Способ выщелачивания металлсодержащего сульфидного концентрата

СПОСОБ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩЕГО СУЛЬФИДНОГО КОНЦЕНТРАТА В изобретении представлен способ выщелачивания металлсодержащего сульфидного концентрата при гидрометаллургическом производстве металла в процессе выщелачивания, из которого выводят отходящий газ, содержащий горячий водяной пар, и в который вводят кислый раствор,нагретый до повышенной температуры. Кислый раствор нагревают до повышенной температуры путем приведения отходящего газа из стадии выщелачивания в непосредственный контакт с кислым раствором. Область техники Изобретение относится к способу, описанному в ограничительной части п.1 формулы изобретения. Уровень техники Из уровня техники известны способы выщелачивания металлсодержащего сульфидного концентрата в процессе выщелачивания при гидрометаллургическом производстве металла. Отходящий газ, содержащий горячий водяной пар, выводят из процесса выщелачивания. С другой стороны, кислый раствор, нагретый до повышенной температуры, вводят в процесс. Такие способы известны, например, из патентных публикаций FI100806 В и WO 2004/076698A1 и статей "Outotec Direct Leaching application inZinc 2008, International Symposium on Lead and Zinc Processing, Durbaan, South Africa, 25-29 February 2008 и "Zinc Plant Expansion by Outotec Direct Leaching Process", M. Lahtinen, K. Svens, T. Haakana, L. Lehtinen,Zinc and Lead Metallurgy, L. Centomo, M.J. Collins, J. Harlamovs, and J. Liu, Eds., Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum (COM2008), Winnipeg, Canada 2008, 167-178, в которых описано прямое выщелачивание цинка. Также из публикации FI 121713B известен способ выщелачивания меди. Способ выщелачивания никеля известен из публикации FI 121180B, относящейся к выщелачиванию никелевых латеритных руд. При выщелачивании металлсодержащего сульфидного концентрата в ходе процесса выщелачивания сульфида происходят экзотермические реакции, при которых выделяется значительное количество тепла. Это тепло отводят из стадии выщелачивания в отходящий газ, содержащий горячий водяной пар. Отходящие газы содержат значительное количество энергии в виде водяного пара, имеющего температуру около 100 С. Как правило, отходящие газы выводят в атмосферу через газоочиститель. С другой стороны, кислый раствор, подаваемый в процесс выщелачивания, нагревают паром, полученным при сжигании нефти, природного газа или другого внешнего источника тепловой энергии, что приводит к большим инвестиционным затратам на оборудование, к расходам на внешнюю тепловую энергию и к выбросам диоксида углерода. Цель изобретения Целью изобретения является устранение недостатков, указанных выше. Конкретной целью изобретения является способ, позволяющий использовать тепловую энергию,содержащуюся в горячем водяном паре, который содержится в отходящих газах из процесса, полученных в ходе экзотермических реакций, протекающих при выщелачивании металлсодержащего сульфидного концентрата, для нагревания кислого раствора, который вводят в процесс. Другой целью изобретения является способ, позволяющий значительно снизить количество внешней энергии, необходимой для нагревания кислого раствора, который вводят в процесс, снизить энергозатраты и увеличить энергоэффективность, а также снизить выбросы диоксида углерода. Краткое изложение сущности изобретения Отличительные признаки способа по данному изобретению представлены в п.1 формулы изобретения. Согласно настоящему изобретению кислый раствор нагревают до повышенной температуры путем приведения отходящего газа из стадии выщелачивания в непосредственный контакт с кислым раствором. Тепло горячего водяного пара, содержащегося в отходящем газе, выделяют путем приведения отходящего газа в непосредственный контакт с кислым раствором. Таким образом, нет никакой необходимости в использовании традиционных теплообменников, эксплуатируемых в режиме косвенной передачи тепла, которые могут привести к проблематичному наросту соединений серы, содержащихся в отходящем газе, на холодных поверхностях. Преимущество данного изобретения состоит в том, что серосодержащие соединения не вызывают никаких проблем. Когда отходящий газ приводят в непосредственный контакт с кислым раствором, горячий водяной пар, содержащийся в отходящем газе, конденсируется на охлаждающей поверхности кислого раствора в соответствии с равновесием жидкость-пар. Степень конденсации зависит, например, от равновесных состояний фаз и от площади поверхности раздела фаз. Сконденсировавшаяся вода немного разбавляет кислый раствор, но в очень небольшой степени, и это не влияет на процесс. Дополнительным преимуществом настоящего изобретения является то, что тепловая энергия, содержащаяся в горячем водяном паре, который содержится в отходящих газах, может быть выделена, таким образом позволяя значительно уменьшить количество внешней энергии, необходимой для нагревания кислого раствора, который вводят в процесс, и тем самым это позволяет сократить энергозатраты, так что энергоэффективность процесса повышается, а выбросы диоксида углерода снижаются. Настоящее изобретение пригодно для применения в связи с выщелачиванием любого металлсодержащего сульфидного концентрата. В одном воплощении способа кислый раствор нагревают путем обеспечения его в виде капель в горячем отходящем газе, причем горячий отходящий газ представляет собой непрерывную фазу. Посредством введения кислого раствора в виде капель в отходящий газ можно получить большую площадь теплообмена и эффективную теплопередачу. В одном воплощении способа кислый раствор распыляют через сопло с образованием капель в отходящем газе в устройстве, где отходящий газ и кислый раствор движутся противотоком. В одном воплощении способа отходящий газ и кислый раствор приводят во взаимный контакт с помощью оборудования эжектор/трубка Вентури. В одном воплощении способа кислый раствор нагревают диспергированием отходящего газа в кислом растворе, причем кислый раствор представляет собой непрерывную фазу. В одном воплощении способа отходящий газ диспергируют в растворе серной кислоты. В одном воплощении способа температура водяного пара в отходящем газе из стадии выщелачивания составляет приблизительно 100 С. В одном воплощении способа кислый раствор нагревают до приблизительно 50-80 С с помощью отходящего газа. В одном воплощении способа металл, подвергаемый выщелачиванию, представляет собой цинк, а кислота представляет собой раствор серной кислоты. В одном воплощении способа кислый раствор, подвергаемый нагреву, представляет собой возвратную кислоту, полученную электролизом. В одном воплощении способа способ включает выщелачивание по меньшей мере на одной стадии низкокислотного выщелачивания (low acid leaching), из которой выводят отходящий газ, содержащий горячий водяной пар, а затем по меньшей мере на одной стадии высококислотного выщелачивания (highacid leaching), на которую вводят кислый раствор, нагретый до повышенной температуры. Перед вводом на стадию высококислотного выщелачивания кислый раствор нагревают до повышенной температуры путем приведения отходящего газа из стадии низкокислотного выщелачивания в непосредственный контакт с кислым раствором, который будут вводить на стадию высококислотного выщелачивания. Список чертежей В следующем разделе настоящее изобретение будет описано подробно посредством иллюстрирующих воплощений со ссылкой на прилагаемые чертежи, где на фиг. 1 показана блок-схема процесса или части процесса, в котором используют первое воплощение способа согласно настоящему изобретению, и на фиг. 2 показана блок-схема второго воплощения способа согласно настоящему изобретению. Подробное описание изобретения На фиг. 1 показан способ выщелачивания металлсодержащего сульфидного концентрата в гидрометаллургическом процессе выщелачивания. В процессе выщелачивания металлсодержащего концентрата металлсодержащий сульфидный концентрат выщелачивают в кислых и окислительных условиях при атмосферном давлении и при температуре, близкой к температуре кипения раствора (приблизительно 100 С). Растворение сульфидов металлов в кислых и окислительных условиях представляет собой систему экзотермических реакций, и при этом образуется значительное количество энергии. В упрощенном виде эти реакции могут быть описаны следующим образом. Трехвалентное железо (железо (III окисляет сульфиды металлов где Me = Zn, Fe, Cu, Co, Ni, Cd, Pb и т.д. Двухвалентное железо (железо(II, полученное при окислении сульфидов металлов, окисляется до трехвалентного железа газообразным кислородом и серной кислотой Указанные выше реакции также можно записать в виде суммарной реакции Процесс выщелачивания включает стадию 1 образования суспензии, на которую подают металлсодержащий концентрат в виде порошка или суспензии и кислый раствор, нагретый до повышенной температуры, и на стадии 1 образования суспензии металлсодержащий концентрат диспергируют в кислом растворе с образованием суспензии. Со стадии 1 образования суспензии суспензию концентрата и кислый раствор далее направляют на стадию 2 выщелачивания. На стадии 2 выщелачивания происходят экзотермические реакции. Тепло, выделяемое в ходе реакций, приводит к испарению воды, которая выходит из стадии 2 выщелачивания в виде горячего водяного пара с отходящими газами. Эту смесь отходящий газ/водяной пар направляют на стадию 3 регенерации тепла для нагревания кислого раствора перед направлением его на стадию 1 образования суспензии. Часть отходящих газов из стадии 2 выщелачивания подают на стадию 3 регенерации тепла, а другую часть подают непосредственно в газоочиститель мимо стадии 3 регенерации тепла. Такое распределение газового потока можно регулировать на основании измерения температуры на стадии 2 выщелачивания. На стадии 3 регенерации тепла кислый раствор нагревают до повышенной температуры путем приведения отходящего газа из стадии выщелачивания в непосредственный контакт с кислым раствором. Приведение отходящего газа в непосредственный контакт с кислым раствором может быть осуществлено различными способами. Большая площадь теплообмена между кислым раствором и отходящим газом может быть получена путем введения жидкости в виде капель в газ или путем распределения газа в жидкости. Непрерывная фаза может представлять собой или газ или жидкость, в зависимости от обстоя-2 024294 тельств. Например, кислый раствор можно обеспечить в виде капель в горячем отходящем газе, причем горячий отходящий газ представляет собой непрерывную фазу. Кислый раствор, например, может быть распылен в отходящем газе через сопло с образованием капель в устройстве, где отходящий газ и кислый раствор движутся противотоком. Кроме того, возможно приведение отходящего газа во взаимный контакт с кислым раствором при помощи оборудования эжектор/трубка Вентури. Кроме того, можно нагревать кислый раствор путем диспергирования отходящего газа в кислом растворе, причем кислый раствор представляет собой непрерывную фазу. На фиг. 2 показан один пример процесса выщелачивания металлсодержащего сульфидного концентрата. Здесь способ прямого выщелачивания цинкового концентрата, разработанный заявителем (способOutotec Zinc Direct Leaching Process), осуществляют по принципу противотока. Способ по настоящему изобретению адаптирован для указанного способа. Способ, показанный на фиг. 2, включает стадию 4 образования суспензии, на которую подают сульфидный цинковый концентрат в виде порошка или суспензии и кислый раствор, нагретый до повышенной температуры. На стадии 4 образования суспензии цинковый концентрат диспергируют в кислом растворе с образованием суспензии. После стадии 4 образования суспензии суспензию кислого раствора и цинкового концентрата подают на стадию 5 низкокислотного выщелачивания, на которую подают кислород. На стадии 5 низкокислотного выщелачивания, где главным образом происходит растворение,также образуется большое количество тепла в ходе указанных экзотермических реакций. Выделившееся в ходе реакций тепло приводит к испарению воды, которая выходит из стадии 5 низкокислотного выщелачивания вместе с отходящими газами в виде горячего водяного пара, имеющего температуру около 100 С. Вместо направления этого отходящего газа в отходы в соответствии с настоящим изобретением его направляют на стадию 6 регенерации тепла для нагрева возвратной кислоты, полученной в процессе электролиза, перед направлением возвратной кислоты на стадию 7 высококислотного выщелачивания. Электролиз осуществляют при температуре ниже 40 С, так что температура полученной возвратной кислоты составляет приблизительно 35 С. После стадии 5 низкокислотного выщелачивания суспензию направляют на первую стадию 8 сгущения, где продолжается выщелачивание на стадии низкокислотного выщелачивания, и из которой сгущенную суспензию направляют на стадию 7 высококислотного выщелачивания. Отходящие газы, полученные на стадии 7 высококислотного выщелачивания, также направляют на стадию 6 регенерации тепла. На стадии 6 регенерации тепла раствор возвратной кислоты нагревают до повышенной температуры путем приведения отходящего газа из стадии выщелачивания в непосредственный контакт с раствором возвратной кислоты. Из стадии 6 регенерации тепла отходящие газы удаляют в атмосферу через газоочиститель. На стадии 6 регенерации тепла возвратная кислота при необходимости может быть нагрета с помощью отходящего газа до приблизительно 50-80 С, предпочтительно до 65 С согласно примеру способа, изображенному на фиг. 2. На стадии 6 регенерации тепла кислый раствор может быть, например, обеспечен в виде капель в горячем отходящем газе, причем горячий отходящий газ представляет собой непрерывную фазу. Кислый раствор может быть, например, распылен через сопло с образованием капель в отходящем газе в устройстве, где отходящий газ и кислый раствор движутся противотоком. Кроме того, возможно приведение отходящего газа во взаимный контакт с кислым раствором при помощи оборудования эжектор/трубка Вентури. Кроме того, можно нагревать кислый раствор путем диспергирования отходящего газа в кислом растворе, причем кислый раствор представляет собой непрерывную фазу. Из стадии 7 высококислотного выщелачивания кислый раствор направляют на стадию 9 флотации,где удаляют флотированную серу. Из стадии 9 флотации кислый раствор и нефлотируемую фракцию далее направляют на вторую стадию 10 сгущения, где свинец, серебро, ярозит и гипс отделяют от кислого раствора. Кислый раствор, выходящий со стадии 10 сгущения, подогревают паром перед направлением его обратно на стадию 4 образования суспензии. В дополнение к использованию отходящих газов, образующихся на стадиях 5 и 7 низкокислотного и высококислотного выщелачивания, для нагревания возвратной кислоты на стадии 6 регенерации тепла возвратную кислоту, направляемую на стадию 7 высококислотного выщелачивания, дополнительно нагревают на стадии 11 теплообмена, где возвратную кислоту нагревают с применением внешнего источника энергии. При использовании отходящего газа из стадий низкокислотного и высококислотного выщелачивания для нагревания возвратной кислоты на стадии 11 теплообмена требуется значительно меньше пара, получаемого с применением внешнего источника энергии, чем ранее. Изобретение не ограничено только примерными воплощениями, упомянутыми выше; вместо этого,многие изменения возможны в пределах объема идеи изобретения, определенной формулой изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ выщелачивания металлсодержащего сульфидного концентрата при гидрометаллургическом производстве металла в процессе выщелачивания, из которого выводят отходящий газ, содержащий горячий водяной пар, и в который вводят кислый раствор, нагретый до повышенной температуры, отличающийся тем, что кислый раствор нагревают до повышенной температуры путем приведения отходящего газа из стадии выщелачивания в непосредственный контакт с кислым раствором. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кислый раствор нагревают путем распыления его в виде капель в горячем отходящем газе, причем горячий отходящий газ представляет собой непрерывную фазу. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что кислый раствор распыляют в отходящем газе через сопло с образованием капель в устройстве, где отходящий газ и кислый раствор движутся противотоком. 4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что отходящий газ и кислый раствор приводят во взаимный контакт с помощью оборудования, представляющего собой эжектор/трубка Вентури. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что кислый раствор нагревают диспергированием отходящего газа в кислом растворе, причем кислый раствор представляет собой непрерывную фазу. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что отходящий газ диспергируют в растворе серной кислоты. 7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что температура водяного пара в отходящем газе из стадии выщелачивания составляет приблизительно 100 С. 8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что кислый раствор нагревают до 50-80 С с помощью отходящего газа. 9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что металл представляет собой цинк, а кислота представляет собой серную кислоту. 10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что кислый раствор представляет собой возвратную кислоту, полученную электролизом. 11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что данный способ включает выщелачивание по меньшей мере на одной стадии низкокислотного выщелачивания, из которой выводят отходящий газ,содержащий горячий водяной пар, а затем по меньшей мере на одной стадии высококислотного выщелачивания, на которую вводят кислый раствор, нагретый до повышенной температуры, и тем, что перед вводом на стадию высококислотного выщелачивания кислый раствор нагревают до повышенной температуры путем приведения отходящего газа из стадии низкокислотного выщелачивания в непосредственный контакт с кислым раствором, который будут вводить на стадию высококислотного выщелачивания.