Гидрометаллургия

Гидрометаллургия (далее Г) (от гидро... и металлургия), извлечение металлов из руд, концентратов и отходов различных производств водными растворами реагентов с последующим выделением металлов из растворов.

На возможность применения гидрометаллургических процессов для извлечения металлов из руд указывал М. В. Ломоносов (1763). Значительный вклад в развитие Г внес русский ученый П. Р. Багратион, создавший теорию цианирования (1843). В начале 20 в. промышленное значение приобрела Г меди. Позднее были разработаны гидрометаллургические способы получения многих др. металлов.

Г включает ряд основных технологических операций, выполняемых в определенной последовательности. Механическая обработка руды - дробление и измельчение с целью полного или частичного раскрытия зерен минералов, содержащих извлекаемый металл. Изменение состава руды или концентрата для подготовки их к выщелачиванию - окислительных, сульфатизирующий или восстановительный обжиг, спекание. Цель - разложение соединений извлекаемого металла и перевод их в растворимую форму. Выщелачивание - перевод извлекаемого металла в водный раствор. Эта операция иногда осуществляется попутно в процессе мокрого измельчения (в мельницах, классификаторах) или в специальной аппаратуре (чаны для выщелачивания, автоклавы). Отделение металлосодержащего раствора от измельченного материала обезвоживанием и промывкой в сгустителях, на фильтрах. Подготовка растворов к выделению из них соединений или металлов отделением взвешенных частиц (осветление) или осаждением сопутствующих металлов и примесей. Осаждение металлов или их соединений из растворов электролизом ( и др.), восстановлением более электроотрицательным металлом - цементацией ( и др.), сорбцией ионообменными смолами или углем, жидкостной экстракцией соединений металла органическими растворителями с последующей реэкстракцией в водный раствор и осаждением из него чистого металла или соединения. Переработка осадка с целью дальнейшей очистки выделенного соединения или чернового металла или непосредственное получение готового товарного металла может осуществляться: перекристаллизацией, возгонкой, прокаливанием, переплавкой, электролизом из водных или расплавленных сред.

При взаимодействии металла с растворителем нейтральный металла переходит в ионное состояние, образуя растворимое соединение. Растворение происходит легко в случае выщелачивания руд или концентратов, в которых металл присутствует в окисленной (ионной) форме. Примером могут служить окисленные и руды, обожженные концентраты, продукты обжига. В некоторых случаях для извлечения металла растворителем необходимо предварительное окисление или др. окислителем (например, при содовом выщелачивании руд, содержащих 4-валентный для перевода последнего в 6-валентный). При растворении металлов (самородных или восстановленных) неизбежно окисление их для перехода в ионное состояние. Окисление металла с одновременной ионизацией окислителя (например, растворенного в воде молекулярного в случае более благородных металлов термодинамически возможно лишь при затрате энергии, которая, например, может быть получена при образовании комплексного иона (цианирование и аммиачное выщелачивание металлической меди,
Растворение минералов с различными видами связи в решетке (ковалентная, металлическая, ионная) характерно для выщелачивания сульфидов, арсенидов, Растворение этих минералов, если предварительно не проведен окислительный обжиг, в большинстве случаев также требует окисления в пульпе, например при аммиачном выщелачивании сульфидных руд в автоклаве под давлением или воздуха. Перенос растворителя и удаление продуктов реакции происходит в объеме раствора конвекцией (турбулентной диффузией), а в слое на границе с минералом - молекулярной (тепловой) диффузией. Обычно реакция, происходящая при гидрометаллургическом извлечении, находится в диффузионной области; определяющим фактором является скорость диффузии вещества, лимитирующая течение реакции. Возрастание скорости растворения минерала происходит при увеличении его относительной поверхности (т. е. степени измельчения), при ускорении перемешивания и при повышении температуры.

Форма поверхности и размер частиц растворяемого минерала определяют функциональную зависимость количества растворившегося металла от времени контакта с раствором; поэтому они влияют на степень извлечения и на объем аппаратов для выщелачивания.

Растворителями для выщелачивания соединений является преимущественно серная кислота ( сода ( в карбонатных рудах, едкий натр (глинозем, аммиак ( цианистые соли ( сернистый ( растворы и (благородные металлы, редкие металлы), тиосульфаты (
Для жидкостной экстракции применяют различные соединения (например, раствор трибутилфосфата и ди-2-этилгексилфосфата в керосине и др.). После экстракции очищенное соединение металла извлекается из органического растворителя водным раствором, часто с добавкой кислоты или др. реагента. Из раствора металлы осаждаются методом цементации или углем, или под давлением. Применяются также аниониты или катиониты. После сорбции соединение металла снимается растворителем с ионита и последний подвергается регенерации.

При больших масштабах гидрометаллургического производства (например, при выщелачивании меди из окисленных крупнокусковых руд) обработка иногда осуществляется орошением штабелей руды слабыми растворами серной кислоты. растворы дренируются в сборные резервуары, а затем в цементаторы. Для дробленых и рассортированных песковых фракций руд (например, применяется просачивание раствора в чанах через слой хорошо фильтрующей загрузки. Для интенсификации этого процесса раствор иногда предварительно насыщают воздухом, создают вакуум под фильтрующим днищем. Для выщелачивания тонкоизмельченного материала применяют чаны для перемешивания (механической, пневматической и пневмомеханической) пульпы. Для непрерывного выщелачивания обычно их соединяют последовательно.

Иногда возможны комбинированные схемы выщелачивания: зернистого классифицированного материала - просачиванием, отделенного мелкого материала (шлама) - перемешиванием. В отдельных случаях возможно и другое аппаратурное оформление выщелачивания, например в автоклавах непрерывного и периодического действия. Выщелачивание кислыми растворами производится в стальной гуммированной, керамической или др. кислотоупорной аппаратуре; для щелочных растворов пригодна стальная, иногда деревянная аппаратура. Методы жидкостной экстракции или дополняют выщелачивание, или применяются для непосредственоого извлечения соединений металлов из руд. Экстракция производится по принципу противотока в экстракционных колонках (экстракт и отходящий раствор непрерывно удаляют в разных направлениях). Обезвоживание и промывка производятся в сгустителях (гребковые с центральным и периферическим приводом, многоярусные) и фильтрах (вакуум-фильтры и фильтр-прессы непрерывного и периодического действия). Осаждение из растворов производится в аппаратах, конструкция которых зависит от осадителя. Для (растворимых) осадителей применяют реакторы и фильтры. Порошкообразные осадители ( пыль) вводятся в смесители с раствором, осаждение затем может продолжаться внутри перекачивающего насоса, в трубопроводе и через слой осадителя на фильтре. Можно осаждать металл или его соединения в самой пульпе (например, погружением в пульпу сетчатых корзин с ионитом). Порошковые осадители после контакта с раствором можно выделять флотацией. Осаждение кусковыми осадителями ( для меди, стружка или для производят в желобах или ящиках с перегородками для зигзагообразного движения раствора вверх и вниз через слой осадителя. Возможно выделение примесей (например, гидролизом из очищенного раствора с последующим получением основного металла (например, осаждением на катоде электролизом с нерастворимыми анодами. См. также Благородные металлы.

Лит.: Основы металлургии, т. 1-5, М., 1961-68; Автоклавные процессы в цветной металлургии, М., 1969; Burkin A. R., The chemistry of hydrometallurgical processes, L., 1966; Habashi ., Principles of extractive metallurgy, v. 1-2, . . - L. - ., 1969-70.

	Copyright © 1999-2023 Oval.ru, All Rights Reserved.