СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ КОНЦЕНТРАТОВ СЕРОСОДЕРЖАЩИХ РУД

1. Способ непрерывного извлечения металлов из серосодержащих руд с ассоциированным железом или без него, характеризующийся прямым восстановлением определенного металла или металлов, подлежащих извлечению, с регенерацией и повторным использованием железа в качестве восстановителя и карбоната натрия в качестве флюса из шлака, жидкости и газообразных выделений, полученных при протекании применяемых процессов, включающий в себя следующие стадии:
- извлекают металлы в плавильной печи, где плавят концентраты серосодержащих железных и/или нежелезных руд, содержащих извлекаемый металл, включая свинец, серебро, цинк, медь, молибден, сурьму, мышьяк, но не ограничиваясь ими, с ассоциированным железом или без него, а в некоторых случаях с включением золота и серебра, используя железо в качестве восстановителя указанных цветных металлов и карбонат натрия в качестве флюса, и в результате получают расплавленные или порошкообразные извлекаемые металлы, шлак контролируемого состава, состоящий из оксида железа и сульфида натрия, и газообразные выделения диоксида углерода;
- селективно растворяют в воде сульфид натрия из шлака и отделяют остаток фильтрованием для получения двух промежуточных продуктов - твердого остатка оксида железа и фильтрованного раствора сульфида натрия;
- регенерируют карбонат натрия в растворном реакторе для повторного использования путем смешивания фильтрованного раствора сульфида натрия с пересыщенным раствором карбоната натрия; через эту смесь пропускают газообразные выделения диоксида углерода, улавливаемого в процессе извлечения цветных металлов путем прямого восстановления, и в результате получают регенерированный карбонат натрия, а также газообразный сероводород и воду в качестве промежуточных продуктов;
- удаляют газообразный сероводород и получают серу путем улавливания и подачи этих газообразных выделений в газотвердый реактор, где сероводород вступает в реакцию с гидроксидом железа, образуя сульфид железа и воду; при надлежащей продувке воздухом эти продукты превращают в элементарную серу и воду, а регенерированный гидроксид железа используют повторно;
- спекают оксид железа путем предварительной агломерации, последующего нагревания твердого остатка, полученного фильтрованием, при контролируемой температуре от 1100°С до 1300°С и последующего спекания для получения гранул оксида железа, обладающих прочностью на сжатие, физическим свойством, необходимом на следующей стадии регенерации железа, используемого в качестве восстановителя;
- формируют восстановительные газы, оксид углерода и водород, в пламенной печи с использованием угля, металлургического кокса или природного газа в качестве топлива, при этом необходимое количество воздуха и водяного пара подают в упомянутую печь, где протекает процесс; в эту печь подают также повторно используемые газы, такие как остаточный диоксид углерода и непрореагировавший оксид углерода, которые отводят из восстановительной печи, в которой регенерируют железо, используемое в качестве восстановителя;
- регенерируют железо для повторного использования в качестве восстановителя путем восстановления металла, содержащегося в оксиде железа, посредством растворения шлака, получения твердого остатка, его агломерации, спекания и соответствующей реакции с восстановительными газами, оксидом углерода и водородом, образующимися в пламенной печи; затем полученное металлическое железо повторно используют в плавильной печи для концентратов серосодержащих руд.
2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что, с целью обеспечения регенерации и повторного использования восстановителя и флюса, управляют составом шлака путем определения требуемых количеств железа в качестве восстановителя и карбоната натрия в качестве флюса, используемых для обработки монометаллических серосодержащих руд цветных металлов путем следующей общей реакции:
x
y
2
3
2
2
MS+yFe+yNaCO→хМ+yNaS+yFeO+yCO,
где:
М представляет собой извлекаемый цветной металл, такой как медь, мышьяк, свинец, цинк, но не ограничиваясь ими;
x
y
MS представляет собой химическую формулу серосодержащей железной руды, из которой предполагается извлекать металл М;
x
y
х и у указывают количество атомов извлекаемого металла М и количество атомов железа и серы, соответственно, в руде MS; стехиометрические коэффициенты остальных реагентов и продуктов, образующихся при протекании процесса, зависят от их значений.
3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что, с целью обеспечения регенерации и повторного использования восстановителя и флюса, управляют составом шлака путем определения требуемых количеств железа в качестве восстановителя и карбоната натрия в качестве флюса, используемых для обработки монометаллических серосодержащих железных руд путем следующей общей реакции:
x
y
z
2
3
2
2
MFeS+(z-y)Fe+zNaCO→xM+zNaS+zFeO+zCO,
где:
М представляет собой извлекаемый цветной металл, такой как медь, мышьяк, свинец, цинк, но не ограничиваясь ими;
x
y
z
MFeS представляет собой химическую формулу серосодержащей железной руды, из которой предполагается извлекать металл М;
x
y
z
х, у, z указывают количество атомов извлекаемого металла М, количество атомов железа и серы, соответственно, в руде MFeS; стехиометрические коэффициенты остальных реагентов и продуктов, образующихся при протекании процесса, зависят от их значений.
4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что, с целью обеспечения регенерации и повторного использования восстановителя и флюса, управляют составом шлака путем определения требуемых количеств железа в качестве восстановителя и карбоната натрия в качестве флюса, используемых для обработки монометаллических серосодержащих железных и/или нежелезных руд путем следующей общей реакции:
x
y
z
m
2
3
MFeS+(Au,Ag)+nPb+(z-y)Fe+zNaCO→
2
2
→xM+m(Au,Ag)+nPb+zNaS+zFeO+zCO.
где:
M представляет собой извлекаемый цветной металл, такой как медь, мышьяк, свинец, цинк, но не ограничиваясь ими;
x
y
z
MFeS представляет собой химическую формулу серосодержащей железной или нежелезной (при у=0) руды, из которой предполагается извлекать ассоциированный металл М и благородные металлы;
x
y
z
m
x
y
z
х, у, z указывают количество атомов извлекаемого металла М, количество атомов железа и серы, соответственно, в руде MFeS; стехиометрические коэффициенты остальных реагентов и продуктов, образующихся при протекании процесса, зависят от их значений; (Au, Ag) представляет собой включения золота (Au), серебра (Ag) и электрума (Au/Ag), которые представлены в количестве m в минеральной матрице MFeS;
Pb представляет собой металлический свинец, который в количестве n добавляют совместно с реагентами в качестве конечного носителя золота и серебра.
5. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что с целью обеспечения регенерации и повторного использования восстановителя и флюса управляют составом шлака путем определения требуемых количеств железа в качестве восстановителя и карбоната натрия в качестве флюса, используемых для обработки сочетаний монометаллических серосодержащих железных и/или нежелезных руд путем следующей общей реакции:
a
b
c
2
3
x
y
z
2
3
[(M1)FeS+(c-b)Fe+cNaCO]+[(M2)FeS+(z-y)Fe+zNaCO]→
2
2
→a(M1)+x(M2)+(c+z)NaS+(c+z)FeO+(c+z)CO,
что в ином виде эквивалентно:
a
b
c
x
y
z
2
3
(M1)FeS+(M2)FeS+[(c-b)+(z-y)]Fe+(c+z)NaCO→
2
2
→a(M1)+x(M2)+(c+z)NaS+(c+z)FeO+(c+z)CO,
где:
M1 и M2 - извлекаемые цветные металлы, такие как медь, мышьяк, но не ограничиваясь ими,
a
b
c
x
y
z
(M1)FeS и (M2)FeS представляют собой химические формулы серосодержащих железных или нежелезных (при у=0) руд, из которых должны извлекаться цветные металлы M1 и М2;
a
b
c
x
y
z
при этом подстрочные индексы а, b, с, а также х, у, z указывают количество атомов металлов M1 и М2, железа и серы в (M1)FeS и (M2)FeS; стехиометрические коэффициенты остальных реагентов (восстановителя и флюса) и продуктов, полученных при протекании процесса (расплавленные металлы, шлак и газообразные выделения), зависят от их значений.
6. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что, с целью обеспечения регенерации и повторного использования восстановителя и флюса, управляют составом шлака путем определения требуемых количеств железа в качестве восстановителя и карбоната натрия в качестве флюса, используемых для обработки биметаллических серосодержащих железных и/или нежелезных руд путем следующей общей реакции:
a
b
y
z
2
3
2
2
(M1)(M2)FeS+(z-y)Fe+zNaCO→a(M1)+b(M2)+zNaS+zFeO+zCO,
где:
M1 и M2 представляют собой извлекаемые цветные металлы, такие как сурьма, цинк, медь, серебро, мышьяк, кобальт, но не ограничиваясь ими;
a
b
y
z
a
b
y
z
(M1)(M2)FeS представляет собой химическую формулу серосодержащей железной или нежелезной (при у=0) руды, из которой должны извлекаться цветные металлы M1 и М2; при этом подстрочные индексы а, b, а также у, z указывают количество атомов металлов M1 и М2, железа и серы, соответственно, в (M1)(M2)FeS; стехиометрические коэффициенты остальных реагентов (восстановителя и флюса) и продуктов, полученных при протекании процесса (расплавленные металлы, шлак и газообразные выделения), зависят от их значений.
7. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что, с целью обеспечения регенерации и повторного использования восстановителя и флюса, управляют составом шлака путем определения требуемых количеств железа в качестве восстановителя и карбоната натрия в качестве флюса, используемых для обработки сочетаний биметаллических серосодержащих железных и нежелезных руд путем следующей общей реакции:
a
b
c
d
w
x
y
z
2
3
[(M1)(M2)FeS+(M3)(M4)FeS+[(d-c)+(z-y)]Fe+(d+z)NaCO]→
2
2
→a(M1)+b(M2)+w(M3)+x(M4)+(d+z)NaS+(d+z)FeO+(d+z)CO,
где:
M1, M2, М3 и М4 - извлекаемые цветные металлы, такие как сурьма, цинк. медь, серебро, мышьяк, кобальт, но не ограничиваясь ими;
a
b
c
d
w
x
y
z
(M1)(M2)FeS и (M3)(M4)FeS представляют собой химические формулы серосодержащих железных и нежелезных руд, из которых должны извлекаться цветные металлы M1, М2, М3 и М4;
a
b
c
d
w
x
y
z
подстрочные индексы а, b, с, d, а также w, х, у, z указывают количество атомов металлов M2, М2, М3 и М4, железа и серы, соответственно, в (M1)(M2)FeS и (M3)(M4)FeS; стехиометрические коэффициенты остальных реагентов (восстановителя и флюса) и продуктов, полученных при протекании процесса (расплавленные металлы, шлак и газообразные выделения), зависят от их значений;
следует отметить, что вышеупомянутый стехиометрический состав действителен даже при наличии некоторых из следующих ситуаций (или всех этих ситуаций в сочетании):
- когда химические формулы биметаллических серосодержащих руд содержат один и тот же цветной металл, т.е. когда (M1, М2) частично совпадают с (М3, М4);
- когда в сочетании биметаллических серосодержащих руд одна руда является железной рудой, а другая руда является нежелезной рудой;
в этом случае одновременное наличие обеих ситуаций, упомянутых выше, соответствует следующему стехиометрическому уравнению, где М4=М2 и у=0:
a
b
c
d
w
x
z
2
3
[(M1)(M2)FeS+(M3)(M2)S+[(d-c)+z]Fe+(d+z)NaCO]→
2
2
→a(M1)+(b+x)(M2)+w(M3)+(d+z)NaS+(d+z)FeO+(d+z)CO.
8. Способ извлечения обычных и благородных металлов из серосодержащих железных и/или нежелезных руд, характеризующийся тем, что проводят плавление концентратов руд извлекаемого металла или металлов, таких, как свинец, серебро, цинк, медь, молибден, сурьма, мышьяк, но не ограничиваясь ими, а также золота и/или серебра, если они встречаются в виде включений в пирите, арсенопирите, халькопирите, используют железо в качестве восстановителя и карбонат натрия в качестве флюса и в результате получают извлекаемый металл или металлы в расплавленном или порошкообразном виде, шлак контролируемого состава, состоящий из оксида железа и сульфида натрия, и газообразные выделения диоксида углерода.
9. Способ по п. 8, предназначенный для извлечения золота и серебра, содержащихся в виде включений в серосодержащих железных рудах, и/или серебра, содержащегося в виде сульфидов, характеризующийся тем, что проводят плавление концентратов руд, таких как арсенопирит, пирит, марказит, пирротит, халькопирит, аргентит или акантит, но не ограничиваясь ими, с использованием карбоната натрия в качестве флюса и железа в качестве восстановителя там, где это применимо, совместно с реагентами, металлическим свинцом в качестве носителя золота и серебра в конечном продукте, полученном в результате извлечения вышеперечисленных драгоценных металлов.
10. Способ получения металлического железа путем переработки шлака, состоящего из оксида железа и сульфида натрия, характеризующийся тем, что:
- растворяют в воде сульфид натрия, являющийся компонентом шлака;
- отфильтровывают твердый остаток оксид железа;
- проводят агломерацию и спекание оксида железа для образования гранул этого соединения;
- формируют восстановительные газы, оксид углерода и/или водород, в пламенной печи, используя уголь, металлургический кокс или природный газ совместно с кислородом, водяным паром и/или диоксидом углерода; эта стадия может быть опущена, если восстанавливающие газы, оксид углерода и/или водород, уже получены;
- восстанавливают железо, содержащееся в гранулах оксида железа, с использованием газообразного оксида углерода и/или водорода в качестве восстановителя.
11. Способ получения карбоната натрия из газообразного диоксида углерода и плавильного шлака, состоящего из оксида железа и сульфида натрия, характеризующийся тем. что:
- растворяют в воде сульфид натрия, являющийся компонентом шлака;
- фильтруют и отделяют раствор, полученный при растворении сульфида натрия в
воде;
- обрабатывают фильтрованный раствор сульфида натрия газообразным диоксидом углерода и пересыщенным раствором карбоната натрия;
- отфильтровывают и нагревают полученные кристаллы бикарбоната натрия для превращения в кристаллы карбоната натрия.
- удаляют газообразный сероводород, образовавшийся при обработке фильтрованного раствора сульфида натрия, и подают его в газотвердый реактор для взаимодействия с кристаллами гидроксида железа;
- получают в газотвердом реакторе кристаллы сульфида железа и воду;
- продувают воздухом кристаллы сульфида железа в воде для регенерации гидроксида железа и его повторного использования и для одновременного получения элементарной серы и воды.
12. Способ извлечения металлического железа из концентратов серосодержащих железных руд, таких как пирротит и арсенопирит, являющихся моносульфидами, марказит и пирит, являющихся бисульфидами, но и не ограничиваясь ими, характеризующийся тем, что проводят плавление этих концентратов с использованием карбоната натрия в качестве флюса и дополнительного железа в качестве восстановителя, если это применимо, с последующим извлечением металлического железа из образовавшегося шлака, состоящего из оксида железа и сульфида натрия, с регенерацией и повторным использованием упомянутого металлургического сырья, включающий в себя следующие стадии:
- плавят концентраты серосодержащих железных руд с использованием карбоната натрия в качестве флюса и дополнительного железа в качестве восстановителя или реагента, если это применимо;
- растворяют в воде сульфид натрия, являющийся компонентом шлака;
- отфильтровывают твердый остаток оксид железа;
- проводят агломерацию и спекание оксида железа для образования гранул этого соединения;
- формируют восстановительные газы, оксид углерода и/или водород, в пламенной печи, используя уголь, металлургический кокс или природный газ совместно с кислородом, водяным паром и/или диоксидом углерода; эта стадия может быть опущена, если восстанавливающие газы, оксид углерода и/или водород, уже получены;
- восстанавливают железо, содержащееся в гранулах оксида железа, с использованием оксида углерода и/или водорода в качестве восстановителя.