Mengen zugegeben, daß die Rösttemperatur 650°C, vorzugsweise 550°C, nicht übersteigt und das Abgas aus der Wirbelschicht einen H₂-Gehalt von < 10 vppm, vorzugsweise < 5 vppm, einen CO-Gehalt von < 0,1 Vol.-%, vorzugsweise < 100 vppm, und einen Kohlenwasserstoffgehalt von < 100 vppm, vorzugsweise < 50 vppm, aufweist.

Als zusätzliche Brennstoffe werden Kohlenwasserstoffgemische, die als Destillationsfraktionen, wie z. B. Kerosin usw. oder Raffinerie-Abfallprodukte anfallen, verwendet. Neben Kohlenwasserstoffgemischen werden als zusätzliche Brennstoffe auch Alkoholgemische, die bei der Destillation von Äthanol als Abfallprodukte anfallen, verwendet.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Korngröße des Golderzes unter 1 mm liegt. Diese Korngröße ergibt gute Ergebnisse.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß 60 bis 80% des Golderzes eine Korngröße unter 75 µm aufweisen. Diese Korngröße ergibt besonders gute Ergebnisse. Der Begriff "Korngröße" steht für den mittleren Korndurchmesser d₅₀.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der O₂-Gehalt in dem Gas, das in die Wirbelschicht eingeleitet wird, 20 bis 50 Vol.-% beträgt. Die sauerstoffangereicherte Luft ergibt eine bessere Zündung des Brennstoffgemisches. Die Verwendung der sauerstoffangereicherten Luft ist besonders wirtschaftlich.

Der Vorteil des Einsatzes der zusätzlichen Brennstoffe liegt darin, daß sie bei niedriger Temperatur weitgehend verbrennen, die Anteile an CO, H₂ und Kohlenwasserstoffen im Abgas sehr niedrig sind und daher nicht durch Nachverbrennung aus dem Abgas entfernt zu werden brauchen. Bei einer nachfolgenden Schwefelsäure-Herstellung ist es günstig, daß die Anteile an CO, H₂ und Kohlenwasserstoffen sehr niedrig sind, da diese Stoffe bei der Oxidation von SO₂ zu SO₃ als Katalysatorgifte wirken.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß ein Teilstrom des Abgases nach der Entstaubung des heißen Abgases abgezweigt wird und dem Fluidisierungsgas vor der Einleitung in die Wirbelschicht zugemischt wird. Durch die Rückführung eines Teils des Abgases und Vermischen mit dem Fluidisierungsgas wird erreicht, daß das Fluidisierungsgas aufgewärmt wird. Durch die Kreislaufführung eines Teils des Abgases wird eine Anreicherung von SO₂ im Abgas erhalten.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das beim Rösten refraktärer Golderze gebildete und im Abgas abgeführte SO₂-Gas der Schwefelsäure-Herstellung zugeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch zusätzlich wirtschaftlich, daß das bei der Röstung gebildete und mit dem Abgas abgeführte SO₂-Gas ohne Nachverbrennung der Schwefelsäure-Herstellung zugeführt werden kann. Es ist vor der Einleitung des SO₂-Gases in die Schwefelsäure-Herstellungsanlage eine Gaswäsche vorgesehen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Röstung in einer zirkulierenden Wirbelschicht erfolgt.

Das System der zirkulierenden Wirbelschicht besteht aus dem Wirbelschichtreaktor, dem Rückführzyklon und der Rückführleitung. Dieses Wirbelschichtprinzip zeichnet sich dadurch aus, daß im Unterschied zur "klassischen" Wirbelschicht, bei der eine dichte Phase durch einen deutlichen Dichtesprung von dem darüber befindlichen Gasraum getrennt ist, Verteilungszustände ohne definierte Grenzschicht vorliegen. Ein Dichtesprung zwischen dichter Phase und darüber befindlichem Staubraum ist nicht vorhanden, jedoch nimmt innerhalb des Reaktors die Feststoffkonzentration von unten nach oben ständig ab. Aus dem oberen Teil des Reaktors wird eine Gas-Feststoff-Suspension ausgetragen. Bei der Definition der Betriebsbedingungen über die Kennzahlen von Froude und Archimedes ergeben sich die Bereiche:

bzw.

0,01 Ar 100,

wobei

sind.

Es bedeuten:

u die relative Gasgeschwindigkeit in m/sec,
Ar die Archimedes-Zahl,
Fr die Froude-Zahl,
ϕg die Dichte des Gases in kg/m³,
ϕk die Dichte des Feststoffteilchens in kg/m³,
d_k den Durchmesser des kugelförmigen Teilchens in m,
ν die kinematische Zähigkeit in m²/sec,
g die Gravitationskonstante in m/sec².

Die aus dem Wirbelschichtreaktor ausgetragene Suspension wird in den Rückführzyklon der zirkulierenden Wirbelschicht geleitet, dort weitgehend vom Feststoff befreit, und der abgeschiedene Feststoff wird derart in den Wirbelschichtreaktor zurückgeleitet, daß innerhalb der zirkulierenden Wirbelschicht der stündliche Feststoffumlauf mindestens das Vierfache des im Wirbelschichtreaktor befindlichen Feststoffgewichtes beträgt.

Die Erfindung wird anhand der Beispiele erläutert.

Beispiel 1

Es wurde ein refraktäres Golderz mit einem Goldgehalt von 8 g/t und 1,8 Gew.-% Schwefel, der als Pyrit vorlag, und 0,08 Gew.-% Kohlenstoff eingesetzt. Die Korngröße betrug d₅₀ = 30 µm und 100% < 200 µm.

Die Röstanlage war eine zirkulierende Wirbelschichtanlage, hauptsächlich bestehend aus dem Wirbelschichtreaktor, einem Rückführzyklon, der direkt an den Gasaustritt am Oberteil des Reaktors angeschlossen war, und einer Rückführleitung. Der im Zyklon abgeschiedene Feststoff wurde über die Rückführleitung in den Reaktor zurückgeführt.

Es wurde ein Gemisch aus 48 g Pyrit pro kg Erz hergestellt. Dann wurden 40 kg/h des hergestellten Gemisches über eine Falleitung in den Wirbelschichtreaktor aufgegeben.

In den Windkasten des Wirbelschichtreaktors wurden 22 Nm³/h Luft mit 21 Vol.-% O₂ mit einer Temperatur von 400°C eingeleitet. Das Trägergas strömte durch die Öffnungen des Anströmbodens. Die Temperatur im Reaktor betrug 520°C. Das Röstgas hatte einen Gehalt von 3,3 Vol.-% SO₂, 0,2 Vol.-% CO₂, 20 vppm CO und 16,3 Vol.-% O₂. Die Gehalte an H₂ und Kohlenwasserstoffen lagen unterhalb der Nachweisgrenze von 1 vppm. Nach einer alkalischen Waschung des Abgases wurde das von SO₂ befreite Abgas in den Kamin geleitet. Das Röstgut hatte einen Schwefelgehalt von < 0,05 Gew.-% und einen Kohlenstoffgehalt von < 0,01 Gew.-%. Bei der Weiterverarbeitung wurde eine Goldausbeute von 94% erzielt.

Beispiel 2

Beispiel 2 wurde wie Beispiel 1 durchgeführt, mit dem Unterschied, daß das Trägergas 32 Vol.-% O₂ und durch zurückgeführtes Abgas 7 Vol.-% SO₂ enthielt. In den Wirbelschichtreaktor wurde ein Gemisch aufgegeben, das 50 g Schwefel pro kg Erz enthielt. Das Röstgas hatte einen Gehalt von 12,7 Vol.-% SO₂, 0,1 Vol.-% CO₂, 5 vppm CO und 24,2 Vol.-% O₂. Die Gehalte an H₂ und Kohlenwasserstoffen lagen unterhalb der Nachweisgrenze von 1 vppm. Das Röstgut hatte einen Schwefelgehalt von < 0,04 Gew.-% und einen Kohlenstoffgehalt von < 0,01 Gew.-%. Bei der Weiterverarbeitung wurde eine Goldausbeute von 96% erzielt.

Das in den Beispielen 1 und 2 verwendete Golderz hatte die folgende Zusammensetzung:

8 g/t Au
3,3 Gew.-% FeS₂
0,07 Gew.-% Fe[AsS].

Der im Beispiel 1 verwendete Pyrit hatte die folgende Zusammensetzung:

91 Gew.-% FeS₂
2 Gew.-% FeS
7 Gew.-% SiO₂, Al₂O₃ und restliche Bestandteile.

Der im Beispiel 2 verwendete Schwefel hatte die folgende Zusammensetzung:

98 Gew.-% S
2 Gew.-% Verunreinigung.

Claims

1. Verfahren zum Rösten refraktärer Golderze in oxidierender Atmosphäre in einer Wirbelschicht unter Zusatz von Brennstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff Schwefel und/oder Pyrit in die Wirbelschicht zugegeben werden und die Röstung bei Temperaturen von 400 bis 650°C unter Zufuhr von sauerstoffhaltigen Gasen erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röstung bei Temperaturen von 500 bis 550°C erfolgt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff Schwefel und/oder Pyrit und mindestens ein zusätzlicher Brennstoff, ausgewählt aus Kohlenwasserstoffen mit einer C-Atomzahl von 1 bis 16, Alkoholen mit einer C-Atomzahl von 1 bis 6 und einer OH-Gruppenzahl von 1 bis 2, organischen Äthern mit einer C-Atomzahl von 2 bis 8 und einer O-Atomzahl von 1, CS₂ oder H₂S in die Wirbelschicht zugegeben werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des Golderzes unter 1 mm liegt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß 60 bis 80% des Golderzes eine Größe unter 75 µm aufweisen.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der O₂-Gehalt in dem Gas, das in die Wirbelschicht eingeleitet wird, 20 bis 50 Vol.-% beträgt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom des Abgases nach der Entstaubung des heißen Abgases abgezweigt wird und dem Fluidisierungsgas vor der Einleitung in die Wirbelschicht zugemischt wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das beim Rösten refraktärer Golderze gebildete und im Abgas abgeführte SO₂-Gas der Schwefelsäure-Herstellung zugeführt wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Röstung in einer zirkulierenden Wirbelschicht erfolgt.