DE69225993T2

DE69225993T2 - Verfahren zur Behandlung von Erz mit rückgewinnbaren Metallwertstoffen einschliesslich arsenhaltiger Komponenten

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Publication number: DE69225993T2
Application number: DE69225993T
Authority: DE
Inventors: Gebhard W-6000 Frankfurt Am Main Bandel; Rene R. Salt Lake City Ut 84121 Fernandez; Arno Dr. W-6392 Neu-Anspach Fitting; Anthony L. Littleton Co 80122 Hannaford; Hans W-6234 Hattersheim Kofalck; Marc K. Salt Lake City Ut 84121 Le Vier; Bodo W-6000 Frankfurt Am Main 50 Peinemann; Gopalan Tuscon Az 85749 Ramadorai; Gurudas Dr. W-3555 Fronhausen Samant
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: Outokumpu Oyj
Priority date: 1991-04-12
Filing date: 1992-04-07
Publication date: 1998-12-10
Anticipated expiration: 2012-04-08
Also published as: RU2079562C1; EP0508542B1; CA2065837A1; BR9201355A; AU656952B2; MY110328A; DE69225993D1; ES2117028T3; AU1482492A; EP0508542A2; EP0508542A3; CA2065837C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von goldhaltigen Erzpartikeln mit arsen-, kohlenstoff- und schwefelhaltigen Bestandteilen. Die Erzpartikel umfassen schwer aufschließbare Erze, Erzkonzentrate und Erzabfälle.
Edelmetalle wie Gold kommen von Natur aus in unterschiedlichen Formen in Erzen vor. Leider enthalten Edelmetallerze häufig auch noch andere Stoffe, die die Rückgewinnung dieser Edelmetallanteile beeinträchtigen und diese Erze für die Rückgewinnung von Edelmetallen schwer aufschließbar machen. Des weiteren kann der Anteil an Edelmetallen relativ niedrig sein. Durch diesen niedrigen Anteil an Edelmetallen sind diese Erze noch schwerer aufschließbar. In vielen Patenten versucht man, sich mit den schwer aufschließbaren Bestandteilen bei der Rückgewinnung von Edelmetallen zu befassen, um die Probleme der Kontamination mit Arsen zu lösen, die beim Rösten von Edelmetallerzen und anderen Metallerzen auftreten, die Arsen als unerwünschten Bestandteil des Erzes enthalten.
Die US-A-4,919,715 betrifft die Verwendung von reinem Sauerstoff beim Rösten von schwer aufschließbaren goldhaltigen Erzen bei Temperaturen zwischen etwa 537ºC und etwa 648ºC. Dieses Patent behandelt aber nicht das Problem der Verflüchtigung von Arsen, sagt nichts zum Arsengehalt des Erzes und befaßt sich in diesem Zusammenhang nicht mit der Optimierung der Goldgewinnung aus schwer aufschließbaren sulfidischen, kohlenstoffhaltigen Erzen oder der Abscheidung von cyanidaufzehrenden Bestandteilen vor der Gewinnung von Gold aus dem Erz. Das offenbarte Verfahren erfordert zwei Wirbelschichten und das stufenweise Rösten in diesen Wirbelschichten sowie die Verwendung von im wesentlichen reinem Sauerstoff (wobei im wesentlichen reiner Sauerstoff definiert ist als mindestens etwa 80 Gew.-%).
Bei Sulfiderzen ist jedes vorhandene Arsen ein unerwünschtes Begleitelement und muß aus dem Röstgut und aus dem Röstgas entfernt werden. Nach dem Stand der Technik erfolgt dies normalerweise durch ein sogenanntes Entarsenisierungsrösten. Der Arsenanteil des Materials wird in einer Röstzone mit einem niedrigen Sauerstoffgehalt verflüchtigt und gelangt als Arsendampf oder Arsenoxiddampf und Arsensulfiddampf in das Abgas. In dem Abgas werden Arsen und Arsensulfide unter einem relativ hohen Sauerstoffpartialdruck zu Arsenoxiddämpfen oxidiert. Die in dem Röstgas enthaltenen staubartigen Feststoffe werden bei einer Temperatur über der Sublimationstemperatur der Arsenoxide entfernt, die anschließend bei niedrigeren Gastemperaturen abgeschieden werden, oder die Feststoffe und die Arsenoxide werden gemeinsam bei niedrigeren Gastemperaturen entfernt. Im ersten Fall entstehen kontaminierte Arsenoxide. Im zweiten Fall wird das entfernte Arsen in das Verfahren zurückgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat das Ziel, Erze bzw. schwer aufschließbare Erze, Erzkonzentrate bzw. Erzabfälle der hierin beschriebenen Art zur Gewinnung von Gold in einer mit Sauerstoff angereicherten gasförmigen Umgebung zu rösten, um die Verflüchtigung von Arsen zu minimieren oder auszuschalten, die Umwandlung von Arsen in eine unlösliche, umweltverträgliche, in einem Abfallprodukt immobilisierte Form zu erleichtern, während die Auswirkungen von kohlenstoff- und schwefelhaltigen Bestandteilen auf die Goldgewinnung herabgesetzt werden. Dieses Problem wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Es ist wünschenswert, schwer aufschließbare Golderze in einer Weise zu rösten, daß die Cyanidlaugung zu einem hohen Ertrag an Gold führt, wenig Cyanid verbraucht und eine wirtschaftliche und umweltverträgliche Entsorgung arsenhaltiger Feststoffe gewährleistet.
Die Löslichkeit der in dem Verfahren gebildeten stabilen Arsenate ist so gering, daß diese ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen abgeladen werden können. Der Wasserdampfgehalt des aus dem Röstreaktor austretenden Abgases führt zur Bildung stabiler Arsenate mit einer besonders geringen Löslichkeit, wie z.B. Skorodit oder skoroditartige Verbindungen.
Der Begriff "freies Oxid" in Anspruch 1 deutet an, daß die Substanz nicht als Verbindung mit Arsen oder Schwefel vorliegt, sondern in einer von diesen freien Form. Wenn Calcium und Magnesium als Carbonate in ausreichender Menge in einer freien Form in dem Erz zur Verfügung stehen, ist es nicht mehr nötig, diese Substanzen zuzusetzen.
Wenn Eisenverbindungen vorhanden sind, selbst in hohem Überschuß, wird eine Zugabe immer erforderlich sein, d.h. wenn sie in einem Verhältnis von weniger als 3,5 bis 4,0 mol Eisen zu 1 mol Arsen vorhanden sind, da ein Großteil des Eisens immer in Verbindungen mit Arsen oder Schwefel enthalten sein wird. Die Zusätze in dem Röstreaktor können aus Abfallprodukten bestehen, wie zum Beispiel Rotschlamm aus der Tonerdeindustrie, Filtersalze und Abfallgips. Sulfate sind besonders geeignet. Wie aus den vorliegenden Angaben ersichtlich ist, werden Eisenverbindungen bevorzugt. Die Verwendung eines Zusatzes ist vorzuziehen, weil der in Teilchenform vorliegende Zusatz dann dicht bei den Erzpartikeln liegen wird und sich sofort mit Arsen verbinden kann, das unter Umständen bei den hier genannten höheren Temperaturen aus den Erzpartikeln verdampft ist.
Der Begriff "stabile Arsenate" bezeichnet jene Arsenate, die nur eine geringe Löslichkeit in Regenwasser besitzen, wenn sie in einer Halde von verbrauchtem Röstgut gelagert werden.
Für den Wasserdampf erforderliches Wasser kann dem Röstreaktor zugeführt werden durch geeignete Zugabe von Dampf, als Feuchtigkeit oder Wasser in dem Erz, durch Zugabe von Kristallisation in den Zusätzen oder als Kristallisationswasser in einem Bestandteil des Erzes. Je nach dem SO&sub2;-Anteil kann das Abgas für die Produktion von Schwefelsäure verarbeitet werden, oder es kann gewaschen werden, um das SO&sub2; zu entfernen, oder der SO&sub2;-Anteil kann verflüssigt werden.
Vorzugsweise wird das Erz in dem Reaktor in Form fluidisierter Feststoffe geröstet, und noch mehr bevorzugt zirkuliert das Erz in Form fluidisierter Feststoffe in einer zirkulierenden Wirbelschicht oder in einer sprudelnden Wirbeischicht (die ebenfalls zirkuliert). Des weiteren kann auch eine feststehende Wirbelschicht mit einer abgegrenzten Oberseite verwendet werden. Weiterhin kann ein Drehrohrofen oder ein Etagenofen verwendet werden, vorausgesetzt, man kann damit die entsprechenden Reaktionen erzielen.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß das hier produzierte Röstgut sich sehr gut beispielsweise mit Cyanid laugen läßt, was zu einer hohen Ausbeute an Gold und einem geringen Verbrauch an Cyanid führt. Außerdem ist das Arsen in Form stabiler Arsenate gebunden, die den Laugungsvorgang nicht stören, und die eine äußerst geringe Löslichkeit in Regenwasser besitzen, so daß dieses Röstgut abgelagert werden kann, ohne daß besondere Vorsichtsmaßnahmen oder eine weitere Behandlung notwendig sind. Die Erze bzw. Erzkonzentrate können sogar bis zu 2 % Arsen oder mehr enthalten.
Die Temperatur, bei der während des Röstvorgangs eine unerwünschte geschmolzene Phase entsteht, hängt von der Zusammensetzung des Erzes ab. Eine geschmolzene Phase in oder an dem Erzpartikel, selbst eine teilweise geschmolzene Phase, z.B. ein teilweises Sintern, ist unerwünscht, da die Metallgewinnung durch Laugung in unerwünschter Weise beeinträchtigt wird. Die Prozentsätze für die Gase sind in Volumenprozent angegeben.
Im Falle eines niedrigen Arsengehalts in einem Erz wird das Gas, das in den Röstreaktor eingeleitet wird, auf einen höheren Sauerstoffgehalt eingestellt. Die Reaktionstemperatur wird durch Zufuhr heißer Gase und/oder durch Zugabe von Brennstoff erreicht. Wenn Brennstoff zugesetzt wird, muß auch Sauerstoff in der für die Verbrennung des Brennstoffes erforderlichen Menge zugesetzt werden. Wenn eine Reaktionstemperatur niedrig ist, wird die erforderliche Wärme durch Zufuhr geeigneter heißer Gase und/oder durch ausreichendes Vorwärmen der zugeführten Materialien eingeleitet.
Das Rösten unter zweistufiger Einleitung von Sauerstoff kann in besonders bequemer Weise durchgeführt werden. Das Rösten im unteren Teil eines Reaktors mit zirkulierender Wirbelschicht wird als erste Stufe durchgeführt. Ein fluidisiertes Gäs enthält eine sauerstoffhaltige Atmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt unter etwa 1 Vol.-%. Die zweite Einleitung von Sauerstoff während dieser Röststufe erfolgt im oberen Teil des Reaktors mit der Zufuhr eines zweiten Gases und wahlweise sogar mit der Zufuhr eines dritten Gases mit noch mehr Sauerstoff, das in dieser Phase mit einem entsprechend höheren Sauerstoffgehalt eingeleitet wird.
Die in Frage kommenden Erze können den folgenden Gehalt an Arsen-, Kohlenstoff- und Schwefelbestandteilen in Gewichtsprozent aufweisen:
(Alle Prozentangaben sind Gewichtsprozent, wenn nicht anders angegeben.)
Eine typische mineralogische Analyse dieser Erze ergibt folgendes:
Eine typische chemische Analyse der Erze ergibt die folgende durchschnittliche Zusammensetzung:
Die entsprechende Behandlung dieses Erzes führt normalerweise zu einer Goldgewinnung von weniger als 10 Prozent dürch einfache Cyanidlaugung und von weniger als 20 Prozent durch einfache Kohlenstoff-Cyanidlaugung.
Andererseits hat die Goldgewinnung nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung einen Ertrag von etwa 75 Prozent bis etwa 90 Prozent (und sogar noch höher).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung geht der Röstbehandlung eine erste Röststufe voraus, wo das Rösten durchgeführt wird bei Temperaturen zwischen 450ºC und 900ºC, vorzugsweise unter 575ºC und unter der Temperatur, bei der eine geschmolzene Phase eines Erzmaterials entsteht, und in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt unter 1 Vol.-%. Dieses Rösten stellt die Verdampfung sicher und eine unmittelbare Reaktion des Arsens mit dem Zusatz. Die Zusätze und der Wasserdampf müssen in der ersten Röststufe nicht vorhanden sein, werden aber vorzugsweise bereits in der ersten Röststufe zugegeben.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal liegt der Wasserdampfgehalt des Gases in dem Röstreaktor in einem Bereich von etwa 0,5 bis 10 Gew.-%. Arsenate mit einer besonders geringen Löslichkeit, wie zum Beispiel Skorodite, werden gebildet, wenn der Wasserdampfgehalt in diesem Bereich liegt.
Die hier dargelegten Vorteile werden sogar mit Erzen erzielt, die etwa 1 % bis 2 % Arsen enthalten, wenn das Rösten durch zweistufiges Einblasen von Sauerstoff erfolgt. Das Rösten in zwei Stufen liefert besonders gute Ergebnisse bei Erzen, die weniger als etwa 1 % Arsen enthalten, wenngleich äquivalente Ergebnisse auch durch entsprechenden Gebrauch von das Arsen immobilisierenden Zusätzen und über einen entsprechenden Sauerstoffgehalt des Röstgases erzielt werden.
Gemäß einem erwünschten Merkmal, vorausgesetzt auf oder in dem Erzpartikel bildet sich keine geschmolzene Phase, erfolgt das Rösten bei Temperaturen von 500ºC bis 750ºC. Wenn die Bildung einer geschmolzenen Phase zuverlässig vermieden werden kann, und wenn der Wärmeverbrauch niedrig gehalten werden kann, wird das Arsen wirksam gebunden und immobilisiert, und das Röstgut wird eine gute Laugungsfähigkeit besitzen.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal werden die Substanzen in einer Teilchengröße unter 1 mm in den Röstreaktor gegeben. Die Teilchengröße führt zu einem wirksamen Kontakt und einer wirksamen Bindung desin dem Erzmaterial vorhandenen Arsens. Gemäß einem bevorzugten Merkmalwerden 80 % dieser Substanzen in einer Teilchengröße von 10 bis 50 um zugegeben. Das Erz wird vor dem Rösten zerkleinert bzw. gemahlen.
Als nächstes wird das gemahlene Erz in einer mit Sauerstoff angereicherten Gasatmosphäre geröstet, wobei der Kohlenstoff- und Schwefelgehalt ausgehend von einer anfänglichen Röstcharge folgendermaßen im wesentlichen vollständig auf einen Endgehalt im Röstgut oxidiert wird (% bedeutet Gewichtsprozent):
98 % oder mehr des Schwefelgehalts und 90 % oder mehr des Kohlenstoffgehalts werden jeweils während des Röstens oxidiert. Zur Gewinnung von Gold aus diesen schwer aufschließbaren Erzen ist eine wichtige Überlegung die Vollständigkeit der Oxidation der Kohlenstoff- und Schwefelwerte. Endgültige Kohlenstoffwerte von 0,05 % bis 0,1 % liefern gute Ergebnisse. Das gleiche gilt für Sulfidschwefelwerte, wobei endgültige Sulfidwerte von 0,05 % bis 0,1 % gute Ergebnisse liefern.
Normalerweise sind mehr als etwa 95 % des Arsens aufgrund des Vorhandenseins von beispielsweise einer entsprechenden Menge Eisen in dem Röstgut gebunden. Gewünschtenfalls kann weiteres Eisen zugesetzt werden, um diese Umwandlung in eine unlösliche Form zu erleichtern. Wenn das Verhältnis von Eisen zu Arsen (Molverhältnis) größer ist als etwa 3,5 : 1, beispielsweise 4 : 1, sorgen während des Rstens gebildete Eisenarsenatverbindungen dafür, daß das Arsen in gebundener Form in dem Röstgut vorliegt. Des weiteren ist die Eisenarsenatverbindung unlöslich bei dem anschließenden Laugungsvorgang und läßt sich nicht lösen aus den auf Halde liegenden Erzabfällen, wenn die Goldwerte extrahiert sind. Infolgedessen werden die Arsenwerte durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung nicht nur nicht verflüchtigt, indem man sie in einer nichtflüchtigen Form in dem Röstgut beläßt, sondern diese Arsenwerte können auch in einer Form beibehalten werden, die bei dem Laugungsvorgang und auch über einen langen Zeitraum in der Halde unlöslich ist.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung und vor allem, wenn flüchtig gemachte Arsenverbindungen bei höheren Temperaturen gebildet und anschließend in lösliche Verbindungen umgewandelt werden, werden höhere Temperaturen verwendet. Bei der Sequestration von Arsen, ohne das Arsen flüchtig und/oder löslich zu machen, sollte das Sintern jedoch vermieden werden, d.h. die Bildung einer geschmolzenen Phase sollte ebenfalls verhindert werden, da die entstandenen Silicate der geschmolzenen Phase selbst nach teilweisem Sintern den Edelmetallgehalt des Erzes einer Rückgewinnung weniger zugänglich machen. Des weiteren müssen die Reaktionstemperatureü in dem Reaktor hoch genug sein, um die Oxidationsreaktion zu optimieren, vor allem die Oxidätion von kohlenstoff- und schwefelhaltigen Bestandteilen und die Bildung von z.B. Eisenarsenatverbindungen. Man hat festgestellt, daß eine Reaktionstemperatur in der Reaktionsvorrichtung für die miü Sauerstoff angereicherte Gasatmosphäre von etwa 475ºC bis etwa 600ºC wünschenswert ist, während ein bevorzugter Temperaturbereich von etwa 500ºC bis etwa 575ºC reicht.
Während des Röstens ist die Lage in bezug auf Arsen noch komplizierter, da einige seiner amphoteren Oxide, wie zum Beispiel Arsentrioxid (As&sub2;O&sub3;) (Siedepunkt 465ºC) bei höheren Temperaturen flüchtig werden, wie auch einige seiner Sulfide, wie zum Beispiel As&sub2;S&sub2; (Siedepunkt 565ºC) und As&sub2;S&sub5; (sublimiert bei 500ºC). Man konzentriert sich daher auf die Bildung von unlöslichen Verbindungen mit den oben genannten Substanzen, wie zum Beispiel Eisenarsenatverbindungen, z.B. Skorodit, um das Problem de Verflüchtigung zu umgehen und Arsenwerte aus dem Verfahrensabgas femzuhalten und in einem höchst unlöslichen Zustand zu halten. Diese Kontrolle ist eines der wünschenswerten Ergebnisse, die die vorliegende Erfindung durch eine Kombination von Schritten wie Reaktionsbedingungen, Sauerstoffgehalt, Verweilzeit beim Rösten, Eisengehalt, schrittweises Einblasen von Sauerstoff etc. erzielt.
Die Gasatmosphäre, in der das Golderz geröstet wird, ist eine mit Sauerstoff angereicherte Gasatmosphäre, wie zum Beispiel mit Sauerstoff angereicherte Luft, die nach der Anreicherung einen anfänglichen Sauerstoffgehalt von insgesamt weniger als etwa 65 Prozent (Vol.-%) und wünschenswerterweise von etwa 25 % (Vol.-%) bis etwa 60 % (Vol.-%) besitzt; bei der großtechnischen Anwendung ist für das Verfahren ein Sauerstoffgehalt im Bereich von 35 Vol.-% bis 55 Vol.-% angezeigt.
Das gemahlene Erz wird vorzugsweise als fluidisierter Feststoff in der mit Sauerstoff angereicherten gasförmigen Umgebung geröstet. In den meisten Fällen wird der oxidierbare Anteil der Erzkonzentrate ausreichend sein für eine autothermische Oxidationsreaktion beim Rösten. In jenen Fällen, wo kein ausreichender oxidierbarer Anteil vorhanden ist, beispielsweise Erz, das eine autothermische Reaktion nicht unterstützt, wird ein zusätzlicher oxidierbarer Anteil geschaffen durch Zugabe eines Verbrennungsmittels, so daß es beim Rösten zu einer thermischen Reaktion kommt. Normalerweise wird ein Brennstoff mit niedrigem Brennpunkt zugesetzt, z.B. Kohle oder Butan/Propan. Daher sollte der Brennpunkt der von Propan oder niedriger sein.
Als weitere Ausführungsform kann eine Sprudelschicht verwendet werden, wobei man den Überlauf der Sprudelschicht ständig zirkulieren läßt. Die Reaktionsgeschwindigkeit kann in einer Sprudelschicht niedriger sein. Der Wirkungsgrad und die Kontrolle über die Oxidation und die Reaktionsbedingungen werden verbessert, wenn man das Erz als fluidisierten Feststoff zirkulieren läßt. Ein Vorteil einer zirkulierenden Wirbelschicht oder Sprudelschicht liegt in der präzisen Steuerung der Schichttemperatur.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal erfolgt das Rösten in einer zirkulierenden Wirbelschicht. Das Wirbelschichtsystem besteht aus einem Wirbelschichtreaktor, einem Rückführzyklon und einer Rückführleitung. Die aus dem Wirbelschichtreaktor abgelassene Suspension wird dem(den) Rückführzyklon(en) der zirkulierenden Wirbelschicht zugeführt, und im wesentlichen alle Feststoffe werden aus der Suspension in dem(den) Zyklon(en) entfernt. Die Feststoffe, die entfernt wurden, werden in einer Weise zu dem Wirbelschichtreaktor zurückgeführt, daß die in den zirkulierenden Wirbelschichtsystemen zirkulierenden Feststoffe mindestens das Vierfache des Gewichts der in dem Wirbelschichtreaktor enthaltenen Feststoffe ausmachen.
Die Verweilzeit des Erzes in der mit Sauerstoff angereicherten Gasatmosphäre sollte etwa 8 bis 12 Minuten oder mehr betragen, unterliegt aber praktischen konstruktiven Erwägungen wie zum Beispiel der Behältergröße, der Pumpengröße, etc. Es versteht sich, daß die Verweilzeit von der Mineralogie des Erzes abhängt. Durch die Steuerung der Verweilzeit bei einer bestimmten Temperatur wird auch das Schmelzen des Silicats gesteuert, was zu vermeiden ist. Für das anschließende Goldlaugen sind eine hohe Porosität und ein geringes Sintern wünschenswert.
Nach dem Rösten werden die Edelmetalle aus dem so gerösteten Erz bzw. Röstgut durch Laugen gewonnen. Diese Laugungsverfahren sind im Stand der Technik bekannt und werden in den US-Patenten 4,902,345 und 4,923,510 allgemein beschrieben. Das geröstete Golderz kann nach dem Rösten und vor dem Laugen einer Sauerstoff- oder Chlorbehandlung unterzogen werden. Diese Behandlung kann dadurch erfolgen, daß man vor dem Laugen des Erzes gasförmigen Sauerstoff oder Chlor durch eine Suspension oder Aufschlämmung des so gerösteten Erzes entweder in einem Bad bei Umgebungsdruck oder in einem geschlossenen Gefäß bei Umgebungsdruck oder einem höheren Druck hindurchperlen läßt.
Ausführungsformen und Einzelheiten des Verfahrens werden in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 und 4 zeigen Fließdiagramme von Verfahrensvarianten, und
Fig. 2 und 3 zeigen Diagramme mit Grenzen der Arsenatbildung, in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Partialdruck von Sauerstoff, wobei auf der vertikalen Achse jeweils log p(O&sub2;) in bar aufgetragen ist.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform veranschaulicht, die eine industrielle Anwendung des Verfahrens schematisch darstellt. Ein Reaktor 100 mit einer zirkulierenden Wirbelschicht (Wirbelschichtreaktor) wird von einer Erzvorwärmstufe mit einem Strom 200 beschickt, und das Erz wird in dem Reaktor geröstet. Gemäß der Darstellung tritt ein Anfahr-Gasstrom wie zum Beispiel Butan/Propan durch die Leitung 8 am Boden des Wirbelschichtreaktors 100 in diesen ein. Außerdem wird ein kombinierter Strom von sauerstoffhaltigem Abgas und frischem Sauerstoff über den Vorwärmer 102 in den Wirbelschichtreaktor 100 eingeleitet. Der kombinierte Strom wird als 201 bezeichnet. Des weiteren wird ein vorgewärmter, mit Sauerstoff angereicherter Luftstrom 208 in den Wirbelschichtreaktor 100 eingeleitet und kommt von der Röstgutnachbehandlung, die nachfolgend erläutert wird. In Fig. 1 ist ein einziger Zyklon 103 dargestellt, aber es können mehr als einer parallel oder hintereinander betrieben werden, um sicherzustellen, daß mehr Partikel aus dem Abgas entfernt werden. Der Rückstand des Zyklons 103, d.h. das, was sich im Unterlauf angesammelt hat, wird über den Dichtungstopf 104 teilweise wieder in den Wirbelschichtreaktor 100 eingeleitet. Ein Nachstrom 105 von Röstgut wird ebenfalls dem Dichtungstopf 104 entnommen und in vier Vorwärmer (Rekuperatoren) 107 bis 110 eingeleitet, die sich in einer Wärmerückgewinnungseinheit 106 befinden. Mit Sauerstoff angereicherte Luft wird in der Wärmerückgewinnungseinheit 106 auf etwa 450ºC gebracht. Die Einheit 106 besteht aus vier Vorwärmern in Form der Wirbelschichten 107, 108, 109 bzw. 110. Da die Bedingungen in jeder der Vorwärmschichten unterschiedlich sind, wurden diese Vorwärmer jeweils mit eigenen Bezugszeichen gekennzeichnet. Notmalerweise wird der Wirbelschichtreaktor 100 bei 550ºC betrieben. Das resultierende Röstgut (nach einer Verweilzeit von 10 Minuten in dem Reaktor 100) wird in den ersten Vorwärmer 107 eingeleitet. Das Röstgut hat eine Temperatur von etwa 525ºC und eine Verweilzeit von etwa 15 Minuten in dem Vorwärmer 107; in dem zweiten Vorwärmer 108 beträgt die Röstguttemperatur etwa 475ºC, und die Verweilzeit beträgt etwa 10 Minuten; in dem dritten Vorwärmer 109 beträgt die Röstguttemperatur etwa 420ºC, und die Verweilzeit beträgt etwa 8 Minuten; in dem vierten Vorwärmer 110 beträgt die Röstguttemperatur etwa 350ºC, und die Verweilzeit beträgt etwa 8 Minuten. Luft und Sauerstoff treten parallel in diese Vorwärmer ein, verwirbeln jeweils das Röstgut und werden in dem Zyklon 112 gereinigt. Nach der Abscheidung von Partikeln in dem Zyklon 112 werden Luft und Sauerstoff als Strom 208 in den Wirbelschichtreaktor 100 eingeleitet. Eine zweite Vorwärmereinheit (nicht dargestellt) des gleichen Typs kann parallel zu der ersten Vorwärmereinheit 106 betrieben werden. Der Dichtungstopf 104 oder ein zweiter Dichtungstopf (nicht dargestellt) können die zweite Vorwärmereinheit speisen. Die in Tabelle 1 angegebenen Daten beziehen sich auf zwei parallele Zyklone wie zum Beispiel 112 und auf zwei parallele Dichtungstöpfe wie zum Beispiel 104.
Es werden erwärmte Luft und Sauerstoff aus allen vier Vorwärmern verwendet, und sie besitzen eine Temperatur von etwa 450ºC, wie aus Tabelle 1 hervorgeht. Zusätzlich wird jedoch Umgebungsluft über die Pumpe 113 in Heizspiralen 114 eingeleitet, die in das verwirbelte Röstgut in den Vorwärmern 109 und 110 eingetaucht sind. Mit dieser Luft wird das als Strom 200 in den Wirbelschichtreaktor 100 eingeleitete Erz in einem Wirbelschichtbehälter (nicht dargestellt) vorgewärmt. Heiße Luft verläßt die Heizspiralen 114 mit einer Temperatur von 200ºC. Wie geplant, aber in Abhängigkeit von der Mineralogie des Erzes, wird der Rest des Energiebedarfs zum Rösten durch die Zugabe von Butan oder Kohlenstaub zu dem Wirbelschichtreaktor 100 gedeckt. Das Röstgut in dem Strom 209 wird in Wasser in dem Tank 115 auf einen Feststoffgehalt von 15 % abgeschreckt und zur anschließenden Laugung weiterbearbeitet.
Abgase, d.h. der Überlauf des Zyklons 103, werden durch die Leitung 202 in einen Abwärmekessel 116 eingeleitet, wo die Abgastemperatur auf etwa 375ºC gesenkt wird, Staub von dem Abwärmekessel 116 an einer geeigneten Stelle in die Vorwärmereinheit, z.B. den Vorwärmer 108, eingeleitet und mit dem Röstgut gemischt wird. Von dem Abwärmekessel 116 werden die Abgase über die Leitung 203 in einen Elektrofilter 117, z.B. einen fünf Felder umfassenden heißen Elektrofilter, eingeleitet, um im wesentlichen den gesamten noch verbleibenden Staub in dem Abgas zu entfernen. Die Austrittstemperatur des aus dem Elektrofilter austretenden Abgases beträgt etwa 350ºC, und das Abgas enthält etwa 36 Vol.-% Sauerstoff. Etwa die Hälfte der Abgase werden über die Leitung 205 und das Gebläse 118 zu dem Wirbelschichtreaktor 100 zurückgeführt. Diese Rückführung ist ein beachtlicher Vorteil, weil das Abgasreinigungssystem etwa halb so groß wird, wenn das Abgas zurückgeführt wird. Die Abscheidungen aus dem Elektrofilter werden ebenfalls in die Röstgutvorwärmeinheit 106 eingeleitet. Die SO&sub2;-haltigen Abgase können direkt einer Säureanlage zugeführt werden, und weitere Mengen Sauerstoff können eingeleitet werden (je nach Bedarf, zur Umwandlung von SO&sub2; in eine Säure, wie im Stand der Technik wohlbekannt ist). Das überschüssige, an Sauerstoff reiche Gas von dieser Anlage kann jedoch zu der Röstseite des Verfahrens zurückgeführt werden und beispielsweise in den Wirbelschichtreaktor 100 eingeleitet oder zur Nachbehandlung des Röstguts, z.B. in den Wirbelschichten 107, 108, 109 und 110, verwendet werden, um die Sulfatisierung, d.h. Solubilisierung, der ansonsten cyanidverzehrenden Elemente zu unterstützen.
Tabelle 1 zeigt Verfahrensdaten für eine Röstanlage mit zirkulierender Wirbelschicht gemäß Fig. 1, wo auf 200ºC vorgewärmtes Erz in einer Menge von 160 t/h durch die Leitung 200 in den Reaktor 100 eingeleitet wird, wobei 4,1 t/h des Erzes Kristallisationswasser in Erzbestandteilen sind. Etwa 330 kg/h Kohle, berechnet als Kohlenstoff, werden als Brennstoff in den Reaktor 100 eingeleitet. Das durch die Leitung 209 in einer Menge von 154 t/h abgezogene Röstgut hat eine Temperatur von 350ºC. Tabelle 1:
Die folgenden Beispiele veranschaulichen das Verfahren der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit der Rückgewinnung von Gold.

Beispiel 1:

Das Erz kam von einer Stichprobennahme von arsenhaltigen, schwefelhaltigen, organischen Kohlenstoff enthaltenden, goldhaltigen Erzen aus der Region um Carlin, Nevada. Bei dieser Testreihe hatte das Erz einen durchschnittlichen Goldgehalt von etwa 4,5 g/t, einen durchschnittlichen Gehalt von 0,08 % Arsen, 2,49 % Sulfidschwefel (2,81 % Schwefel insgesamt) und 0,79 % organischen Kohlenstoff (0,84 % Kohlenstoff insgesamt). Das Erz lieferte die folgende mineralogische und chemische Analyse:
Eine chemische Analyse des Erzes zeigt folgende durchschnittliche Zusammensetzung:
Das Erz wurde in einer kleinen Kugelmühle gemahlen und hatte einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 1 Gew.-%. Das gemahlene Erz wurde in einen einfachen Drehrohrreaktor gegeben und chargenweise geröstet, um verschiedene Reaktionsbedingungen zu untersuchen, wobei der Gleichmäßigkeit halber eine Verweilzeit von zwei Stunden verwendet wurde. Das geröstete Erz bzw. Röstgut wurde mit einer Kohlenstoff-cyanid-Laugung unter Verwendung einer Dosis von 2,5 kg Natriumcyanid pro Tonne geröstetes Erz und 30 g/l Aktivkohle gelaugt. Die Laugung wurde unter den folgenden Bedingungen in einer ständig rollenden Flasche durchgeführt:
200 Gramm Röstgut pro Laugungstest, 40 % Feststoffe und 24 Stunden Laugungszeit.
Es wurde eine erste Testreihe durchgeführt, wo das Erz mit zunächst 40 % Sauerstoff (Vol.-%) in dem zugeführten Gas bzw. der Gasatmosphäre bei den folgenden Temperaturen und mit den folgenden Ergebnissen geröstet wurde:
Wenn das geröstete Erz mit Natriumhypochlorit in einer Menge von 11 kg pro Tonne Erz und bei Verwendung desselben Laugungsverfahrens geröstet wurde, erhielt man die folgenden Ergebnisse:
Es gab einen zweiten Durchlauf, bei dem die Rösttemperatur auf 475ºC und die Verweilzeit auf 2 Stunden gehalten wurde, doch der prozentuale Anteil von Sauerstoff (Vol.-%) in dem zugeführten Gas, d.h. der gesamte anfängliche Sauerstoffgehalt der Gasatmosphäre, wurde folgendermaßen verändert, und es wurden die folgenden Prozentsätze der Goldextraktion festgestellt:

Beispiel 2:

Eine Reihe von Luftrösttests wurde in einem Drehrohrofen mit Sauerstoff im Abgas durchgeführt. (Dies ergab ungefähr 4 bis 6 Vol.-% Sauerstoff im Abgas). Bei diesen Tests wurden Proben mit der gleichen Zusammensetzung wie die Probe von Beispiel 1 verwendet. Bei dieser Serie von Testläufen hatte das Erz einen durchschnittlichen Goldgehalt von etwa 4,5 kg Gold pro Tonne und enthielt 2,49 Prozent Sulfidschwefel sowie 0,79 Prozent organischen Kohlenstoff. Das Erz wurde als sulfidisches, kohlenstoffhaltiges Erz klassifiziert. Die Probenvorbereitung und die verwendeten Testverfahren waren die gleichen wie in Beispiel 1. Diese Tests zeigen, daß deügoldertrag niedrig ist, wenn das Rösten mit Luft als oxidierender Atmosphäre durchgeführt wird. Diese Tests zeigen auch, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung, bei dem mit Sauerstoff angereicherte Luft (beispielsweise 40 Vol.-% Sauerstoff) verwendet wird, eine bessere Verfahrenssteuerung - bei niedrigeren Temperaturen - mit maximaler Goldgewinnung ermöglicht.
Es ist bemerkenswert, vor allem wenn man das Luftrösten wie beispielsweise in Beispiel 1 vergleicht, daß die vorliegende Erfindung die Temperatur, bei der eine optimale Goldgewinnung möglich ist, wirksam senkt. Beim Luftrösten erzielt man eine maximale Goldgewinnung bei 600ºC, während beim Risten unter Verwendung von mit Sauerstoff angereicherter Luft die maximale Goldgewinnung bei 475ºC erzielt wird. Die Bedeutung dieser Tatsache liegt darin, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung mehr Energie spart. Der Prozentsatz der Goldgewinnung nimmt im allgemeinen zu mit zunehmendem Gesamtsauerstoffgehalt in dem zugeführten Gas.
In Fig. 2 ist -A- die Kennlinie für die Bildung von Arsenat, und -B- ist die Kennlinie für stabiles Arsenat. In Fig. 3 ist -C- die Kennlinie für die Verf lüchtigung von Arsenat im Fe&sub2;O&sub3;-Bereich, und -D- ist die Kennlinie für stabile Arsenate.
Gemäß Fig. 4 besteht das erste zirkulierende Wirbelschichtsystem aus dem Wirbelschichtreaktor 401, dem Rückführzyklon 402 und der Rückführleitung 403. Der Wirbelschichtreaktor 401 hatte einen Durchmesser von 0,2 m und eine Höhe von 6 m. Mit Hilfe einer Dosierschnecke wurde Golderzkonzentrat in einer Menge von 15 kg/h durch die Leitung 404 in den Reaktor eingeleitet. Das Konzentrat enthielt 2,1 % Arsen, 15 % Sulfidschwefel und 45 g Gold pro 1000 kg. Die Teilchengröße lag unter 0,2 mm bei einer mittleren Größe (d&sub5;&sub0;) von 70 Lim. Luft wurde in einer Menge von 11 m³n/h durch die Leitung 405 in den Wärmetauscher 406 eingeleitet und darin auf 600ºC vorgewärmt und dann als Fluidisierungsgas durch die Leitung 407 in den Reaktor 401 eingeleitet. Der Reaktor 401 wurde durch die Leitung 408 mit Sekundärluft in einer Menge von 9 m³n/h und durch die Leitung 409 mit Tertiärluft in einer Menge von 3 m³n/h gespeist, die zur Verbrennung des restlichen Schwefels in dem Reaktor 401 diente. Durch die Verteilung der zugeführten Luft wurde das Sauerstoffpotential auf einen Bereich eingestellt, in dem Arsenat im Fe&sub2;O&sub3;-Bereich verflüchtigt wird, siehe -C- in Fig. 3, über dem Bereich, in dem Eisenarsenat gebildet wird.
Die Temperatur in dem Reaktor lag zwischen 700ºC und 750ºC. Das durch die Leitung 410 abgezogene Röstgut enthielt 0,02 % Arsen und 0,1 % Schwefel. Die Laugung des Röstguts führte zu einer Goldgewinnung mit einem Ertrag von 96 %. Die Löslichkeit von Arsen während der Goldlaugung war sehr niedrig und betrug nur weniger als 2 mg/l.
Eine Gas-Feststoff-Suspension wurde von dem Reaktor 401 durch die Leitung 411 in den Rückführzyklon 402 geleitet. Die dort angesammelten Feststoffe wurden durch die Rückführleitung 403 in den Reaktor 401 zurückgeführt. Das in der Leitung 412 geführte Abgas wurde in zwei Zyklonen (nicht dargestellt) und in einem Kerzenfilter 413 bei etwa 600ºC entstaubt. Die gesammelten Stäube wurden durch die Leitung 414 zu dem Reaktor 401 zurückgeführt. Das staubfreie Abgas enthielt SO&sub2; und As&sub2;O&sub3; und wurde durch die Leitung 415 zu dem Wirbelschichtreaktor 416 eines zweiten zirkulierenden Wirbelschichtsystems geleitet.
Der Reaktor 416 hatte einen Durchmesser von 0,16 m und eine Höhe von 4 m. Er wurde durch eine indirekte Elektroheizung erwärmt. Hämatiteisenerz mit einer Teilchengröße unter 0,5 mm und einer mittleren Größe von 30 um wurde durch die Leitung 417 in einer Menge von 0,3 kg/h zugeführt. Fluidisierungsluft wurde in einer Menge von 15 m³n/h in den Reaktor 416 eingeleitet.
Die durch die Leitung 419 austretende Suspension wurde auf einen Gehalt von 6 % Sauerstoff und 4 % Wasserdampf eingestellt, so daß die Bedingungen für die Bildung stabiler Arsenate (Fig. 2) gegeben waren. Um einen Wasserdampfgehalt von 4 % einzustellen, wurde der Feuchtigkeitsgehalt des durch die Leitung 417 zugeführten Eisenerzes in Abhängigkeit von dem Wasserdampfgehalt des durch die Leitung 415 eintretenden Gases und der durch die Leitung 418 eintretenden Fluidisierungsluft gesteuert.
Die in dem Rückführzyklon 420 gesammelten Feststoffe wurden durch die Rückführleitung 421 in den Reaktor 416 zurückgeführt. Das arsenfreie Röstgas enthielt 9,1 % SO&sub2; und wurde durch die Leitung 22 einer Gasreinigung zugeführt und anschließend einer Anlage zur Herstellung von Schwefelsäure. Die Feststoffe, die durch die Leitung 423 aus dem Reaktor 416 abgelassen wurden, enthielten 17,3 % Arsen. Laugungstests mit Wasser ergaben, daß die Löslichkeit von Arsen weniger als 1 mg/l betrug.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform werden die staubhaltigen Gase, die Arsendampf und Dampf von Arsenverbindungen enthalten, durch das Rösten von z.B. sulfidischen Stoffen erzeugt, die Eisen und Arsen enthalten. Solche Stoffe werden im Fe&sub2;O&sub3;-Bereich bei Temperaturen von 500ºC bis 1100ºC in einer ersten Stufe geröstet, der sauerstoffhaltige Gase zugeführt werden. In diesen Stoffen wird Arsen hauptsächlich in Form von Arsenoxiden verflüchtigt, und ein Teil des Schwefelgehalts wird in Form von elementarem Schwefel verflüchtigt. Feststoffe werden aus dem Abgas bei Temperaturen über der Kondensationstemperatur der verflüchtigten Bestandteile entfernt, und die Feststoffe werden als Röstgut abgezogen.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung von goldhaltigen Erzpartikeln mit arsen-, kohlenstoff- und schwefelhaltigen Bestandteilen, umfassend die folgenden Schritte:

Rösten der Erzpartikel in einem Röstreaktor in Gegenwart von wenigstens einer Substanz, die ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend ein freies Oxid, Carbonat, Sulfat, Hydroxid oder Chlorid von Calcium, Magnesium, Eisen und Barium oder Pyrit bei Temperaturen im Reaktor von 475 bis 900ºC in Gegenwart von Wasserdampf bis zu 10 Gew.-% Erz, ohne Bildung einer geschmolzenen Phase auf der Oberfläche der Erzpartikel, wobei die Substanz in dem Reaktor in einer überstöchiometrischen Menge vorhanden ist, so daß sie mit dem Arsen in den Erzpartikeln reagiert, um stabile Arsenate zu bilden, Einleiten von Gas in den Reaktor mit einem anfänglichen Sauerstoffgehalt von 25 Vol.-% bis 65 Vol.-% und Aufrechterhalten einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre von mindestens 1 Vol.-% Sauerstoff in dem Reaktor, bezogen auf eine Basismenge Sauerstoff in der Luft, Rückgewinnung der so gerösteten Erzpartikel als arsenathaltiges Röstgut, wobei aus dem Röstgut Gold durch Auslaugen gewonnen werden kann, und Abziehen eines Abgases aus dem Röstreaktor, welches stabile Arsenate und mindestens 1 Vol.-% Sauerstoff enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Erzpartikel in dem Reaktor in einer Wirbelschicht behandelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Wirbelschicht eine zirkulierende Wirbelschicht ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Temperaturen in dem Reaktor im Bereich von 475ºC bis 600ºC liegen.

5. Verfahren nach Anspruch 11 bei dem in dem Reaktor ein Verhältnis von Eisen zu Arsen aufrechterhalten wird, das ausreicht, um ein Eisenarsenat zu bilden, aber nicht kleiner ist als 3,5 Mol Eisen zu 1 Mol Arsen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem es sich bei dem gebildeten Eisenarsenat um Skorodit oder skoroditartige Verbindungen handelt.