Дальнейшим усовершенствованием технологии обжига золото-мышьяковых концентратов в кипящем слое является проведение его в две стадии. Двухстадиальный обжиг можно осуществлять в двух сообщающихся камерах печи или отдельных печах.
На первой стадии при ограниченном количестве воздуха из концентрата отгоняют мышьяк в виде Аs2О3. Вторая стадия, проводимая при избытке воздуха, служит для окисления сульфидной серы. На рис. изображена схема установки для двухстадиального обжига в кипящем слое на руднике Кэмпбелл (Канада). Флотационный концентрат в виде пульпы с содержанием твердого 70—80'% поступает на первую стадию обжига. Огарок первой стадии через разгрузочную трубу направляется на вторую стадию. Для лучшего перетекания материала в разгрузочной трубе установлено сопло для подачи сжатого воздуха. Газ из печи первой стадии поступает в промежуточный циклон и далее в надслоевое пространство печи второй стадии. Пыль из циклона вместе с огарком направляют на вторую стадию. Газ, выходящий из печи второй стадии, поступает в две параллельные нити циклонов (по три циклона в каждой) и через дымовую трубу выбрасывается в атмосферу. Огарок и пыль из циклонов II стадии охлаждают водой в специальной ванне и направляют на цианирование.
Для проведения обжига в автогенном режиме содержание серы в обжигаемом материале не должно быть меньше 16—20%. При более высоком содержании возникает необходимость отвода избыточного тепла. На практике это осуществляют, подавая дополнительное количество воды либо в питание печи, либо непосредственно в кипящий слой.
Обжиг концентратов в печах кипящего слоя сопровождается большим уносом пыли (40—50% исходного материала). Поэтому тщательная очистка газов от пыли — одна из центральных проблем. Применение одних циклонов часто не дает необходимой степени очистки газов. В этих случаях систему пылеулавливания дополняют электрофильтрами. На некоторых предприятиях практикуют извлечение из газов трехокиси мышьяка. С этой целью отходящие из печи газы тщательно очищают от пыли и охлаждают;
сконденсированную трехокись мышьяка в виде тонкого порошка улавливают в мешочных фильтрах. При необходимости газы печей кипящего слоя можно использовать для производства серной кислоты.
По сравнению с подовыми печами печи кипящего слоя — весьма эффективные аппараты для обжига золотосодержащих концентратов. Основные их преимущества следующие:
1) большая удельная производительность, составляющая около 5 т/{м2 -сутки), что примерно в 20 раз выше производительности подовых печей;
2) более высокое качество получаемых огарков, обусловленное возможностью точного регулирования температурного и кислородного режимов обжига.
Однако наряду с преимуществами обжиг в кипящем слое имеет некоторые недостатки, главный из которых большой пылеунос. Это обстоятельство требует сооружения сложных пылеулавливающих систем.
Рассмотренная схема переработки сульфидных золотосодержащих концентратов путем их окислительного обжига с последующим планированием огарка является весьма распространенной, но не единственно возможной схемой переработки таких продуктов.[1]
В ряде случаев флотационные концентраты, получаемые на золотоизвлекательных предприятиях, направляют на медеплавильные заводы, где их плавят совместно с медными концентратами. Золото при этом переходит в штейн и, в конечном счете, концентрируется на анодном шламе, откуда его извлекают специальными методами (см. с. 282). Для переработки флотационных концентратов с высоким содержанием мышьяка такой метод неприемлем, так как мышьяк затрудняет производство чистой меди. Поэтому золото-мышьяковые концентраты перед отправкой на медеплавильный завод должны быть подвергнуты окислительному обжигу для удаления мышьяка.
Окислительный обжиг можно применить также при переработке безмышьяковистых пиритных концентратов с целью производства серной кислоты.
Способ переработки сырых или обожженных концентратов на медеплавильных заводах не требует больших затрат и позволяет извлекать золото даже из таких упорных материалов, применительно к которым окислительный обжиг с последующим цианирование огарка не дает положительных результатов. Недостаткам этого способа являются повышенные расходы на перевозку и потери золота при транспортировке и плавке концентрата.
Метод переработки флотационных концентратов путем окислительного обжига с последующим цианированием огарка имеет известнее недостатки. Главный из них—повышенные потери золота с хвостами цианирования. Несмотря на все принимаемые меры, окислительный обжиг неизбежно сопровождается частичным спеканием материала и образованием на поверхности золотин пленок из легкоплавких соединений. В результате этого некоторое количество золота оказывается недоступным действию цианистых растворов и теряется с хвостами цианирования.
Стремление повысить извлечение золота из сульфидных флотационных концентратов привело к разработке ряда других способов: окислительно-хлорирующий обжиг; хлоридовозгонка; автоклавное выщелачивание.
Окислительно-хлорирующий обжиг производится с целью вскрытия тонкодисперсного золота для последующего цианирования. Сущность этого вида обжига состоит в том, что обрабатываемый материал смешивают с 5—20% хлористого натрия и обжигают в окислительной атмосфере при температуре 500—600° С. Механизм процесса сводится к тому, что образующиеся при обжиге сернистый газ и пары серы в присутствии кислорода вступают в реакцию с хлоридом натрия, выделяя свободный хлор:
2NaCl +SO2 + O2 = Na2SO4 + Сl2
2NaCl + S + 2O2 = Na2SO4 + Сl2
Обладая высокой химической активностью, хлор взаимодействует о сульфидами и окислами железа, образуя хлориды FeСl2 и FeСl3. Последние разлагаются кислородом воздуха:
2 FeСl3 + 1,5 O2= Fе2О3 + З Сl2.
Выделяющийся свободный хлор вновь вступает в реакцию и т,д, Такой механизм процесса, связанный с многократной диффузией газообразных продуктов через массу минерального зерна, являйся причиной образования пористого гематита Fе2О3, структура которого благоприятна для доступа цианистых растворов даже к самым глубоким и тонким включениям золота. Благодаря этому при цианировании огарка окислительно-хлорирующего обжига извлечение золота в растворе выше по сравнению с цианированием огарка простого окислительного обжига. Если в исходном материале присутствуют цветные металлы, то в процессе окислительно-хлорирующего обжига они переходят в хлориды. Для извлечения их, а также отмывки воднорастворимых сульфата натрия, непрореагировавшего хлорида натрия и небольших количеств неразложенных хлоридов железа огарок перед цианированием следует выщелачивать водой или слабым раствором кислоты.
Как видно из приведенных выше реакций, необходимое условие для успешного проведения окислительно-хлорирующего обжига это присутствие в обжигаемом материале сульфидной серы. В то же время высокое содержание серы в исходном материале приводит к повышенному расходу хлористого натрия и тем самым снижает экономическую эффективность процесса. Поэтому высокосернистые материалы перед окислительно-хлорирующим обжигом целесообразно подвергать простому окислительному обжигу с получением огарков, содержащих 3—5% серы.
Хлоридовозгонка, предложенная Б. Н. Лебедевым, так же как и окислительно-хлорирующий обжиг, заключается в том, что золотосодержащий концентрат смешивают с хлористым натрием и обжигают в окислительной атмосфере. Однако в отличие от окислительно-хлорирующего обжига, являющегося лишь подготовительной операцией к планированию, хлоридовозгонка предусматривает полный перевод металлического золота в летучий хлорид и последующее улавливание его из газов в виде весьма концентрированного по металлу продукта. Такой эффект достигается лишь при высокой температуре, равной примерно 900— 1000° С. Одновременно с золотом возгоняются также хлориды серебра, меди, свинца и других металлов. Механизм хлоридо-возгонки в основном аналогичен механизму окислительно-хлорирующего обжига.
Во избежание спекания сульфидных концентратов при высоких температурах хлоридовозгонке следует подвергать предварительно обожженные материалы с содержанием серы 2—5%. Меньшее содержание серы также нежелательно вследствие снижения извлечения золота. Оптимальный расход NaCl составляет 10—15% от массы исходного материала. При недостатке NaCI золото и сопутствующие ему элементы хлорируются неполностью и частично теряются с огарком; избыток NaCI приводит к оплавлению и укрупнению частиц огарка, что также ухудшает извлечение металлов. При соблюдении этих условий в возгоны переходит до 99% Au, 98% Ag, 96% Си, 90% Zn. Содержание золота в огарках не превышает 2 г/т.
Переработка возгонов заключается в выщелачивании их водой с переводом в раствор хлористых солей мышьяка, железа, меди, свинца, цинка, а также сульфата и хлорида натрия. Золото при этом восстанавливается до металла и вместе с хлоридом серебра остается в нерастворимом остатке. Суммарное содержание драгоценных металлов в остатке после водного выщелачивания составляет несколько процентов, что позволяет непосредственно плавить его на черновой металл. Раствор хлоридов можно использовать для извлечения цветных металлов.
Процесс хлоридовозгонки весьма универсален, его можно использовать для извлечения золота из концентратов практически любого состава. Важное достоинство этого процесса — возможность комплексной переработки концентратов с извлечением из них не только золота и серебра, но и сопутствующих цветных металлов. К недостаткам хлоридовозгонки следует отнести сложность аппаратурного оформления высокотемпературного обжига и улавливания возгонов. По этой причине хлоридовозгонка пока еще не нашла применения в золотодобывающей промышленности.