JP6134251B2 - Ｃｏ２を封鎖し、酸性岩排水を含む環境影響を低減し、かつ、有価反応生成物を製造するための、ｃｏ２富化ガスを使用する硫酸塩および／または硫化物に富む廃棄物の加工処理 - Google Patents

Description

本発明は、鉱山廃棄物を加工処理し、価値のある生成物を回収するという分野に関連する。

鉱業は、世界経済の基盤となる多くの有価産品を製造する不可欠な産業であるが、負の環境的結果の歴史を伴う。硫化鉱に関する事業から生じる鉱山廃棄物の流れは、加工処理されていない廃棄岩および加工処理された尾鉱の両方の物質が典型的には相当量の酸化されていない硫化物鉱物または部分的に酸化された硫化物鉱物を含有するので、特に有害である。これらの鉱物は時間とともに、水および大気中の酸素と反応して、硫酸および溶存金属を生じさせることになり、これは、酸性岩排水または酸性鉱山排水として知られている問題である。これにより、水路および地下水が汚染される可能性があり、長期間の環境問題が残される。

鉱山の廃棄岩、尾鉱、ならびに、露天掘り採掘場および地下採掘場などの鉱山構造物から生じる酸性岩排水（ＡＲＤ）は主に、鉱物学上の作用と、岩石鉱物の浸透性と、上記のように、水および酸素の利用可能性の関数である。ＡＲＤは自然に生じ、また、様々な鉱山活動の結果として生じる。ＡＲＤは、採掘活動のこのような状況において、ＡＲＤの一部である酸性鉱山排水（ＡＭＤ）と称される場合がある。

鉱区内では、作業および長期貯蔵中の現場条件が非常に変わりやすく、かつ、事前に評価することが困難であるので、ＡＲＤの潜在的可能性を予測することは現在、難しく、費用がかかり、また、信頼性が疑わしい。採掘作業からのＡＲＤは、費用のかかる問題であり、かつ、鉱山経営者および政府の両方が同等に、解決策を探し求めている問題である。地表水への酸寄与に加えて、ＡＲＤは、ヒ素、カドミウム、銅、鉛、水銀および亜鉛などの金属が鉱山廃棄物から浸出する原因となる場合がある。この金属負荷は環境被害を引き起こしており、また、環境的観点において酸性度よりも大きい関心事である場合がある。厳密な工学および設計にもかかわらず、酸性の金属含有水および／または硫化物含有物質の閉じ込めおよび処理は、人的過誤、機械的故障、認識されていない地質学的特徴または極端な気候事象によって損なわれ得る。

酸を生じさせる潜在的可能性を採掘活動の結果として有する廃棄物には、尾鉱などの採掘物、廃棄岩の堆積物または投棄物、および、堆積浸出作業からの使用済み鉱石が含まれる。採掘廃棄物ではないが、露天掘り作業の立抗壁、地下鉱山に残された鉱化領域、および、備蓄鉱石もまた、ＡＲＤを生じさせる潜在的可能性を有する。

簡単に言えば、酸は、金属硫化物鉱物が酸化されるときに生じる。金属硫化物鉱物は、多くの鉱山および未採掘の鉱物埋蔵地において鉱石本体および周囲の母岩に存在する。これらの鉱物の酸化および硫酸の形成は天然の風化プロセスを介して生じるが、未かく乱の鉱石本体の酸化速度、ならびに、酸の放出および金属の可動化は通常の場合、低い浸透性および天然の緩衝反応のために遅い。したがって、そのような未かく乱鉱床からの流出は、受け入れ側の水生生態系に限定された脅威を及ぼすものの、水生生態系は通常、ＡＲＤ成分が存在する場合、ＡＲＤ成分の自然に上昇したレベルに対して適応してきている。

採掘活動に伴う抽出操作は、増大した表面積を有する多量の硫化物含有岩石物質を空気および水に曝露することによってこれらの酸化反応の速度を大きく増大させ得る。硫化物鉱物の酸化は数多くの反応からなり、それぞれのタイプの硫化物鉱物が異なる酸化速度を有する。例えば、磁硫鉄鉱、白鉄鉱およびフランボイダル黄鉄鉱は急速に酸化するであろうし、一方、結晶性黄鉄鉱は通常はより遅く酸化するであろう。一般的な硫化物鉱物が表１において特定される。
（表１）
表１：硫化物鉱物の部分的リスト^１
鉱物 組成
黄鉄鉱 ＦｅＳ_２
白鉄鉱 ＦｅＳ_２
黄銅鉱 ＣｕＦｅＳ_２
輝銅鉱 Ｃｕ_２Ｓ
閃亜鉛鉱 ＺｎＳ
方鉛鉱 ＰｂＳ
針ニッケル鉱 ＮｉＳ
磁硫鉄鉱 Ｆｅ_１−ｘＳ（式中、０＜ｘ＜０．２）
硫砒鉄鉱 ＦｅＡｓＳ
辰砂 ＨｇＳ
Ｆｅｒｇｕｓｏｎ、Ｋ．Ｄ．およびＰ．Ｍ．Ｅｒｉｃｋｓｏｎ、１９８８、酸性鉱山排水の採掘前予測、Ｄｒｅｄｇｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ Ｍｉｎｅ Ｔａｉｌｉｎｇｓ（編者：Ｄｒ．Ｗｉｌｌｅｍ ＳａｌｏｍｏｎｓおよびＤｒ．Ｕｌｒｉｃｈ Ｆｏｒｓｔｎｅｒ教授、版権：Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ Ｂｅｒｌｉｎ Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ、１９８８年）。

酸生成を支配する主たる要因には、存在する特定の硫化物鉱物、水分含有量、酸素レベル、浸透性、周囲温度、三価鉄（ｆｅｒｒｉｃ ｉｒｏｎ）の濃度、および、一部の場合には、酸化反応を触媒することができる細菌の存在が含まれる。同様に重要なものが、硫化物鉱物の物理的な産出／タイプである。大きい、十分に結晶化した（自形）鉱物は、同様な体積の不規則形状のより細かい粒状鉱物よりも小さい露出表面積を有しており、したがって、それほど急速には反応しない。

さらに、ＡＲＤは硫酸を含有するので、汚染された流出水（硫化物鉱物間の接触部で、空気および水に暴露しているところに起因する流出水）のｐＨが、進行しつつある硫化物の酸化とともに低下し続ける。これらの低ｐＨ条件のもとでは、硫酸第二鉄が、硫化鉛、硫化銅、硫化亜鉛または硫化カドミウムなどの他の鉱物を酸化することができる三価鉄に酸化される場合がある。結果として、ＡＲＤはしばしば、高濃度の毒性の溶存金属を含有する。

水および酸素の両方が、酸排水を生じさせるために必要であることが、明らかである。水は、反応物として、また、酸素および水性生成物を輸送するための機構として両方で働く。大気中酸素の容易な供給が、酸化反応を推進させるために要求される。

ＡＲＤの軽減は多くの場合、廃棄生成物を水に浸けること、または、廃棄生成物を不浸透性層により覆うことによって行われており、これらの両方が、酸素を反応性物質に到達させないために意図される。これらの方法は費用がかかり、かつ、継続する管理および監視を、事業が操業を停止した後も何十年間にもわたって必要とする。長期環境被害の危険性および閉鎖事業の費用は、硫化物鉱物のすべてまたはほとんどを化学的に安定な形態にまでより迅速に変換するプロセスによって大きく減らすことができる。より良好で、より効率的で、かつ、より経済的なプロセスが求められている。

活発な鉱山事業はまた、特に選鉱プロセスがエネルギー集約的であることにより、相当量の電気を消費し、熱を建造物または加工処理工程のために必要とすることが多い。多くの元鉱区は、十分に活用されていない送電線によって配電網に依然として接続されている。多くの地域において、鉱山の電力需要に応えるための既存の発電能力、および、鉱山が接続される既存の配電網は十分でなく、新しい火力発電所がこの需要を満たすために計画されている。発電所および暖房設備では多くの場合、相当量のＣＯ_２（知られている温室効果ガス）を含有する排出物を生じさせる炭化水素、例えば、石炭、石油または天然ガスなどを燃焼させる。ＣＯ_２封鎖、すなわち、ＣＯ_２を大気から除く形態でＣＯ_２が閉じ込められるプロセスが、世界中の政府が気候変動について懸念するにつれ、ますます重要になりつつある。

Ｆａｒｏ Ｍｉｎｅ（ユーコン州、カナダ）は、経営者が破産したときに環境的に健全でない状態で残された現場の一例である。この事業は現在廃鉱されつつあり、２５年の期間にわたって浄化するためにカナダ連邦政府に７００万ドル超を支払わせることが予想される。Ｆａｒｏでのこの浄化は、すべての反応性廃棄物を、酸素が反応性廃棄物に到達することを妨げる不浸透性カバーの下に覆うことを含む。これらのカバーがいつか損傷するならば、物質は、再び反応を開始することになる。制御された環境においてこのプロセスを促進させるための手段は大いに有益であると思われる。

したがって、処理システム、特に、原位置操作に対して適合可能であり、硫化物に富む廃棄物が、ＡＲＤを含む環境影響を減らすために処理され、かつ、有価反応生成物もまた得られる処理システムが、様々な鉱業の間で求められている。

上記短所のすべてを取り除くこと、または軽減することが、本発明の目的である。

本発明は、１つの態様において、硫酸塩および／または硫化物に富む鉱山廃棄物および産業廃棄物を、ＣＯ_２富化ガス混合物を使用して加工処理するための手段であって、廃棄物のＡＲＤおよび／または金属浸出特性を除くか、または低下させ、かつ、同時に、ＣＯ_２を封鎖する炭酸塩鉱物を製造するための手段を提供する。
別の態様において、硫酸塩および／または硫化物に富む廃棄物（金属硫化物鉱物を含む）を安定化するためのプロセスであって、廃棄物をＣＯ_２富化ガス混合物に曝露すること、ＣＯ_２富化ガス混合物を硫酸塩鉱物および／または金属硫化物鉱物と反応させること、ならびに、ＣＯ_２枯渇ガス混合物と、炭酸塩含有化合物と、精製金属（または、精錬もしくは精製のために好適な金属に富む化合物）、硫酸、イオウ、硫化水素、二酸化イオウ、三酸化イオウおよび亜硫酸からなる群から選択される少なくとも１つの生成物とを形成することを含むプロセスが提供される。

別の態様において、本発明のプロセスは、（ａ）硫酸塩および／または硫化物に富む廃棄物を反応域においてＣＯ_２富化ガス混合物と接触させて、反応混合物を製造すること；（ｂ）反応混合物から金属副生成物を回収すること；および（ｃ）硫酸、亜硫酸、硫化水素、二酸化イオウ、三酸化イオウおよび／または元素イオウを前記反応混合物から分離および回収することを含む。

本発明は、別の態様において、硫酸塩および／または硫化物に富む鉱山廃棄物および産業廃棄物を加工処理するための装置であって、（ａ）未破砕の廃棄岩、破砕された廃棄岩または粉砕された廃棄岩、乾燥尾鉱、湿潤尾鉱、あるいは、硫化物鉱物に富む他の物質の少なくとも１つを含む鉱山廃棄物または産業廃棄物を含む反応域；（ｂ）ＣＯ_２富化ガス混合物の送達のための前記反応域内への供給ライン；（ｃ）水および他の反応物のための供給ライン；および（ｄ）固体および液体の反応生成物を分離するための手段を含む装置を提供する。

本発明は、別の態様において、硫酸塩および／または硫化物に富む廃棄物（金属硫化物鉱物を含む）を安定化するための加工処理システムであって、二酸化炭素供給源からの少なくともいくらかの二酸化炭素排出物の供給（ただし、前記供給は、前記二酸化炭素供給源からの前記二酸化炭素排出物の少なくとも一部を含有するように構成される）と、前記二酸化炭素供給源からの前記二酸化炭素排出物の前記少なくとも一部を受け取るように構成される少なくとも１つの加工処理用反応器（ただし、前記反応器はまた、未破砕の廃棄岩、破砕された廃棄岩または粉砕された廃棄岩、乾燥尾鉱、湿潤尾鉱、あるいは、硫化物鉱物に富む他の物質の少なくとも１つを含む鉱山廃棄物または産業廃棄物を受け取る）とを含む加工処理システムを提供する。

本発明はまた、ＡＲＤを処理するための方法であって、ａ）ＡＲＤの源を反応域においてＣＯ_２富化ガス混合物と接触させて、反応混合物を製造する工程、（ｂ）反応混合物から金属副生成物を回収する工程；および（ｃ）硫酸、亜硫酸、硫化水素、二酸化イオウ、三酸化イオウおよび／または元素イオウを反応混合物から分離および回収する工程を含む方法を提供する。

本プロセスは効率的に、（ａ）硫酸塩および硫化物に富む未反応の鉱山廃棄物および産業廃棄物を処理し、（ｂ）硫酸塩および硫化物に富む未反応の廃棄物のＡＲＤ可能性を低下させるか、または除き、（ｃ）硫酸塩および硫化物に富む未反応の廃棄物の金属浸出可能性を低下させるか、または除き、（ｄ）価値のある金属生成物を製造し、（ｅ）ＣＯ_２を、発電所、石灰釜、セメント工場または他のＣＯ_２排出源から消費し、（ｆ）ＣＯ_２を化学的に安定な炭酸塩鉱物の形態で封鎖し、（ｇ）鉱区または工業用地の環境成績を改善し、（ｈ）炭化水素を燃料とする発電施設、暖房設備、石灰釜、セメント工場または他のＣＯ_２発生産業プロセスの環境成績を改善し、（ｉ）歴史的な操業していない鉱区または工業用地の浄化を可能にし、（ｊ）価値のある高濃度の硫酸または亜硫酸を製造し、（ｋ）ガス状の硫化水素、二酸化イオウおよび／または三酸化イオウを、価値のある高濃度の硫酸または亜硫酸あるいは元素イオウへの変換のために回収し、かつ、取り除き、（ｌ）価値のある元素イオウを製造し、また、（ｍ）価値のある金属または金属に富む化合物を製造し、あるいは、それらの任意の組合せをもたらす。

まとめると、本発明のプロセスは、（本明細書中では金属硫化物鉱物とも称する）反応性の硫化物鉱物のすべてまたは実質的にすべてを化学的に安定な形態に変換し、一方、同時にＣＯ_２を封鎖する。様々な廃棄物に対する使用は有益であり、広範囲に及ぶ。例えば、不活性な物質を製造するためにＣＯ_２富化ガスを使用する、尾鉱ダムおよび廃棄物堆積場に貯蔵される廃棄物の促進された反応が、非常に望ましい環境上の解決策である。
本プロセスの付随的な、それにもかかわらず、重要な態様は、硫酸塩鉱物および／または硫化物鉱物の変換のために使用されるＣＯ_２富化ガス混合物が、炭化水素燃焼操作または他のＣＯ_２生成産業プロセスから直接に使用され得ることであり、それにより、そのような操作の温室効果ガス排出物を著しく低減させる。

本発明の様々な実施形態が、下記の説明、および、そのような実施形態を例示する添付された図面を参照することによって最もよく理解される。
ＣＯ_２富化ガス混合物と、スラリー形態である鉱山廃棄産物および産業廃棄産物との反応を、Ｈ_２ＳＯ_４、Ｈ_２Ｓ、ＳＯ_２、ＳＯ_３、元素イオウおよび金属生成物の回収、ならびに、炭酸塩鉱物でのＣＯ_２の封鎖とともに示すブロックフロー図を例示する。 ＣＯ_２富化ガス混合物と、さらなる粉砕および／または破砕を必要とする鉱山廃棄産物および産業廃棄産物との反応を、Ｈ_２ＳＯ_４、Ｈ_２Ｓ、ＳＯ_２、ＳＯ_３、元素イオウおよび金属生成物の回収、ならびに、炭酸塩鉱物でのＣＯ_２の封鎖とともに示すブロックフロー図を例示する。 ＣＯ_２富化ガス混合物と、既存の鉱山廃棄物堆積または産業廃棄物堆積からの粗粒物質との原位置反応を、Ｈ_２ＳＯ_４、Ｈ_２Ｓ、ＳＯ_２、ＳＯ_３、元素イオウおよび金属生成物の回収、ならびに、炭酸塩鉱物でのＣＯ_２の封鎖とともに示すブロックフロー図を例示する。 イオウの生物地球化学的循環を示すブロックフロー図を例示する。 本発明の１つの態様に従う向流反応器のブロックフロー図を例示する。

次に、発明の特定の請求項について詳しく言及する。この場合、それらの実施例が、付随する構成および式において例示される。発明が、列挙された請求項と併せて記載されるであろうが、それらは、発明をそのような請求項に限定することを意図されないことが理解されるであろう。それどころか、発明は、請求項によって定義されるような発明の範囲に含まれ得るすべての代替物、改変物および均等物を包含することが意図される。

発明の好ましい実施形態

発明の１つまたは複数の実施形態の詳細な記載が、発明の原理を例示する添付された図と一緒に下記に提供される。発明がそのような実施形態に関連して記載されるが、発明はどのような実施形態にも限定されない。発明の範囲は請求項によってのみ限定され、発明は、数多くの代替物、改変物および均等物を包含する。数多くの具体的細部が、発明の完全な理解を提供するために下記の記載において示される。これらの細部は例示目的のために提供され、発明は、これらの具体的細部の一部またはすべてを伴うことなく請求項に従って実施される場合がある。明確化のために、発明に関連する技術分野において知られている技術的資料は、発明が不必要なほどに不明瞭にならないならば、詳しく記載されていない。

別途定義される場合を除き、本明細書中で使用されるすべての技術的用語および科学的用語は概して、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。概して、本明細書中で使用される命名法、ならびに、化学、分析化学、地球化学および鉱物学における実験室手順は、この技術分野において広く知られ、かつ、一般に用いられるものである。

用語「発明」および類似する用語は、明示的に別途規定される場合を除き、「本出願において開示される１つまたは複数の発明」を意味する。

「（１つの）態様（ａｎ ａｓｐｅｃｔ）」、「（１つの）実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「実施形態（ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ））、「実施形態（ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ））、「実施形態（ｔｈｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」、「１つまたは複数の実施形態（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」、「一部の実施形態（ｓｏｍｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」、「特定の実施形態（ｃｅｒｔａｉｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」、「１つの実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」および「別の実施形態（ａｎｏｔｈｅｒ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」などの用語は、明示的に別途規定される場合を除き、「開示された発明の１つまたは複数（しかし、すべてではない）の実施形態」を意味する。

ある発明の「変形」という用語は、明示的に別途規定される場合を除き、当該発明の１つの実施形態を意味する。

１つの実施形態を記載することにおける「別の実施形態」または「別の態様」に対する言及は、明示的に別途規定される場合を除き、言及された実施形態が別の実施形態（例えば、言及された実施形態の前に記載される実施形態）に関して相互に排他的であることを暗示しない。

本明細書において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）、構成される（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ）、および、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」の用語、ならびに、「包含する（ｉｎｃｌｕｄｅ）、包含する（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）、含まれる（ｉｎｃｌｕｄｅｄ）、および、包含する（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」の用語は、完全に交換可能であると見なされ、これらには、できる限り広い解釈が与えられなければならない。

「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」の用語は、明示的に別途規定される場合を除き、「１つまたは複数（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」を意味する。

用語「複数」は、明示的に別途規定される場合を除き、「２つ以上」を意味する。

用語「本明細書中」は、明示的に別途規定される場合を除き、「参照によって組み込まれ得るどのようなものも含めて、本出願において」を意味する。

用語「個別の」および類似する用語は、「個々に見て」を意味する。したがって、２つ以上のことが「個別の」特徴を有するならば、それぞれのそのようなことがそれ自身の特徴を有しており、これらの特徴は互いに異なり得るが、必ずしも互いに異なる必要はない。例えば、表現「２つの機械のそれぞれが個別の機能を有する」は、第１のそのような機械が所与の機能を有し、第２のそのような機械が所与の機能を同様に有する」ことを意味する。第１の機械の機能は第２の機械の機能と同じであってもよく、または、同じでなくてもよい。

用語「すなわち（ｉ．ｅ．）」および同様な用語は、「すなわち（ｔｈａｔ ｉｓ）」を意味し、したがって、それによって説明される用語または表現を限定する。

用語「ＳＴＰ」は、国際純正・応用化学連合によって定義されるような標準温度と標準圧力（２７３．１５Ｋ、０．９８６気圧）を示す。

用語「ＡＲＤ」は酸性岩排水（大気中酸素及び水と、鉱物との間における反応によって引き起こされる状態）を示す。この状態は酸性の流出水をもたらすことがある。この流出水は、硫酸塩および硫化物に富む鉱物が酸化されるところで、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）から主に構成される。本発明の範囲に関して、ＡＲＤの源は、金属硫化物または金属硫酸塩を含有する物質を含む。別の実施形態において、金属硫化物または金属硫酸塩を含有する物質は、鉱石、鉱山廃棄岩および金属硫化物尾鉱からなる群から選択される。さらに別の実施形態において、金属硫化物または金属硫酸塩を含有する物質は、黄鉄鉱、磁硫鉄鉱、白鉄鉱、硫砒鉄鉱、輝銀鉱、黄銅鉱、辰砂、方鉛鉱、輝水鉛鉱、硫鉄ニッケル鉱、鶏冠石、閃亜鉛鉱、輝安鉱、および、これらの組合せからなる群（これに限定されない）から選択される１つまたは複数の金属硫化物を含む。

用語「硫化物」は、金属とのイオウの二元化合物を示す。

本明細書中で使用されるように、用語「金属硫化物（ｍｅｔａｌ ｓｕｌｆｉｄｅ）」（「ｓｕｌｐｈｉｄｅ」とも綴られる）は、金属カチオンと、硫化物アニオンまたは二硫化物アニオンとの両方を含有する化合物を示す。このような化合物には、黄鉄鉱（二硫化鉄、ＦｅＳ_２）、磁硫鉄鉱（Ｆｅ_１−ｘＳ）、白鉄鉱（ｍａｒｃａｓｉｔｅ、ｗｈｉｔｅ ｉｒｏｎ ｐｙｒｉｔｅ）、硫砒鉄鉱（ＦｅＡｓＳ）、輝銀鉱（Ａｇ_２Ｓ）、黄銅鉱（ＣｕＦｅＳ_２）、辰砂（ＨｇＳ）、方鉛鉱（ＰｂＳ）、輝水鉛鉱（ＭｏＳ_２）、硫鉄ニッケル鉱［（Ｆｅ，Ｎｉ）_９Ｓ_８］、鶏冠石（α−Ａｓ_４Ｓ_４）、閃亜鉛鉱［（Ｚｎ，Ｆｅ）Ｓ］および輝安鉱（Ｓｂ_２Ｓ_３）が含まれるが、これらに限定されない。金属硫化物は、石炭を含めて、多数の鉱石における不純物、高含有量成分または低含有量成分として存在する場合がある。

本明細書中で使用されるように、用語「硫化物に富む」は、上記の硫化物鉱物（これらに限定されない）を含めて、高いレベル（好ましくは２重量％超）の硫化物鉱物を含有する化学的物体／物質を示す。明確にするために、用語「硫化物に富む」は、本明細書中に記載されるように、硫酸塩に基づく化合物をさらに含む組成物を包含する。

本明細書中で使用されるように、硫酸塩（ｓｕｌｆａｔｅ（ｓｕｌｐｈａｔｅとも綴られる））は、硫酸の共役塩基である硫酸イオンを示す。硫酸イオンは、実験式ＳＯ_２ ^−４を有する多原子アニオンである。イオン性硫酸塩が、金属硫化物または金属亜硫酸塩を酸化することによって調製される。ＡＲＤは、それらの毒性および環境責任のために酸性度および溶存金属について大きく注目されるが、一部の系では高い濃度にもかかわらず、ＡＲＤにおける溶存硫酸塩について、やや少ない注意しか払われない。本発明のプロセスは両方に対処する。

用語「堆積」は、不浸透性に裏張りされた浸出用パッドの上に置かれた破砕鉱石および／または凝集鉱石の山、山積みまたは投棄物を示す。この堆積は、関連した鉱山の操業期間中の一時期においてであったか、または、目的とする金属を浸出するために設計される溶液を供給するという意図とともに積み重ねられ、溶液を供給された。

プロセスに関して、用語「原位置」は、あるプロセスが、固体供給源物質の除去または再配置を伴うことなく、反応物を注入するか、または、他の場合には加えることによって、既存の山積み、堆積または他の物質供給源の内部で生じることを示す。

用語「金属生成物」は、鉛（Ｐｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）および鉄（Ｆｅ）（これらに限定されない）を含む高濃度金属または精製金属の売却可能な形態を示す。

用語「ＣＯ_２」は二酸化炭素ガスを示す。

用語「ＣＯ_２富化ガス混合物」は、高いレベル（一般に１重量％超）のＣＯ_２を含有するガスの混合物を示す。好ましい形態において、純ＣＯ_２は本発明のプロセス内の反応物として使用されない。最も好ましい形態において、ＣＯ_２富化ガス混合物は、（例えば、ＣＯ_２だけでなく、Ｏ_２、Ｎ_２および／またはＳＯ_２も含む）ガスの混合物である。本発明の範囲内において、各種ＣＯ_２ガスまたはＣＯ_２ガス混合物の広範囲の様々な供給源が使用されてもよい。好ましくは、ＣＯ_２ガスまたはＣＯ_２富化ガス混合物は、商業的ＣＯ_２排出源または工業的ＣＯ_２排出源、例えば、発電所、石灰釜、セメント工場、炭化水素を燃料とする発電施設、暖房設備、天然ガス加工処理工場、合成燃料工場、または、化石燃料に基づく水素製造設備、あるいは、ＣＯ_２発生のいずれかの他の化石燃料エネルギー施設またはバイオマスエネルギー施設に由来する。最も好ましくは、硫化物鉱物の変換のために使用されるＣＯ_２富化ガス混合物は炭化水素燃焼操作に由来し、炭化水素燃焼操作から直接に使用される。ＣＯ_２富化ガスは、１つの好ましい形態において、石灰工場またはセメント工場、あるいは、他の工業的プロセスに由来してもよい。

用語「Ｈ_２ＳＯ_４」は、水溶液での硫酸を示す。

用語「Ｈ_２Ｓ」は、ガス状形態での硫化水素を示す。

用語「ＳＯ_２」は、ガス状形態での二酸化イオウを示す。

用語「ＳＯ_３」は、ガス状形態での三酸化イオウを示す。

用語「封鎖」は、ある程度の外部介入を伴うことなく、ＣＯ_２を大気中に容易に放出することがない形態での炭素（主にＣＯ_２由来炭素）の捕獲および長期貯蔵を示す。このことは、ＣＯ_２が大気から除かれるので、貯蔵された炭素の温室効果能を取り除く。

用語「鉱石」は、価値のある構成成分（とりわけ、金属）を利益が出るほどに採掘または抽出することができる鉱物または鉱物の集合体を示す。

用語「乾燥尾鉱」は、金属などの所望される物質の一部またはすべてが抽出され、水がろ過によって除かれた後の微粉砕岩石からなる鉱石の残った部分を示す。

用語「鉱山」は、鉱物、金属または他の地質学的物質の、地球からの抽出、通常の場合には鉱石本体、鉱脈または（石炭）層からの抽出が行われる現場を示す。採掘によって回収される物質には、卑金属、貴金属、鉄、ウラン、石炭、ダイヤモンド、石灰石、オイルサンド、オイルシェール、岩塩およびカリが含まれる。

用語「鉱物」は、通常は結晶性であり、かつ、地質学的プロセスの結果として形成されている元素または化学化合物を示す。鉱物は、特徴的な化学的組成、高度に整列した原子構造、および、特異的な物理的性質を有する。鉱物は、組成において、純粋な元素および単純な塩から、数千の知られている形態を有する非常に複雑なケイ酸塩にまで及ぶ。岩石は１つまたは複数の鉱物の集合体である。

用語「鉱山廃棄物」は、貯蔵、廃棄または処分が行われる鉱石の掘削および選鉱のプロセス中に生じる表土、非鉱石岩石、低品位鉱石、尾鉱または湿式冶金残渣（これらに限定されない）を含めて、どのような廃棄物をも示す。鉱山廃棄物は、ＡＲＤを生じさせ、また、金属を環境中に浸出させ、これにより、土壌、地表水および地下水を汚染するその潜在的可能性のために、知られている汚染源である。

用語「スラリー」は、液体における固形物の濃厚な懸濁物を示す。固体物質は多くの場合、スラリーとしてパイプラインで輸送される。

用語「炭酸塩鉱物」は、炭酸（ＣＯ_３ ^２−）アニオンを含有する鉱物を示す。非限定的な例が、炭酸鉛（ＰｂＣＯ_３、白鉛鉱）、炭酸亜鉛（ＺｎＣＯ_３、菱亜鉛鉱）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３、マグネサイト）および炭酸鉄（ＦｅＣＯ_３、菱鉄鉱）である。

用語「固体」は、明確な構造的剛性、および、（形状および／または体積の変化である）変形に対する抵抗性によって特徴づけられる物質状態を示す。固体における粒子（イオン、原子または分子）は密に詰まっている。粒子間の力は十分に強く、その結果、粒子は自由に動くことはできないが、振動することだけはできる。結果として、固体は、安定なある一定の形状と、ある一定の体積とを有する。

採掘における「尾鉱」という用語は、有価金属および有価鉱物のほとんどが鉱石採掘プロセスで除かれてしまうと、鉱石の脈石または微粒子鉱物の残りものを示す。尾鉱は多くの場合、利用可能な採掘プロセスにより回収することが非経済的である量であるが、残留する有価金属または有価鉱物を含有する。尾鉱は、ＡＲＤを生じさせ、また、金属を環境中に浸出させるその潜在的可能性のために、知られている汚染源である。

用語「湿潤尾鉱」は、金属などの所望される物質の一部またはすべてが抽出された後における、微粉砕岩石およびプロセス液から構成される鉱石の残留部分を示す。湿潤尾鉱は採掘の廃棄生成物である。

本明細書中で使用されるように、「分離する」は、固体、液体および／またはガスをそれ以外のものの少なくとも１つから除くというプロセスを示す。このプロセスは、当業者に知られているどのような技術をも用いることができる（例えば、混合物をデカンテーションすること、固体を混合物からろ過すること、または、これらの組合せ）。

示された数値範囲はどれも、その範囲に含まれる整数および小数を含むものとする。例えば、範囲の「１〜１０」は、１と１０との間の整数（例えば、１、２、３、４、９）、および、非整数（例えば、１．１、１．２、・・・、１．９）を具体的に含むように解釈されるものとする。

２つ以上の用語または表現が、（例えば、これらの用語または表現が同義的であるという明示的表明のために）同義的である場合、１つのそのような用語／表現の場合は、別のそのような用語／表現の場合が異なる意味を有しなければならないことを意味しない。例えば、表明により、「包含する（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」の意味が、「包含するが、［それら］に限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と同義的であるとされる場合、表現「包含するが、［それら］に限定されない」の単なる使用は、用語「包含する」が「包含するが、［それら］に限定されない」以外の何かを意味することを意味していない。

発明の名称（本出願の最初の頁の冒頭に示される）および要約書（本出願の最後に示される）のどちらも、開示された発明（１つまたは複数）の範囲としていかなる点においても限定するものとして解釈してはならない。本出願の名称、および、本出願において設けられた節の見出しは便宜のためだけであり、いかなる点においても開示を限定するものとして解釈してはならない。

課題

上記されたように、ＡＲＤは、岩石中の硫酸塩鉱物および／または硫化物鉱物が空気および水に曝露されるときに硫酸が生成されるプロセスである。例えば、硫酸塩鉱物および／または硫化物鉱物を含有する多量の岩石が露天掘り採掘場から掘削されるか、または、地下鉱山において露出するとき、それらは水および酸素と反応して、硫酸を作り出す。硫酸塩鉱物および／または硫化物鉱物が完全に反応するまで（数百年、数千年でさえも継続し得るプロセス）、岩石が空気および水に曝露される限り、酸が岩石から浸出することになる。酸が雨水または表面排水によって鉱区から運び去られ、近くの小川、河川、湖および地下水に溜まる。ＡＲＤは水質をひどく悪化させ、そして、水生生物を殺し、かつ、水を事実上使用不能にし得る。

図４はイオウの地球化学的循環を示す。地球の堆積物および地殻におけるイオウの大部分が一次性の元素イオウおよび硫化物鉱物の形態で存在しており、これらは生物的プロセスおよび非生物的プロセスの両方により硫酸塩に酸化されることがある。これが、ＡＲＤに関わるプロセスである。

土壌中の硫酸塩は植物によって取り込まれ、タンパク質に同化され得る。植物が枯れ、朽ちたとき、微生物がタンパク質中のイオウを硫化水素または硫酸塩に無機物化する。その後、酸化還元条件および生物相の関与に依存して、硫化水素が金属と化合して、金属硫化物を形成し得るか、あるいは、硫化水素が元素イオウまたは二酸化イオウに酸化され得る。硫化水素が金属と化合する場合、自生のまたは二次的な硫化物鉱物が形成される。大気中では、二酸化イオウが酸化され、水と化合して、酸性雨として陸上環境および水性環境に対して報告されることがある硫酸を形成する場合がある。硫酸塩と硫化水素との間における直接的な変換が様々なプロセスを介して達成され得る。

人間の活動が、上記イオウ循環およびＡＲＤの形成の自然界の側面に対する大きな影響を有してきた。人間の影響がなければ、一次性の元素イオウおよび硫化物鉱物は、それらが地殻変動事象により隆起させられ、その後、侵食および自然の風化プロセスにより放出されるまで何百万年にもわたって岩石中に固定されたままであろう。

ＡＲＤと同様に、炭素封鎖は、メディアにおいて、また、化石燃料の製造および使用に関わる政府当局および産業の中で多大の注目を集める問題である。化石燃料の燃焼が米国における温室効果ガス排出物のおよそ８３％に関わっている。現在、米国は６．０×１０^９トンの二酸化炭素を毎年排出しており、この値は今後２０年間にわたって２７％増大することが予想される。さらに、大気中の二酸化炭素（ＣＯ_２）などの温室効果ガスの増大する濃度と、地球的気候変動との間における報告された関連は、ＣＯ_２排出に上限を設け、かつ、現在の排出を削減することを目指す環境基準を採用することをいくつかの国々に促してきている。米国は一連の類似する基準を採用していないが、２００７年４月に、米国最高裁判所が、二酸化炭素が汚染物質であること、および、米国環境保護局（Ｕ．Ｓ．ＥＰＡ）が、自動車からの二酸化炭素排出を規制するための権限および義務を有することを裁定した。より最近では、Ｕ．Ｓ．ＥＰＡは、二酸化炭素が人間の健康および環境に対する脅威になっていると決定し、また、二酸化炭素が今後、大気汚染防止法により規制され得る５つの他の温室効果ガスのリストに加えられることになると決定した。二酸化炭素排出規制に関する近年の活動を考えると、連邦政府が炭素キャップ・アンド・トレード法案を成立させるかもしれないことが計画されている。このことが最終的に生じるとき、公益事業会社および石炭会社は、石炭火力発電所の大きな二酸化炭素フットプリントのために連邦の二酸化炭素規制によって特に影響を受ける立場にある。二酸化炭素基準は米国内の発電所からの排出には何ら適用されていないが、数十の新たな石炭火力発電所のための計画は、将来の気候変動立法に関心がある州を中心に展開する争点のために廃止されているか、または、遅れているかのどちらかである。気候変動の原因に対する世界的合意があろうと、または、なかろうと、米国内の二酸化炭素排出企業は近いうちに、排出を削減し、かつ（あるいは）、炭素クレジットを購入するか、または生み出す炭素管理プロトコルを実行することが要求されるであろうと思われる。

本発明のプロセスの範囲内において、１つの重要な態様が、ＡＲＤの低減、ならびに、硫酸塩および／または硫化物に富む廃棄物の流れの金属浸出の低減である。本プロセスに対する別の重要な利点が、炭酸塩鉱物でのＣＯ_２の封鎖である。これらの利点が、下記の反応（これらに限定されない）などの反応により生じる：
ＦｅＳ_２＋ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ → ＦｅＣＯ_３＋２Ｈ_２Ｓ＋０．５Ｏ_２
ＦｅＳ_２＋ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋３．５Ｏ_２ → ＦｅＣＯ_３＋２Ｈ_２ＳＯ_４
ＦｅＳ＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ → ＦｅＣＯ_３＋Ｈ_２Ｓ
ＦｅＳ＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ＋２Ｏ_２ → ＦｅＣＯ_３＋Ｈ_２ＳＯ_４
ＺｎＳ＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ → ＺｎＣＯ_３＋Ｈ_２Ｓ
ＺｎＳ＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ＋２Ｏ_２ → ＺｎＣＯ_３＋Ｈ_２ＳＯ_４

したがって、本発明は、硫酸塩および／または硫化物に富む鉱山廃棄物および産業廃棄物を、ＣＯ_２富化ガス混合物を使用して処理して、炭酸塩鉱物を製造し、それにより、ＣＯ_２を封鎖し、かつ、廃棄物のＡＲＤおよび／または金属浸出特性を低下させるか、または除くためのプロセスを提供する。重要なプロセスは、（ａ）硫酸塩および／または硫化物に富む廃棄物をＣＯ_２富化ガス混合物と接触させて、周囲の大気環境においてより安定である反応済み廃棄物を製造すること；（ｂ）潜在的に価値がある金属副生成物を反応済みスラリーから回収すること；および（ｃ）硫酸または元素イオウを、反応済みガスおよび流体から分離および回収することを含む。

硫酸塩および／または硫化物に富む鉱山廃棄物を、ＣＯ_２富化ガス混合物を使用して加工処理して、炭酸塩鉱物を製造し、それにより、（１）ＡＲＤを低減するか、または除くこと、および、（２）ＣＯ_２を封鎖することの二重の利点を達成することが、本発明の目的である。

イオウ化合物を付加価値付いた売却可能な生成物（例えば、硫酸および元素イオウなど）に分離することが、本発明の別の目的である。

１つまたは複数の既存の堆積、廃棄岩の山積み、尾鉱のダムまたは積み重ね、および、再加工処理されたスラリーを含む、硫酸塩および／または硫化物に富む鉱山廃棄物を加工処理することが、本発明の目的である。

１つの好ましい態様において、炭化水素発電所、石灰釜、セメント工場または他のＣＯ_２排出源からの排ガスを受け取り、加工処理することが、本発明の目的である。本プロセスは、さらに人為的に高くした温度または圧力を、反応目標を操作するために、また、反応目標を達成するために必要としないことが、本発明のさらに好ましい態様である。

硫酸塩および／または硫化物に富む鉱山廃棄物または産業廃棄物をＣＯ_２富化ガス混合物にさらして、周囲の大気環境において安定である反応済み廃棄物を製造することが、本発明の目的である。

１つの好ましい態様において、ＣＯ_２富化ガスであり、純ＣＯ_２でない、炭化水素発電所、石灰釜、セメント工場または他のＣＯ_２排出源からの排ガスを受け取り、加工処理することが、本発明の目的である。この実施形態において、本発明のプロセス内では、純ＣＯ_２ガスを用いるよりも、（Ｏ_２、Ｎ_２および／またはＳＯ_２を潜在的に含有する）ガスの混合物が使用されることが好ましい。

本発明の１つの態様において、鉱山廃棄物は、乾燥した鉱山廃棄物、乾燥尾鉱、湿潤尾鉱、および、堆積からなる群から選択される。より具体的には、処理されるべき鉱山廃棄物は、粗い岩石または細かい岩石のどちらも可能である。

本発明は、硫酸塩および／または硫化物に富む廃棄物（金属硫化物鉱物および／または金属硫酸塩を含む）を安定化するためのプロセスであって、廃棄物をＣＯ_２富化ガス混合物に曝露すること、ＣＯ_２富化ガス混合物を硫酸塩鉱物および／または金属硫化物鉱物と反応させること、ならびに、ＣＯ_２枯渇ガス混合物と、炭酸塩含有化合物と、精製金属、または、精錬もしくは精製のために好適な金属に富む化合物、硫酸、イオウおよび亜硫酸からなる群から選択される少なくとも１つの生成物とを形成することを含むプロセスを提供する。

１つの態様において、反応域または反応槽の内部において、廃棄物、ガス混合物、水および他の反応物が一緒にされるとき、標準温度と標準圧力（ＳＴＰ）の条件が存在する。すなわち、この態様では、本発明の二重プロセスが生じるために温度条件または圧力条件に対する外的変更を行うことが要求されない。そうは言っても、反応期間中に、温度および圧力が化学反応の結果として上がる場合がある。さらに、反応域または反応槽における温度条件または圧力条件が、供給源、例えば、炭化水素燃焼操作からのＣＯ_２富化ガス混合物の添加の結果として本質的に高まる場合がある。

別の態様において、反応域または反応槽における温度および／または圧力が上げられる場合がある。温度および圧力のそのような範囲は変化してもよい。これらの条件は、本明細書中に記載されるように、システムの操作者によって操作される場合があり、あるいは、高温の供給ガスが、発電所、石灰釜、セメント工場または他のＣＯ_２供給源から直接に反応域に入る結果として操作される場合がある。

このようにして、反応域における温度が、
・約５００℃まで
・約４００℃まで
・約３００℃まで
・約２００℃まで
・約１５０℃まで
の温度に上がる場合がある。

このようにして、反応域または反応槽における圧力が、
・約１０気圧まで
・約７気圧まで
・約５気圧まで
・約２気圧まで
局所的に上げられる場合がある。

そのような圧力上昇および／または温度上昇が、反応物の流れおよび混合を促進させるために、本明細書中に記載および主張される反応に従って、好適な長さの時間にわたって生じる。例示的な長さの時間が１分から２４時間にまで及ぶ。

固体および液体の反応生成物を分離するための手段がフィルターであることが好ましい。

１つの態様において、本発明の装置は、（ａ）硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）を、反応済み液体生成物から分離する反応器；（ｂ）元素イオウを、反応済み液体生成物から製造する反応器；（ｃ）溶液中の高濃度金属または固体の金属生成物のどちらかを製造する精製装置；（ｄ）様々なサイズの供給流由来の微粒子物質を製造することができる破砕および粉砕回路；（ｅ）硫化水素（Ｈ_２Ｓ）ガス、二酸化イオウ（ＳＯ_２）ガスまたは三酸化イオウ（ＳＯ_３）ガスを、反応済みガス生成物から除くスクラバーのうちの１つまたは複数をさらに含む場合がある。

本発明のさらにさらなる態様において、原位置プロセスを含有するように適合されたシステムであって、例えば、反応域が、封じ込められた原位置での廃棄物現場であるシステムが提供される。この場合、このシステムは、（ａ）不浸透性裏張り上の堆積または山積みに位置する、硫酸塩および／または硫化物に富む鉱山廃棄物または産業廃棄物の供給源；（ｂ）反応済みの液体を不浸透性裏張りから排水するための一連のパイプまたは内張りされた溝；（ｃ）反応済みの液体を貯蔵するための容器；（ｄ）注入ガスを閉じ込めるためのキャップまたはカバー；（ｅ）ＣＯ_２富化ガス混合物の供給源；（ｆ）水および他の反応物；（ｇ）水および反応物を堆積に分配するための、カバーの下にあるパイプシステム；（ｈ）ＣＯ_２富化ガス混合物を廃棄物の中に注入するためのパイプシステム（ただし、ＣＯ_２富化ガス混合物は、ＳＴＰで、または、本明細書中に記載されるような高い温度および圧力で、廃棄物、水および他の反応物と混合されるであろう）を含む。好ましくは、温度は約２５０℃までであり（よりおそらくは１００℃までであり）、かつ／または、高い圧力は約５気圧までである（よりおそらくは２気圧までである）。

上記システムは、原位置プロセスのために使用されるときには、（ａ）水および他の反応物の温度を制御するための熱交換器；（ｂ）ＣＯ_２富化ガス混合物の温度を低下または上昇させるための熱交換器；（ｃ）Ｈ_２ＳＯ_４を排水された反応済み液体から分離する反応器；（ｄ）元素イオウを排水された反応済み液体から製造する反応器；（ｅ）溶液中の高濃度金属または固体の金属生成物のどちらかを製造する精製装置；（ｆ）反応済みガス生成物の捕集を可能にする圧力放出システム；（ｇ）Ｈ_２Ｓガス、ＳＯ_２ガスまたはＳＯ_３ガスを、反応済みガス生成物から除くスクラバーのうちの１つまたは複数をさらに含む場合がある。

操作において、また、図１〜図３を参照して、プロセスは好ましくは下記の通りである：

図１は、ＣＯ_２富化ガス混合物と、スラリー形態である鉱山廃棄産物および産業廃棄産物との反応を、Ｈ_２ＳＯ_４、Ｈ_２Ｓ、ＳＯ_２、ＳＯ_３、元素イオウおよび金属生成物の回収、ならびに、廃棄物スラリー１２からの炭酸塩鉱物でのＣＯ_２の封鎖とともに示すブロックフロー図を例示する。好適かつ適切な物質はどれも、スラリー１２を廃棄物から形成するために用いることができるが、水が、特に好適な物質である。具体的な実施形態において、廃棄物の流れは、廃棄物が効果的にスラリーであるように必要量の水を含むであろう。

スラリー１２が、水／試薬１４およびＣＯ_２富化ガス混合物１６の流れと一緒に反応器１８の中に供給される。反応器１８から、反応済みガス２０がスクラバー２２に導かれ、酸／金属溶液２４が反応器／分離器２６に供給される。

スクラバー２２は好ましくは、ＣＯ_２枯渇ガス２８が大気に放出され、硫酸／イオウ２９が回収される、Ｈ_２Ｓ、ＳＯ_２またはＳＯ_３のスクラバーである。好ましくは、スクラバー通過ガス２３がスクラバー２２から放出され、ベント１９に供給される。ＣＯ_２枯渇ガス２８がベント１９から大気に放出される。試薬３０が、硫酸／イオウ２９と、精製装置３４に供給される金属溶液３２との反応がその中で生じる反応器／分離器２６に供給される。精製装置３４の生成物は水３５および精製金属３６を含む。

図２は、ＣＯ_２富化ガス混合物と、さらなる粉砕および／または破砕を必要とする鉱山廃棄産物および産業廃棄産物との反応を、Ｈ_２ＳＯ_４、Ｈ_２Ｓ、ＳＯ_２、ＳＯ_３、元素イオウおよび金属生成物の回収、ならびに、炭酸塩鉱物でのＣＯ_２の封鎖とともに示すブロックフロー図を例示する。このプロセスは、既存の廃棄物堆積３８を前処理することを除いて、図１のプロセスと同じである。この様式では、堆積３８からの固体廃棄物４０が、粉砕／破砕された廃棄物を形成する４２において粉砕および／または破砕される。粉砕／破砕された廃棄物が、上記のようなプロセスにおける反応器１８に供給される。

図３は、ＣＯ_２富化ガス混合物と、既存の鉱山廃棄物堆積または産業廃棄物堆積からの粗い物質との原位置反応を、Ｈ_２ＳＯ_４、Ｈ_２Ｓ、ＳＯ_２、ＳＯ_３、元素イオウおよび金属生成物の回収、ならびに、炭酸塩鉱物でのＣＯ_２の封鎖とともに示すブロックフロー図を例示する。この態様では、不浸透または実質的に不浸透に覆われた廃棄物４６が、水／試薬１４およびＣＯ_２富化ガス混合物１６が供給される反応域である。その後のプロセスは図１と同じである。

本発明の１つの態様の範囲内において、反応器または反応域が２つ以上の向流セルを含む場合がある。この態様では、スラリー、試薬および／または水が、連続している第１のセルの中に流れ、その後、前方に進行して一連の後続セルを通過する。ＣＯ_２富化反応ガスは、連続している最後のセルに最初に入り、第１のセルに向かって逆方向で進む向流で進行することになる。この構成およびシステムは、最大濃度のＣＯ_２富化ガスが最低濃度の硫化物鉱物と最初に出会うことになるので、ＣＯ_２富化ガスおよび硫化物鉱物のある特定の組合せによるより完全な硫化物中和反応を促進させるかもしれず、したがって、反応をさらに完全に押し進める。

図５は、多数の向流反応セル（５０、５２および５４、セルＡ、セルＢおよびセルＸとしてもまたそれぞれ記される）を含む反応器１８を示すブロックフロー図を例示する。この図は３つのセルを示すが、類似する様式でつながれる２つ以上からの任意の数を表すことが意図される（したがって、５４またはセルＸが任意の数のセルの「最後のセル」となる）。廃棄物スラリー１２、水および／または試薬１４が第１のセル５０に入り、前方に流れて、後に続くセルを通過する（５０（Ａ）→５２（Ｂ）→・・・→５４（Ｘ））。５６としてセルＡ（５０）からセルＢ（５２）に示される反応固体／反応液体生成物、および、５８としてセルＢ（５２）からセルＸ（５４）に示される反応固体／反応液体生成物。

ＣＯ_２富化ガス１６が最後のセル（５４またはＸ）に入り、最初のセルにまで（右から左に）逆方向で進行する（すなわち、（５４）Ｘ→・・・→（５２）Ｂ→（５０）Ａ）。酸／金属溶液２４が最後のセルから出て、反応済みガス２０が最初のセルから出る。６０としてセルＸ（５４）からセルＢ（５２）に示される反応ガス、および、６２としてセルＢ（５２）からセルＡ（５０）に示される反応ガス。

一般に、硫酸塩および／または金属硫化物を含有する鉱山廃棄物または産業廃棄物とともに使用されるための、本発明に従ったＣＯ_２富化ガス混合物の効果的な量は、金属硫化物含有物質における金属硫化物化合物のほとんどまたはすべての反応性部位と相互作用するために十分な量（および流れにおいて）である。そのようなものとして、金属硫化物含有物質または処理を必要としている領域と反応させられるためのＣＯ_２富化ガス混合物の量は広範囲に変化するであろうし、処理されるべき表面積、処理されるべき物質の体積、処理されるべき物質のｐＨ、存在する硫酸塩および／または硫化物の濃度および化学種、ならびに、処理されるべき物質における全体的な水分レベルに基づいて、当業者に対して決定されるかもしれない。一般に、使用されるＣＯ_２富化ガス混合物の量は、硫酸塩および／または硫化物の完全な反応を保証するために理論的に要求される量を超えているであろう。

上記で暗示されるように、金属硫酸塩および／または金属硫化物を含有する物質との適正な反応を保証するための、ＣＯ_２富化ガス混合物と、金属硫酸塩および／または金属硫化物を含有する物質との間における接触時間の、本発明によって要求されるような量は、その時点で存在する環境的要因に依存して変化し得る。接触時間は、５分未満、５分〜１５分の間、１５分〜３０分の間、３０分〜１時間の間、１時間〜５時間の間、５時間〜１日の間、１日〜３日の間、３日〜７日の間、７日〜１４日の間、１４日〜１ヶ月の間、１ヶ月〜３ヶ月の間、３ヶ月〜１年の間、あるいは、それらのどのような端数または倍数であってもよい。反応時間の要求される量は、金属硫酸塩および／または金属硫化物を含有する物質のサンプリング、ならびに、この技術分野で知られている方法および／または本明細書に開示される方法を使用する、ＣＯ_２富化ガス混合物と、金属硫酸塩および／または金属硫化物を含有する物質との間における反応性の程度の決定に基づいて当業者によって推定されるかもしれない。

１つの態様において、本発明は、硫酸塩および／または硫化物に富む廃棄物（硫酸塩鉱物および／または金属硫化物鉱物を含む）を安定化し、かつ、ＣＯ_２を封鎖するためのプロセスであって、廃棄物をＣＯ_２富化ガス混合物に曝露すること、ＣＯ_２富化ガス混合物を硫酸塩鉱物および／または金属硫化物鉱物と反応させること、ならびに、ＣＯ_２枯渇ガス混合物と、炭酸塩含有化合物と、精製金属、または、精錬もしくは精製のために好適な金属に富む化合物、硫酸、イオウ、硫化水素、二酸化イオウ、三酸化イオウおよび亜硫酸からなる群から選択される少なくとも１つの生成物とを形成することを含むプロセスを提供する。

好ましくは、ＣＯ_２富化ガス混合物は、商業的ＣＯ_２排出源および工業的ＣＯ_２排出源の少なくとも１つに由来する。好ましくは、ＣＯ_２富化ガス混合物は、１重量％超のＣＯ_２を含む。好ましくは、ＣＯ_２富化ガス混合物は、ＣＯ_２と、Ｏ_２、Ｎ_２および／またはＳＯ_２の少なくとも１つとを含む。好ましくは、ＣＯ_２富化ガス混合物は、化石燃料に基づく水素製造設備、および、ＣＯ_２発生のバイオマスエネルギー施設のうちの１つに由来する。好ましくは、ＣＯ_２富化ガス混合物は、ＣＯ_２を発生させる、発電所、石灰釜、セメント工場、炭化水素を燃料とする発電施設、暖房設備、天然ガス加工処理工場、および合成燃料工場の少なくとも１つに由来する。

１つの態様において、廃棄物は、貯蔵、廃棄および処分の少なくとも１つが行われる鉱石の掘削および選鉱のプロセス中に生じる表土、非鉱石岩石、低品位鉱石、尾鉱および湿式冶金残渣からなる群から選択される。好ましくは、廃棄物は、乾燥尾鉱および湿潤尾鉱の少なくとも１つである。

好ましくは、金属硫化物鉱物は、黄鉄鉱（二硫化鉄、ＦｅＳ_２）、磁硫鉄鉱（Ｆｅ_１−ｘＳ）、白鉄鉱（ｍａｒｃａｓｉｔｅ、ｗｈｉｔｅ ｉｒｏｎ ｐｙｒｉｔｅ）、硫砒鉄鉱（ＦｅＡｓＳ）、輝銀鉱（Ａｇ_２Ｓ）、黄銅鉱（ＣｕＦｅＳ_２）、辰砂（ＨｇＳ）、方鉛鉱（ＰｂＳ）、輝水鉛鉱（ＭｏＳ_２）、硫鉄ニッケル鉱［（Ｆｅ，Ｎｉ）_９Ｓ_８］、鶏冠石（アルファ−Ａｓ_４Ｓ_４）、閃亜鉛鉱［（Ｚｎ，Ｆｅ）Ｓ］および輝安鉱（Ｓｂ_２Ｓ_３）の少なくとも１つを含む。好ましくは、精製金属は、鉛（Ｐｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）および鉄（Ｆｅ）からなる群から選択される少なくとも１つの高濃度金属および／または精製金属を含む金属に富む化合物である。

１つの態様において、反応器／反応域における廃棄物は、反応域においてＣＯ_２富化ガス混合物に最初に曝露されるとき、実質的に標準温度と標準圧力（ＳＴＰ）である。別の態様において、反応器または反応域における廃棄物とＣＯ_２富化ガス混合物との間における反応において、温度が、
ａ）約５００℃まで
ｂ）約４００℃まで
ｃ）約３００℃まで
ｄ）約２００℃まで
ｅ）約１５０℃まで
の１つから選択され、
かつ、圧力が、
ａ）約１０気圧まで
ｂ）約７気圧まで
ｃ）約５気圧まで
ｄ）約２気圧まで
の１つから選択される。

１つの態様において、廃棄物とＣＯ_２富化ガス混合物との間における反応が、ｉ）反応器またはｉｉ）反応域の１つにおいて生じ、かつ、反応域が、ｉ）原位置廃棄物処理場、および、ｉｉ）２つ以上の向流セルから選択される。

別の態様において、硫酸塩および／または硫化物に富む廃棄物（硫酸塩鉱物および／または金属硫化物鉱物を含む）を安定化し、かつ、ＣＯ_２を封鎖するためのプロセスであって、（ａ）硫化物に富む廃棄物を反応域においてＣＯ_２富化ガス混合物と接触させて、反応混合物を製造すること；（ｂ）反応混合物から金属副生成物を回収すること；および（ｃ）硫酸、イオウ、硫化水素、二酸化イオウ、三酸化イオウおよび亜硫酸の１つまたは複数を反応混合物から分離および回収することを含むプロセスが本明細書中に提供される。

別の態様において、硫酸塩および／または硫化物に富む鉱山廃棄物および産業廃棄物を加工処理するための装置であって、
（ａ）破砕または粉砕された廃棄岩石、乾燥尾鉱、湿潤尾鉱、鉱石備蓄物、あるいは、硫酸塩および／または硫化物に富む他の物質の少なくとも１つを含む鉱山廃棄物または産業廃棄物を含む反応器／反応域；
（ｂ）ＣＯ_２富化ガス混合物の送達のための反応器／反応域内への供給ライン；
（ｃ）水および他の反応物のための供給ライン；および
（ｄ）固体および液体の反応生成物を分離するための手段
を含む装置が本明細書中に提供される。

好ましくは、上記装置は、（ａ）水および他の反応物の温度を制御するための熱交換器；（ｂ）ＣＯ_２富化ガス混合物の温度を低下または上昇させるための熱交換器；（ｃ）Ｈ_２ＳＯ_４を液体の反応生成物から分離する反応器；（ｄ）元素イオウを液体の反応生成物から製造する反応器；（ｅ）溶液中の高濃度金属または固体の金属生成物のどちらかを製造する精製装置；（ｆ）いずれかの反応済みガス生成物の捕集を可能にする圧力放出システム；（ｇ）Ｈ_２Ｓガス、ＳＯ_２ガスまたはＳＯ_３ガスを前記反応済みガス生成物から除くスクラバーの少なくとも１つを含む。

好ましくは、上記装置は、（ａ）硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）を液体の反応生成物から分離する反応器；（ｂ）元素イオウを液体の反応生成物から製造する反応器；（ｃ）溶液中の高濃度金属または固体の金属生成物のどちらかを製造する精製装置；（ｄ）様々なサイズの供給流由来の微粒子物質を製造することができる破砕および粉砕回路；（ｅ）硫化水素（Ｈ_２Ｓ）ガス、二酸化イオウ（ＳＯ_２）ガスまたは三酸化イオウ（ＳＯ_３）ガスをいずれかの反応済みガス生成物から除くスクラバーの少なくとも１つを含む。

別の態様において、硫酸塩および／または硫化物に富む廃棄物（硫酸塩鉱物および／または金属硫化物鉱物を含む）を安定化し、かつ、ＣＯ_２を封鎖するためのシステムで、原位置プロセスを含むように適合され、反応域が、封じ込められた原位置廃棄物処理場であるシステムであって、（ａ）不浸透性裏張り上のｉ）堆積およびｉｉ）山積みの１つに位置する、硫化物に富む鉱山廃棄物または産業廃棄物の供給源；（ｂ）反応した液体生成物を不浸透性裏張りから排水するための一連のパイプ／内張りされた溝；（ｃ）反応した液体生成物を貯蔵するための容器；（ｄ）注入ガスを閉じ込めるためのキャップ／カバー；（ｅ）ＣＯ_２富化ガス混合物の供給源；（ｆ）水および他の反応物；（ｇ）水および反応物を堆積／山積みに分配するための、キャップ／カバーの下にあるパイプシステム；および（ｈ）ＣＯ_２富化ガス混合物が、廃棄物、水および他の反応物と混合され得る、ＣＯ_２富化ガス混合物を廃棄物の中に注入するためのパイプシステムを含むシステムが本明細書中に提供される。

好ましくは、堆積／山積みが反応域である上記システムにおいて、反応が、ｉ）ＳＴＰ、ならびに、ｉｉ）約２５０℃までの高い温度および／または約５気圧までの高い圧力の１つで生じる。

別の態様において、硫酸塩および／または硫化物に富む廃棄物（金属硫化物鉱物を含む）を安定化し、かつ、ＣＯ_２を封鎖するためのプロセスで、廃棄物を反応器／反応域においてＣＯ_２富化ガス混合物に曝露することを含み、ただし、反応器／反応域が少なくとも２つの向流セルを含み、かつ、廃棄物、試薬および／または水が、連続している第１のセルの中に流れ、その後、一連の後続セルを通って最後のセルにまで（第１の方向で）前方に進み、かつ、ＣＯ_２富化ガス混合物が、第２の逆向き方向で、すなわち、ＣＯ_２富化ガス混合物が最後のセルに入り、第１のセルにまで進むように第１の方向に対して対向流で流れるプロセスであって、ＣＯ_２枯渇ガス混合物と、炭酸塩含有化合物と、精製金属、または、精錬もしくは精製のために好適な金属に富む化合物、硫酸、イオウ、硫化水素、二酸化イオウ、三酸化イオウおよび亜硫酸からなる群から選択される少なくとも１つの生成物とを形成することを含むプロセスが本明細書中に提供される。

さらに、本明細書中に教示される上記プロセスでは、様々な行為が、例示および記載される順序とは異なる順序で行われてもよい。加えて、上記プロセスでは、一部の行為を省くことができ、かつ／または、さらなる行為を用いることができる。当業者には明らかであろうように、上記の様々な実施形態は、さらなる実施形態を提供するために組み合わせることができる。本発明のシステム、プロセスおよび成分の態様は、必要ならば、様々なシステム、プロセス、成分および概念を用いて、本発明のさらにさらなる実施形態を提供するために、変更することができる。例えば、上記の様々なプロセスは一部の行為を省略してもよく、かつ／または、他の行為を含んでもよく、かつ／または、例示された実施形態において示されるのとは異なる順序で様々な行為を実行してもよい。

これらの変化および他の変化を、上記記載に照らして、本発明のシステム、プロセスおよび項目に対して行うことができる。一般に、下記の請求項では、使用される用語は、発明を明細書において開示される具体的な実施形態および請求項に限定するために解釈してはならず、すべての可能な実施形態を、そのような請求項に与えられる均等物の完全な範囲に沿って包含するように解釈しなければならない。したがって、発明は本開示によって限定されるのではなく、代わりに、その範囲は、もっぱら下記の請求項によって決定されなければならない。

本発明の特定の態様が特定の請求形態で下記に示されるが、本発明者らは、どのような利用可能な請求形態であっても本発明の様々な態様を意図する。

実施例−ＣＯ_２に富む煙道ガスを、安定な炭酸塩を形成するために硫化物鉱山尾鉱と反応させることの実現可能性

これらの下記の実験は、高レベルの硫化物鉱物を含む物質のサンプルを様々な期間にわたって様々な条件のもとでＣＯ_２ガスに曝露し、その後、種々の特性評価法を使用して、炭酸塩が形成されたか否かを決定することを含んだ。

これらの実験のほとんどで使用される物質は、カナダ天然資源省から入手可能な基準物質ＣＰＢ−２である。ＣＢＰ−２は、Ｋｉｍｂｅｒｌｅｙ（Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｃｏｌｕｍｂｉａ、カナダ）におけるＳｕｌｌｉｖａｎ Ｍｉｎｅの旧濃縮工場からの鉛浮遊選鉱の精鉱物である。この物質は非常に細かい黒色粉末である。含有される鉱物種には、方鉛鉱ＰｂＳ（６４．７％）、硫酸鉛鉱Ｐｂ（ＳＯ_４）（１２．１％）、閃亜鉛鉱ＺｎＳ（１０．１％）、磁硫鉄鉱Ｆｅ１−ｘＳ（６．８％）、黄鉄鉱ＦｅＳ_２（４．９％）、加えて、０．６％未満での様々なケイ酸塩および他の相が含まれる。元素組成は、およそ６３．５％のＰｂ、１８％のＳ、６．０％のＺｎ、７．１％のＦｅであり、他の元素が残りを与える。未処理物質の粉末Ｘ線回折測定により、方鉛鉱、硫酸鉛鉱および閃亜鉛鉱が優勢な相として確認され、磁硫鉄鉱および黄鉄鉱からの微小ピークは、区別することがより困難である。炭酸塩相は未処理物質では検出不能である。

試験物質（および何らかの他の成分）を、ＣＯ_２ボンベに取り付けられるガス流入部と、流出部とを有する密封された容器に入れた。その後、ガスボンベを開けて、ＣＯ_２を容器に入れ、流出部から空気を追い出した；２０秒〜６０秒の後、ガスボンベを閉じ、流入部および流出部を締めた。その後、ＣＯ_２および尾鉱粉末を含有する密封された容器を、室温（２４℃）〜３００℃の間の温度で様々な期間にわたって反応させるために放置した。容器を標準的な未較正の実験室用ホットプレートによって加熱し、温度を熱電対線による温度センサーによってモニターした。ホットプレートを使用する実験における温度は１０℃の範囲内で変動する。

実験１〜実験１０では、使用された容器は、ガスの流入および流出のためのガラス管が差し込まれる２つの穴が開けられたゴム栓により密封される三角フラスコであった。しかしながら、この栓は十分な封止を提供せず、ＣＯ_２が、２４時間を超える期間にわたって失われた。後半の実験では、フランジ付きの蓋および本体からなる特注容器を使用した。フランジはすりガラスで作製され、グリース層により覆われ（ワセリンが使用され）、きつく締められたときには、これにより、実験の経過期間中にわたるＣＯ_２の喪失を防止するための十分な封止が提供される。

２つの方法を、実験生成物を評価するために使用した：粉末Ｘ線回折（ＰＸＲＤ）、および、エネルギー分散型Ｘ線分光計（ＥＤＳ）を備える走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）。ＰＸＲＤは、物質に存在する個々の結晶相の特定を可能にする。しかしながら、全体の約１０％未満を構成する相は、区別することが困難である可能性があり、また、ＰＸＲＤパターンにおける微小な線の特定は、主要な線の特定よりも信頼性がない可能性がある。溶液から沈殿する場合がある鉄水酸化物および他の初期段階などの非結晶性相は、明確な結晶構造を有していないので、検出することができない。

サンプルは、粒子を変化の徴候について微視的スケールで詳しく調べるために、また、化学的性質における局所的変化を特定するために、ＳＥＭにより調べられた。ＥＤＳは、サンプルの（直径が１０μｍ〜１００μｍの程度での）小さい領域に存在する化学元素の特定を可能にする。ＥＤＳを備えるＳＥＭは、特定するには非晶質すぎるか、または少なすぎる量で存在する相、例えば、既存の粒子における縁として形成する場合のある相などの特定を潜在的に可能にする。ＥＤＳの大きな欠点は、この装置は、炭素を含めて、ナトリウムよりも軽い元素に対しては感度が非常に小さいことであり、このことは、炭酸塩を、同じ重元素を含有する酸化物または硫化物から区別するその能力を制限している。加えて、サンプル粉末をＳＥＭ挿入用マウントに取り付けるほとんどの方法が炭素に基づいており、このことは、バックグラウンドからの潜在的な炭素ピークを引き起こす。したがって、これら２つの要因のため、分析されている特定のスポットは、炭酸塩を含有するとして一義的に特定されるための強い炭素ピークを生じさせるにちがいない。

行われた第１の一連の実験は、変化させることが最も容易であるそのような条件を含む：温度、水の有無（すなわち、乾燥粉末対溶液）、溶液のｐＨ、ＣＯ_２対空気、および、溶液の撹拌。第２の一連の実験が進行中であり、ＳＯ_２ガスまたは他の物質を潜在的触媒として導入すること、ならびに、尾鉱粉末と水との混合物に電流を通すことなどの変形条件を試験することを含む予定である。

実験１および実験２は、２０ｇ、および１０ｇのサンプル粉末５０ｍＬをそれぞれ加えた脱イオン化（ＤＩ）水からなり、それぞれ、その混合物を絶えず撹拌しながら室温においてＣＯ_２のもとにおく。目視による違いは５日後の混合物において何らなかった。その後、混合物を、水を除くために９０℃前後で一晩にわたって空気中で加熱した。一晩加熱した後、実験２は依然として、いくらかの液体が残っており、他の明らかな変化はなく、一方、実験１は完全に乾燥しており、赤色および灰白色の固体が黒色サンプル粉末の上部に形成されていた（後者は、フラスコに残っている撹拌棒の周りに形成されていた）。ＳＯ_３形成と一致する鼻を刺すような匂い、および、フラスコの側面における変色もまた認められた。赤色固体は、結晶性が不良なオキシ水酸化鉄であるようであり、一方、灰白色固体は、オキシ水酸化鉄と、板状のカルシウムに富む相との混合であるようであった。このカルシウムの源は、尾鉱粉末の報告されたＣａ含有量がほんの０．０７％にすぎないので、不明である。両方の実験のＰＸＲＤは未変化粉末からの変化をほとんど示さなかった。実験１のＰＸＲＤは、カルシウムに富む相であるかもしれないカルシウム保有ゼオライトの菱沸石と一致する低角度での小さい線を１つ示す。

これらの実験は、サンプル粉末における硫化物、特に鉄の硫化物が、熱、空気および水への暴露により、酸化物またはオキシ水酸化物に変換され得ること、すなわち、ＳがＯまたはＯＨにより置換されることを示す。このことは、より高いＣＯ_２雰囲気では、Ｓがその代わりにＣＯ_３で置換される反応が生じるかもしないことを示唆する。

実験３および実験４は、１０ｇのサンプル粉末を１５０℃前後で４８時間、ＣＯ_２および空気のもとでそれぞれ加熱乾燥することを含んだ。両方の実験において、不透明な白色物質が約１５分以内にフラスコの側面に形成された。Ｍ／ＥＤＳおよびＰＸＲＤの両方により、この物質は元素イオウであることが確認された。元素イオウはサンプル粉末の認定された分析では報告されておらず、また、ＰＸＲＤまたはＳＥＭによって未変化粉末において検出されなかった。したがって、この元素イオウは硫化物相の１つから遊離していると推定される。実験後、塊状粉末は目視では変化しておらず、ＰＸＲＤまたはＳＥＭ／ＥＤＳにおいて変化を何ら示さなかった。

実験１〜実験４におけるそのような目視変化はＰＸＲＤによって検出可能な相を与えなかったので、実験５〜実験１１では、ＳＥＭ／ＥＤＳのみを使用して分析した。本発明者らは、誘導されると考えられる何らかの変化がおそらくは、ＳＥＭを用いてより良好に検出され得るかもしれない結晶粒の表面変化であろうと結論した。このことが当てはまるということは判明しなかった。

実施例５は、１０ｇのサンプル粉末を、１５０℃前後で４８時間、（撹拌を行うことなく）空気のもと、２ｍＬのＤＩ水とともに加熱することを伴った。実験３および実験４での場合のように、元素イオウの白色薄膜が容器の側面にすぐに形成された；この場合、蒸発および凝縮は、このイオウをサンプル粉末内に洗い戻す傾向があった。４８時間後、粉末は集塊化し、目に見える赤色の酸化鉄が表面のいくつかの点で形成された。実験５のＳＥＭ／ＥＤＳ分析は、表面のほとんどにわたって実験３および実験４のＳＥＭ／ＥＤＳ分析と非常に類似していた。表面の赤色斑点部に近い分析では、酸化鉄の存在が確認された。再度ではあるが、炭酸塩形成の徴候は何ら見られなかった。表面の一致性が質感および色においてわずかに異なっているように見えたので、フラスコの端近くおよび中心近くの両方に由来するサンプルを調べた。しかし、ＥＤＳ分析は有意な化学的違いを何ら示さなかった。

実験６Ａおよび実験６Ｂは、ＣＯ_２下、１５０℃前後でそれぞれ２４時間および１週間加熱されたサンプル粉末の薄い層により被覆される２６ｍｍ×４６ｍｍのスライドガラスからなった。これらの実験における目標は、材料の質量に対する潜在的反応表面面積のより大きい割合をより容易な特徴づけのために提示することであった。実験８は類似しているが、３００℃前後で２週間加熱された。これら３つのスライドのどれもが目視変化を何ら示さず、また、ＳＥＭ／ＥＤＳ分析では、炭酸塩形成の徴候が何ら検出されなかった。

実験７は、新しく切り出され、研磨され（したがって、おそらくは酸化物が存在しない）表面を１つ有し、ＣＯ_２下において１５０℃前後で１週間加熱された黄鉄鉱の一片全体からなった。１週間後、虹色の薄膜が切断面の一部に認められた。このとき、部門のＳＥＭに関する機械的故障のために、サンプルを特徴づけする際に遅れが生じ、その間に、処理された黄鉄鉱における薄膜が徐々に消失し、このサンプルは失われ、他の非処理サンプルの中に混じった。

実験９および実験１０は、サンプル粉末と、ｐＨが異なる溶液との混合物を含んだ。溶液における炭酸塩形成は高い（塩基性）ｐＨにおいて有利であると予想されることに留意されたい。実験９は、撹拌を絶えず行いながら、ＣＯ_２下、室温で１０日間、１０ｍＬの１％ＨＣｌ溶液と一緒にした６ｇのサンプル粉末からなった。実験１０は、撹拌を絶えず行いながら、ＣＯ_２下、室温で１０日間、１０ｍＬの０．０１Ｍ ＮａＯＨと一緒にした５ｇの尾鉱粉末からなった。これらの混合物を、空気中で覆うことなく一晩乾燥させた。両方の生成物のＳＥＭ／ＥＤＳ分析では、炭酸塩形成の徴候が何ら検出されなかった。
より長期間の高温での実験６Ｂ、実験７および実験８では、ＣＯ_２が実験の経過期間中にわたって漏れていたことが、（フラスコに挿入された、火のついたマッチ棒の火が、純ＣＯ_２環境では消えるであろうが、消えなかったという点で）三角フラスコを開けたときに明らかであった。実験９および実験１０において、ゴム栓には、グリセリンが塗布され、これにより、低い温度と一緒になって、ガス保持が改善された。この時点で、本発明者らは、より良好な封止機構を有する特注容器を探し始めた。

実験１１および実験１２は、上記の新しい容器による最初であり、より確実な封止による最も単純な実験の反復として意図された。実験１１では、５ｇの乾燥サンプル粉末を、ＣＯ_２下、２５０℃前後で９日間加熱した。容器は、ガスを実験の経過期間中にわたって保持しているようであった。５０分以内に、容器の内側全体が元素イオウの白色薄膜により覆われ、実験が進行するにつれ、この薄膜の底部端部が容器の上方に（すなわち、熱源から離れて）移動することに気づいた。ＳＥＭ／ＥＤＳによる試験は炭酸塩形成の明確な徴候（すなわち、強いＣピークまたは結晶粒における変化の徴候）を何ら示さず、しかしながら、定量的ＥＤＳ分析は、多くの粒子が予想よりも少ないＳを含有することを示唆するようであった。

実験１２は、撹拌を絶えず行いながら、ＣＯ_２下、５０℃〜６０℃の間で１０日間、１０ｍＬのＤＩ水と一緒の２．５ｇのサンプル粉末からなった。容器の側面における凝縮の存在は元素イオウの何らかの徴候を見えなくした。１０日後、混合物は茶灰色であり、色が均一ではなかったが、開始時よりも著しく明るかった；混合物の表面近くから採取された物質は色がより暗く、未変化粉末の色により近かった。サンプルを、空気中で一晩、覆うことなく乾燥した。混合物の中央部から採取された最も明るい色の物質のＰＸＲＤは、未変化サンプル粉末に同様に存在する方鉛鉱、硫酸鉛鉱、閃亜鉛鉱および黄鉄鉱に加えて、一義的には白鉛鉱（ＰｂＣＯ_３）に起因する強い線、同様に、菱亜鉛鉱（ＺｎＣＯ_３）に起因すると考えられたより弱い線を示した。磁硫鉄鉱に帰属可能な線は何ら検出されなかった。しかしながら、このサンプルのＳＥＭ／ＥＤＳ分析は、乾燥粉末の表面に位置する純粋な（おそらくは非晶質の）Ｓの島の存在を除いて、実験１１の結果と類似する結果を示した。ＥＤＳにおいて見られるそのようなＣピークは、以前のサンプルに見られるピークとはそれほど異なっておらず、このことは、ＥＤＳが、炭酸塩を探すための信頼できる方法でないことを示唆する。

実験１３は実験１２と類似していたが、１０ｍｌの０．０１Ｍ ＮａＯＨを水の代わりに用いた。１４日後、混合物の色が出発物質よりも明るくなったが、実験１２での場合ほどには明るくなかった。終点産物のＰＸＲＤは再度ではあるが、白鉛鉱に起因する強い線、同様にまた、白鉛鉱が方鉛鉱から形成されるように、おそらくは硫酸鉛鉱から形成されたレッドヒライト（Ｐｂ_４（ＣＯ_３）_２（ＳＯ_４）（ＯＨ）_２）に帰属可能な線を示した。菱亜鉛鉱、黄鉄鉱または磁硫鉄鉱に帰属可能な線はどれも検出できない。実験１２および実験１３の両方のパターンにおける鉄相の明らかな欠如は奇妙であり、このことはひょっとすると、非結晶性または結晶性不良なオキシ水酸化鉄相への変換を示唆している。

実験１３のＳＥＭ／ＥＤＳ分析は、Ｓの島が全くないことを除いて実験１２と類似していた。しかしながら、サンプルはカルシウムに富む結晶のいくつかの大きい（１００μｍ〜２００μｍ）飛散物を示し、これらが硫酸カルシウムであることをＥＤＳは示唆する。結晶の形状は、粉末上に整って成長していたかのようである。ＰＸＲＤパターンはまた、石膏（Ｃａ（ＳＯ_４）（Ｈ_２Ｏ）_２）に由来する小さいピークを示した。少数の類似する結晶が実験１２でもまた見られ、しかし、実験１３では、結晶はより大きく、より多数であった。

実験１４は、炭酸塩形成の反復性について調べるためにできる限り厳密に実験１２を繰り返した。混合物の温度および外観を１０日間の試験にわたって連続してモニターした。２日後、混合物の色が著しく明るくなっており、７日後、茶色の粒子が時々、容器の側面に飛び散っているのを認めることができた。開けたとき、混合物は色が実験１２と同じように明るくはなく、しかし、出発物質よりは一層明るかった。混合物を空気中で再び乾燥した。しかし、今度は、混合物を、ほこりによって起こり得る汚染を減らすために、実験室において開放ではなく、換気フード内で部分的に覆った。

ＰＸＲＤパターンを、混合物の表面近くの混合物の塊と、側面からかき取られたか、または洗い出された物質との両方に由来する物質について測定した。塊状物質および側面由来の物質は、非常に類似したものであり、すべてが、Ｐｂの炭酸塩である白鉛鉱およびレッドヒライト、同様にまた、方鉛鉱、硫酸鉛鉱および閃亜鉛鉱に由来するパターンを示す。表面物質からのパターンは、石膏（水和ＣａＳＯ_４）に由来する非常に強い線、同様にまた、元素イオウ、無水石膏（水非含有ＣａＳＯ_４）、酸化鉛および菱沸石（Ｃａ保有ケイ酸塩）に由来する線を示した。元素イオウの十分に形成された結晶もまた、ＳＥＭにより認められた。ＣＰＢ−２粉末は報告によれば、Ｃａが乏しいが、ＰＸＲＤパターンにおける低い角度での菱沸石の線の、反応した物質および未反応の物質の両方における一貫した出現は、Ｃａがこの系に存在し、硫酸塩の形成において化学的に活性であることを示唆する。

実験１５は、ＣＯ_２下、５０℃〜６０℃の間での、１０ｍＬのＤＩ水と一緒の２．５ｇの粉砕された黄鉄鉱粉末からなった。この実験は、実験１２〜実験１４と酷似して１０日間行うことが予定されたが、形成された酸性溶液が熱電対ワイヤの腐食を生じさせたので、およそ３日後に中断された。生成物のＰＸＲＤは、ローゼ石、水和Ｆｅ（ＳＯ_４）、ギブサイトに類似するオキシ水酸化第一鉄相、および、黄鉄鉱から遊離したと考えられる少量の元素状ヒ素の形成を示した。

実験１６およびそれ以降を、カナダ天然資源省から同様に得られる標準化された尾鉱粉末（ＲＴＳ−３Ａ）を用いて行った。ＲＴＳ−３Ａは、Ｎｏｒａｎｄａ（ＱＣ、カナダ）近郊のＷａｉｔｅ Ａｍｕｌｅｔ Ｍｉｎｅから得られる、硫化物選鉱工場の尾鉱のサンプルである。含有される鉱物種には、１６．６％の磁硫鉄鉱および５．０％の黄鉄鉱が、様々な一般的なケイ酸塩鉱物相に加えて含まれる（元素組成、Ｆｅ：２０．５％、Ｓｉ：１８．３％、Ｓ：９．６％、Ａｌ：５．１％、Ｍｇ：２．５％、Ｃａ：２．１％、他の元素：１％未満；０．０４％のＣ／ＣＯ_２含有量がこの物質について報告されることに留意されたい）。この実験を、２．５ｇの新しいＲＴＳ−３Ａ粉末、ならびに、１０ｍＬの脱イオン水を用いて行った。実験をＣＯ_２下でもう一度行い、５０℃から６０℃の範囲の温度で４日間保った。２日後、溶液がオレンジ色の色調を現し始め、この色調がその日の間中強くなった；溶液はまた、色が著しくより明るくなった。４日目には、熱電対はもはや機能しなくなっていた。さらに詳しく調べると、熱電対が腐食していたことが発見された；容器を開けたおよそ５分後に３．１のｐＨを有した溶液における酸形成のためであったと考えられた。塊状物質に由来するサンプル、ならびに、容器の面から洗い流された物質に由来するサンプルをＰＸＲＤのもとで分析した。これらの生成物のＰＸＲＤからの結果は炭酸塩の形成を何ら示さなかったが、ＰＸＲＤは、色の変化を説明する針鉄鉱（ＦｅＯＯＨ）についてのピーク、同様にまた、元素イオウに対応するピークを示した。磁硫鉄鉱のピークが、実験が行われた後から採取されたサンプルでは何ら見出されなかったので、黄鉄鉱が一次性の酸化鉄として磁硫鉄鉱に取って代わっていたかのように思われる。

酸生成を最小限に抑えようとする努力において、実験１７を、水を何ら加えることなく、２．６グラムのＲＴＳ−３Ａを使用して行った。実験を、ＣＯ_２下、平均して２００℃で５日間行った。実験の最初の１０分以内に、ゆっくり広がる白色の薄膜が容器の基部の周りに形成され、一方、基部近くのその一部が白色から明黄色に変わった。およそ３０分後、容器の内側全体が白色の薄膜によって覆われ、多少の黄色が底部近くで持続した。実験開始後およそ１時間で、黄色が退色し始めていた。１．５時間の時点までに、黄色の着色はおおよそ消失していた。実験終了までに、イオウは、肉眼で確認できるいくつかの明確な結晶を伴って、拡散した厚い被覆物から、より薄い、よりまだらな被覆物に凝縮したようであった。５日後、熱を遮断し、実験物を、温度が２７℃に下がるまで１．５時間かけて冷やし、その時点で、実験物を取り出し、容器を開けた。粉末自体は、イオウの薄膜が形成されたので、色が最初は暗くなるようであり、実験終了時は、室温に冷えたので、実験物はより明るくなるようであった。最終生成物は、色が、未変化粉末よりも著しく明るく、かつ、赤かった。２つの粉末スライドをＰＸＲＤのために作製した。１つが塊状粉末のスライドであり、もう一方を、容器の側面を覆う白色の薄膜から作製した。ＰＸＲＤを使用する本実験のために適合する多くの鉱物の中で、結果は、塊状粉末が、黄鉄鉱のピークおよび磁硫鉄鉱のピークの両方に相関するパターンと同様に、磁鉄鉱のピークを含有することを示した。無水（ＣａＳＯ_４）もまた、このサンプルで見出された。仮定されたように、白色の薄膜からの結果は強い元素イオウのパターンを示した。残念ながら、結果は炭酸塩形成を何ら示さなかった。

実験１８を実験１７の変形として行った；この実験は、結局は１時間行われただけであったことを除いて、同じパラメーターを引き継いだ（２．５ｇのＲＴＳ−３Ａ粉末、およそ２００℃でのＣＯ_２下で）。再度ではあるが、およそ１０分後、底部の周りに、黄色の薄膜が続く白色の薄膜が見られた。およそ２０分後で、黄色の着色が非常に際立つと、熱を停止した。実験物を３２℃にまで半時間かけて冷却した。この期間中に、黄色の着色が本質的に消失してしまった。実験開始後ほぼ１時間で、容器を開けた。溶液は、容器を開けたとき、かなりの刺激臭を有した。最終生成物は、色が、未変化の粉末よりもほんのわずかに明るく、かつ、赤かった。塊状粉末のサンプルを調製し、ＰＸＲＤにより分析した。結果は、この粉末が再度ではあるが、磁鉄鉱、同様にまた、磁硫鉄鉱および黄鉄鉱の両方を含有することを示し、加えて、バサナイト［（ＣａＳＯ_４）・０．６７Ｈ_２Ｏ］についてのピークもまた特定された。結果から明白な炭酸塩形成は何ら認められなかった。

未変化のＲＴＳ−３Ａ粉末、同様にまた、実験１７および実験１８の両方の反応生成物が、それらのＨ_２Ｏ含有量において変化した硫酸カルシウムを含有することには留意しなければならない。未変化のＲＴＳ−３Ａ粉末は石膏［（ＣａＳＯ_４）・２Ｈ_２Ｏ］を含有したが、熱およびＣＯ_２のもとに１時間置かれた後では（実験１８）、バサナイト［（ＣａＳＯ_４）・０．６７Ｈ_２Ｏ］を含有した。熱およびＣＯ_２のもとでの５日後は、無水石膏（ＣａＳＯ_４）のみが存在した。これらの硫酸カルシウムは実験の全期間を通して脱水されているかのように思われる。

実験１９および実験２０は、ＣＯ_２下、５０℃〜６０℃でそれぞれ２４時間および７２時間、１０ｍＬの１Ｍ ＮａＯＨ溶液と一緒の１．０ｇのＲＴＳ−３ａ粉末からなった。この強い塩基性溶液は、以前の実験で見られる硫化物酸化による酸生成の影響を改善するために、また、（ほとんどの炭酸塩相が塩基性環境を好むので）炭酸塩形成を促すために、普通の水の代わりに用いられた。両方の実験において、混合物は、濁った茶灰色の色を生じさせた；２４時間以内に、明るいオレンジ色の環が混合物の上端においてガラス上に形成し、混合物の色が著しくより明るくなった；約４８時間後、混合物全体が完全なオレンジ色になり、ガラス上の環が赤変しつつあった。容器を開けると、両方の実験において、測定されたｐＨが依然として８超であった。

混合物が空気中で乾燥するにつれ、白色〜黄色の微結晶が尾鉱物質の中に形成された。これらは、ＮａＯＨ溶液自体から沈殿する様々な炭酸ナトリウム塩および重炭酸ナトリウム塩であることが判明した。このことは、この塩基性溶液は空気からＣＯ_２を容易に吸収すること、および、炭酸イオンが系に存在するにちがいないことを示す。
両方の実験のＰＸＲＤパターンは、類似したものであり、元素Ｓ、Ｆｅ硫酸塩相（ほとんどがリョクバン（Ｆｅ（ＳＯ_４）・７Ｈ_２Ｏ）である）、三価鉄の酸化物である針鉄鉱（ＦｅＯＯＨ）および鉄水酸化物の存在、ならびに、炭酸ナトリウム塩に由来する強い線を示す。系における炭酸塩の存在にもかかわらず、炭酸塩が鉄と一緒に形成することの兆候は何もない。

実験２１は、ＣＯ_２下における１．０ｇの粉末化黄鉄鉱が２００℃〜２３０℃で２４時間加熱された乾燥実験であった。これは、ＲＴＳ−３ａ尾鉱粉末が同様に処理された実験１７および実験１８に対応させるためであった。それらの実験では、元素イオウが容器の側面にすぐに形成された（１５分以内）。実験２１において、本発明者らは、イオウの薄膜が形成しないことを２４時間後でさえ認められた；このことは、以前の実験で、イオウを遊離するのが磁硫鉄鉱であって黄鉄鉱でないことを示す。黄鉄鉱粉末は色がわずかに暗くなり、容器を開けたとき、（もしかするとＳＯ_２の）強い刺激臭があった。ＰＸＲＤパターンは、黄鉄鉱に加えて、何らかのＦｅＳＯ_４相（系には水が何ら存在していなかったはずであるが、リョクバンが最もよく一致した）に起因する非常に小さいピークを示した。

実験２２は、実験１９および実験２０の場合と同じ条件を繰り返すために意図された（ＣＯ_２下、５０℃〜６０℃で、しかし、より長時間にわたって、１０ｍＬの１Ｍ ＮａＯＨ溶液と一緒にされた１．０ｇのＲＴＳ−３ａ粉末）。この実験では、使用されているホットプレートが５０℃〜６０℃に一貫して加熱することが判明していたので、また、本発明者らが、酸腐食に対して別のワイヤを失うことを避けたいと思ったので、温度を熱電対ワイヤによりモニターしなかった。２４時間後、混合物は、同じ期間の後の実験１９および実験２０とは異なり、非常に暗い灰色〜黒色に変わっていた。１週間後、混合物は、液体の端部近くのガラス上におけるオレンジ色の酸化物の環を伴って依然として非常に暗かった。終了時に測定されたｐＨは依然として８前後であった。ＰＸＲＤパターンは、菱鉄鉱（ＦｅＣＯ_３）が最もよく一致すると思われるいくつかの小さい線の追加を伴ったが、実験１９および実験２０での場合とほとんどが同じ組の生成物を示した。

この実験研究、特に実験１２、実験１３、実験１４および実験２２は、炭酸塩が、本明細書中に記載および主張されるプロセスを使用して首尾よく生成され得ることを明らかにする。

Claims (21)

1. 金属硫酸塩化合物および／または金属硫化物化合物に富む廃棄物を安定化するためのプロセスであって、
   前記廃棄物をＣＯ _２ 富化ガスに曝露すること、
   前記ＣＯ _２ 富化ガスを前記金属硫酸塩化合物および／または前記金属硫化物化合物と反応させること、ならびに、
   ＣＯ _２ 枯渇ガスと、炭酸塩含有化合物と、精製金属、または、金属に富む化合物、硫酸、イオウ、硫化水素、二酸化イオウ、三酸化イオウおよび亜硫酸からなる群から選択される少なくとも１つの生成物と、を形成することを含み、
   前記反応させること、および、前記形成することは、前記廃棄物を安定化させる、プロセス。
2. 前記ＣＯ _２ 富化ガスが商業的ＣＯ _２ 排出源および工業的ＣＯ _２ 排出源の少なくとも１つに由来する、請求項１に記載のプロセス。
3. 前記ＣＯ _２ 富化ガスが１重量％超のＣＯ _２ を含む、請求項１に記載のプロセス。
4. 前記ＣＯ _２ 富化ガスが、ＣＯ _２ と、Ｏ _２ 、Ｎ _２ および／またはＳＯ _２ の少なくとも１つとを含む、請求項１に記載のプロセス。
5. 前記ＣＯ _２ 富化ガスが、化石燃料に基づく水素製造設備、および、ＣＯ _２ を発生しているバイオマスエネルギー施設のうちの１つに由来する、請求項１に記載のプロセス。
6. 前記ＣＯ _２ 富化ガスが、発電所、石灰釜、セメント工場、炭化水素を燃料とする発電施設、暖房設備、天然ガス加工処理工場および合成燃料工場の少なくとも１つに由来する、請求項１に記載のプロセス。
7. 前記廃棄物が、表土、非鉱石岩石、低品位鉱石、尾鉱および湿式冶金残渣からなる群から選択される、請求項１に記載のプロセス。
8. 前記廃棄物が乾燥鉱山尾鉱および湿潤鉱山尾鉱の少なくとも１つである、請求項１に記載のプロセス。
9. 前記廃棄物が、黄鉄鉱、磁硫鉄鉱、白鉄鉱（ｍａｒｃａｓｉｔｅ）、硫砒鉄鉱、輝銀鉱、黄銅鉱、辰砂、方鉛鉱、輝水鉛鉱、硫鉄ニッケル鉱、鶏冠石、閃亜鉛鉱および輝安鉱の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のプロセス。
10. 前記精製金属が、鉛、亜鉛、銅および鉄からなる群から選択される少なくとも１つの高濃度金属および／または精製金属を含む金属に富む化合物である、請求項１に記載のプロセス。
11. 前記廃棄物が、反応域においてＣＯ _２ 富化ガスに最初に曝露されるとき、実質的に標準温度と標準圧力（ＳＴＰ）である、請求項１に記載のプロセス。
12. 前記反応は、
    ａ）約５００℃まで、
    ｂ）約４００℃まで、
    ｃ）約３００℃まで、
    ｄ）約２００℃まで、または
    ｅ）約１５０℃まで、
    の１つから選択される温度、
    かつ、
    ａ）約１０気圧まで、
    ｂ）約７気圧まで、
    ｃ）約５気圧まで、または
    ｄ）約２気圧まで、
    の１つから選択される圧力での、
    反応器または反応域における前記廃棄物および前記ＣＯ _２ 富化ガスの間における反応を含む、請求項１に記載のプロセス。
13. 前記反応は、前記ＣＯ _２ 富化ガスと、前記金属硫酸塩化合物および／または前記金属硫化物化合物との間における反応を含み、ｉ）反応器またはｉｉ）反応域の１つにおいて生じ、かつ、前記反応域は、ｉ）廃棄物処理場、および、ｉｉ）２つ以上の向流セルから選択される、請求項１に記載のプロセス。
14. 金属硫酸塩化合物および／または金属硫化物化合物に富む廃棄物を安定化するためのプロセスであって、
    （ａ）前記金属硫酸塩化合物および／または前記金属硫化物化合物を含む廃棄物を反応域においてＣＯ _２ 富化ガスと接触させて、反応混合物を製造すること；
    （ｂ）前記反応混合物から金属副生成物を回収すること；および
    （ｃ）硫酸、イオウ、硫化水素、二酸化イオウ、三酸化イオウおよび亜硫酸の１つまたは複数を前記反応混合物から分離および回収することを含むプロセス。
15. 金属硫酸塩化合物および／または金属硫化物化合物に富む鉱山廃棄物および産業廃棄物を加工処理するための装置であって、
    （ａ）破砕または粉砕された、廃棄岩、乾燥尾鉱、湿潤尾鉱、鉱石備蓄物、あるいは、硫酸塩および／または硫化物に富む他の廃棄物の少なくとも１つを含む鉱山廃棄物および／または産業廃棄物を含む反応器／反応域；
    （ｂ）ＣＯ _２ 富化ガスの送達のための前記反応器／反応域内への供給ライン；
    （ｃ）水および他の反応物のための供給ライン；および
    （ｄ）固体および液体の反応生成物を分離するための手段
    を含む装置。
16. （ａ）水および他の反応物の温度を制御するための熱交換器；
    （ｂ）前記ＣＯ _２ 富化ガスの温度を低下または上昇させるための熱交換器；
    （ｃ）Ｈ _２ ＳＯ _４ を前記液体の反応生成物から分離する反応器；
    （ｄ）元素イオウを前記液体の反応生成物から製造する反応器；
    （ｅ）溶液中の高濃度金属または固体の金属生成物のどちらかを製造する精製装置；
    （ｆ）反応済みガス生成物の捕集を可能にする圧力放出システム；
    （ｇ）Ｈ _２ Ｓガス、ＳＯ _２ ガスまたはＳＯ _３ ガスを前記反応済みガス生成物から除くスクラバーの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載の装置。
17. （ａ）硫酸（Ｈ _２ ＳＯ _４ ）を液体の反応生成物から分離する反応器；（ｂ）元素イオウ
    を液体の反応生成物から製造する反応器；（ｃ）溶液中の高濃度金属または固体の金属生
    成物のどちらかを製造する精製装置；（ｄ）様々なサイズの供給流由来の微粒子物質を製
    造することができる破砕および粉砕回路；（ｅ）硫化水素（Ｈ _２ Ｓ）ガス、二酸化イオウ
    （ＳＯ _２ ）ガスまたは三酸化イオウ（ＳＯ _３ ）ガスをいずれかの反応済みガス生成物から
    除くスクラバーの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載の装置。
18. 金属硫酸塩化合物および／または金属硫化物化合物に富む廃棄物を安定化するためのシステムで、内部で生じるプロセスを含むために適合化され、反応域が、封じ込められた廃棄物処理場であるシステムであって、
    （ａ）不浸透性裏張り上のｉ）堆積およびｉｉ）山積みの１つに位置する、前記金属硫
    酸塩化合物および／または前記金属硫化物化合物に富む鉱山廃棄物および／または産業廃
    棄物の供給源；
    （ｂ）液体生成物を前記不浸透性裏張りから排水するための一連のパイプ／内
    張りされた溝；
    （ｃ）前記液体生成物を貯蔵するための容器；
    （ｄ）注入ガスを閉じ込めるためのキャップ／カバー；
    （ｅ）ＣＯ _２ 富化ガスの供給源；
    （ｆ）水および他の反応物；
    （ｇ）水および反応物を前記堆積／山積みに分配するための、前記キャップ／カバーの
    下にあるパイプシステム；および
    （ｈ）ＣＯ _２ 富化ガスが、前記廃棄物、水および他の反応物と混合され得る、前記ＣＯ _２ 富化ガスを前記廃棄物の中に注入するためのパイプシステムを含むシステム。
19. 前記反応域は、堆積／山積みからなり、かつ、反応が、ｉ）標準温度と標準気圧（ＳＴＰ）、または、ｉｉ）約２５０℃までの高い温度および／または約５気圧までの高い圧力の１つで生じる、請求項１８に記載のシステム。
20. 金属硫酸塩化合物および／または金属硫化物化合物に富む廃棄物を安定化するためのプロセスで、前記廃棄物を反応器／反応域においてＣＯ _２ 富化ガスに曝露することを含み、ただし、前記反応器／反応域が少なくとも２つの向流セルを含み、かつ、廃棄物、試薬および／または水が、連続している第１のセルの中に流れ、その後、（第１の方向で）前方に進み、一連の後続セルを通って最後のセルにまで達し、かつ、ＣＯ _２ 富化ガスが、第２の逆向き方向で、すなわち、ＣＯ _２ 富化ガスが前記最後のセルに入り、前記第１のセルにまで進むように前記第１の方向に対して対向流で流れるプロセスであって、ＣＯ _２ 枯渇ガスと、炭酸塩含有化合物と、精製金属、または、金属に富む化合物、硫酸、イオウ、硫化水素、二酸化イオウ、三酸化イオウおよび亜硫酸からなる群から選択される少なくとも１つの生成物と、を形成し、
    前記曝露すること、および、前記形成することは、前記廃棄物を安定化させる、プロセス。
21. ＣＯ _２ を封鎖するためのプロセスであって、
    金属硫酸塩化合物および／または金属硫化物化合物を含む物質を準備すること、
    封鎖されるＣＯ _２ を含むＣＯ _２ 富化ガスに前記物質を曝露すること、
    前記ＣＯ _２ 富化ガスを前記金属硫酸塩化合物および／または前記金属硫化物化合物と反応させること、ならびに、
    ＣＯ _２ 枯渇ガスと、炭酸塩含有化合物と、精錬金属、または、金属に富む化合物、硫酸、イオウ、硫化水素、二酸化イオウ、三酸化イオウおよび亜硫酸からなる群から選択される少なくとも１つの生成物とを形成することを含み、
    前記曝露すること、および、前記反応させることは、ＣＯ _２ を封鎖する、プロセス。

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