Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Кен өндіру материалтану
Ore extraction material science
Экстракциялық металлургия – металлургиялық инженерияның металдарды табиғи минералдық кен орындарынан өндіру процестері мен әдістерін зерттейтін саласы. Бұл салада кен түрлері, жуу, концентрациялау, бөлу, химиялық процестер, таза металлдарды алу және оларды түрлі қолдануларға сәйкес қорытпалар жасау, кейде дайын өнім ретінде тікелей пайдалану үшін, бірақ көбінесе қажетті қасиеттерге жету үшін қосымша өңдеуді талап ететін күйде алу барлық аспектілер қарастырылады. Темір және темір емес металлургияның экстракциялық салалары металды өндіруге қолданылатын процеске байланысты минералдық өңдеу, гидрометаллургия, пирометаллургия және электрометаллургия категорияларына бөлінетін мамандықтарды қамтиды. Бір металлдың кездесу орындасына және химиялық талаптарына қарай, оны алу үшін әртүрлі процестер қолданылады.
Extractive metallurgy is a branch of metallurgical engineering wherein process and methods of extraction of metals from their natural mineral deposits are studied. The field is a materials science, covering all aspects of the types of ore, washing, concentration, separation, chemical processes and extraction of pure metal and their alloying to suit various applications, sometimes for direct use as a finished product, but more often in a form that requires further working to achieve the given properties to suit the applications. The field of ferrous and non ferrous extractive metallurgy have specialties that are generically grouped into the categories of mineral processing, hydrometallurgy, pyrometallurgy, and electrometallurgy based on the process adopted to extract the metal. Several processes are used for extraction of the same metal depending on occurrence and chemical requirements.
Минералды өңдеу
Минералды өңдеу байытудан басталады, ол кенді концентрация процесіне сәйкес қажетті өлшемге дейін бөлшектеуден тұрады, яғни ұсақтау, тарту, елеу және т.б. Содан кейін кен, оның пайда болу түріне және одан әрі жүргізілетін процеске байланысты, кез келген қажетсіз қоспалардан физикалық түрде бөлінеді. Бөлу процестері материалдардың физикалық қасиеттерін пайдаланады. Бұл физикалық қасиеттерге тығыздық, бөлшектердің мөлшері мен пішіні, электрлік және магниттік қасиеттері, сондай-ақ беттік қасиеттері жатады. Басты физикалық және химиялық әдістерге магниттік бөлу, флотация, сұйыту және т.б. кіреді, олардың көмегімен кеннен қоспалар мен қажетсіз материалдар алынып тасталады және металлдың негізгі кені шоғырландырылады, яғни кендегі металдың пайыздық құрамы артады. Бұл концентрат ылғалдылықты жою үшін өңделеді немесе металл алу үшін қолданылады, немесе одан әрі өңдеуді жеңілдету үшін түрлі пішіндерге келтіріледі. Кен денелері көбінесе бірнеше бағалы металлдарды қамтиды. Алдыңғы процестердің қалдықтары бастапқы кеннен қосымша өнім алу үшін басқа процестерде шикізат ретінде пайдаланылуы мүмкін. Сонымен қатар, концентрат бірнеше бағалы металлдарды қамтуы мүмкін. Мұндай концентрат бағалы металдарды жеке компоненттерге бөлу үшін өңделеді.
Mineral processing begins with beneficiation, consisting of initially breaking down the ore to required sizes depending on the concentration process to be followed, by crushing, grinding, sieving etc. Thereafter, the ore is physically separated from any unwanted impurity, depending on the form of occurrence and or further process involved. Separation processes take advantage of physical properties of the materials. These physical properties can include density, particle size and shape, electrical and magnetic properties, and surface properties. Major physical and chemical methods include magnetic separation, froth flotation, leaching etc., whereby the impurities and unwanted materials are removed from the ore and the base ore of the metal is concentrated, meaning the percentage of metal in the ore is increased. This concentrate is then either processed to remove moisture or else used as is for extraction of the metal or made into shapes and forms that can undergo further processing, with ease of handling. Ore bodies often contain more than one valuable metal. Tailings of a previous process may be used as a feed in another process to extract a secondary product from the original ore. Additionally, a concentrate may contain more than one valuable metal. That concentrate would then be processed to separate the valuable metals into individual constituents.
Гидрометаллургия
Гидрометаллургия – кендерден металл алу үшін сулы ерітінділерді қолданатын процестер. Гидрометаллургиялық процестің бірінші қадамы – сұйыту, ол бағалы металдарды сулы ерітіндіге немесе қолайлы еріткішке ерітуді қамтиды. Ерітінді кеннен бөлінгеннен кейін, алынған зат бағалы металл металл күйінде немесе химиялық қосылыс ретінде қалпына келтірілгенге дейін әртүрлі тазарту және шоғырландыру процестерінен өтеді. Бұл тұндыру, дистилляция, адсорбция және еріткішпен экстракциялауды қамтиды. Соңғы қалпына келтіру кезеңі тұндыру, цементация немесе электрометаллургиялық процесті қамтуы мүмкін. Кейде гидрометаллургиялық процестер кен материалына алдын ала өңдеу қадамдарысыз тікелей жүргізілуі мүмкін. Көбінесе кенді түрлі минералдық өңдеу кезеңдерімен, кейде пирометаллургиялық процестермен алдын ала өңдеу қажет.
Hydrometallurgy is concerned with processes involving aqueous solutions to extract metals from ores. The first step in the hydrometallurgical process is leaching, which involves dissolution of the valuable metals into the aqueous solution and or a suitable solvent. After the solution is separated from the ore solids, the extract is often subjected to various processes of purification and concentration before the valuable metal is recovered either in its metallic state or as a chemical compound. This may include precipitation, distillation, adsorption, and solvent extraction. The final recovery step may involve precipitation, cementation, or an electrometallurgical process. Sometimes, hydrometallurgical processes may be carried out directly on the ore material without any pretreatment steps. More often, the ore must be pretreated by various mineral processing steps, and sometimes by pyrometallurgical processes.
Пирометаллургия
Пирометаллургия – газдар, қатты заттар және балқыған материалдар арасында химиялық реакциялар өтетін жоғары температуралы процестерді қамтиды. Құнды металдарды қамтитын қатты заттар одан әрі өңдеу үшін аралық қосылыстар түзуге немесе олардың элементтік немесе металл күйіне айналдырылуы мүмкін. Газдар мен қатты заттарға қатысты пирометаллургиялық процестер кальцинация және күйдіру операцияларымен ерекшеленеді. Балқыған өнімдерді өндіретін процестер жиынтығы балқыту операциялары деп аталады. Жоғары температуралы пирометаллургиялық процестерді қолдауға қажетті энергия химиялық реакциялардың экзотермиялық табиғатынан туындауы мүмкін. Көбінесе бұл реакциялар тотығу болып табылады, мысалы, сульфидтен күкірт диоксидіне. Бірақ көбінесе процеске отынды жағу арқылы немесе кейбір балқыту процестерінде электр энергиясын тікелей қолдану арқылы энергия қосу қажет болады. Эллингхам диаграммалары мүмкін реакцияларды талдау және олардың нәтижесін болжау үшін пайдалы құрал болып табылады.
Pyrometallurgy involves high temperature processes where chemical reactions take place among gases, solids, and molten materials. Solids containing valuable metals are treated to form intermediate compounds for further processing or converted into their elemental or metallic state. Pyrometallurgical processes that involve gases and solids are typified by calcining and roasting operations. Processes that produce molten products are collectively referred to as smelting operations. The energy required to sustain the high temperature pyrometallurgical processes may derive from the exothermic nature of the chemical reactions taking place. Typically, these reactions are oxidation, e. g. of sulfide to sulfur dioxide Often, however, energy must be added to the process by combustion of fuel or, in the case of some smelting processes, by the direct application of electrical energy. Ellingham diagrams are a useful way of analysing the possible reactions, and so predicting their outcome.
Электрометаллургия
Электрометаллургия – электролиттік жасушаның әлдебір түрінде жүзеге асырылатын металлургиялық процестерді қамтиды. Электрометаллургиялық процестердің ең көп таралған түрлері – электроқайтару және электротазарту. Электроқайтару – металдарды сулы ерітіндіде алуға қолданылатын электролиз процесі, әдетте кен бір немесе бірнеше гидрометаллургиялық процестен өткеннен кейін пайда болады. Қызығушылық тудыратын металл катодқа жабыстырылады, ал анод – инерт электр өткізгіші болып табылады. Электротазарту – таза емес металл анодты (әдетте қорыту процесінен алынған) еріту және жоғары тазалықтағы катод алу үшін қолданылады. Ерітілген тұз электролизі – тағы бір электрометаллургиялық процесс, онда құнды металл электролит ретінде қызмет ететін балқытылған тұзға ерітіледі және құнды металл катодқа жиналады. Ерітілген тұз электролизі процесі электролитті де, өндірілетін металды да балқытылған күйде ұстауға жеткілікті температурада жүргізіледі. Электрометаллургия саласы гидрометаллургиямен және (ерітілген тұз электролизі жағдайында) пирометаллургиямен маңызды жақындықтарға ие. Сонымен қатар, электрохимиялық құбылыстар көптеген минералдық өңдеу және гидрометаллургиялық процестерде маңызды рөл атқарады.
Electrometallurgy involves metallurgical processes that take place in some form of electrolytic cell. The most common types of electrometallurgical processes are electrowinning and electro refining. Electrowinning is an electrolysis process used to recover metals in aqueous solution, usually as the result of an ore having undergone one or more hydrometallurgical processes. The metal of interest is plated onto the cathode, while the anode is an inert electrical conductor. Electro refining is used to dissolve an impure metallic anode (typically from a smelting process) and produce a high purity cathode. Fused salt electrolysis is another electrometallurgical process whereby the valuable metal has been dissolved into a molten salt which acts as the electrolyte, and the valuable metal collects on the cathode of the cell. The fused salt electrolysis process is conducted at temperatures sufficient to keep both the electrolyte and the metal being produced in the molten state. The scope of electrometallurgy has significant overlap with the areas of hydrometallurgy and (in the case of fused salt electrolysis) pyrometallurgy. Additionally, electrochemical phenomena play a considerable role in many mineral processing and hydrometallurgical processes.
Ионометаллургия
Минералды өңдеу және металдарды өндіру – өте энергия көп қажет ететін процестер, олар қатты қалдықтар мен сарқынды сулардың көп көлемін өндіреді, оларды одан әрі өңдеу мен кәдеге жарату үшін энергия талап етеді. Сонымен қатар, металдарға деген сұраныс артуымен металлургиялық өнеркәсіп бастапқы (мысалы, минералды кендер) және/немесе екінші (мысалы, шлактар, қалдықтар, қалалық қалдықтар) шикізаттардан металл құрамы төмен материалдарға тәуел болуы керек. Осыған байланысты, кен өндіру және қалдықтарды қайта өңдеу іс-әрекеттері минералдар мен металдарды өңдеудің тиімдірек, экологиялық таза және таңдамалы жолдарына қарай дамуы керек. Минералды өңдеу операциялары, ең алдымен, қызығушылық тудыратын минералды фазаларды шоғырландыру және белгілі бір шикізатпен физикалық немесе химиялық байланысты қажетсіз материалдарды бөліп шығару үшін қажет. Дегенмен, бұл процесс металлдың тонына шамамен 30 ГДж энергия жұмсауды талап етеді, бұл АҚШ-тағы кен өндіруге жұмсалатын жалпы энергияның шамамен 29% құрайды. Ал пирометаллургия парниктік газдар мен зиянды түтін шығаратын маңызды көз болып табылады. Гидрометаллургия H2SO4, HCl, KCN, NaCN сияқты үлкен көлемдегі сіңдіргіштерді қолдануды қамтиды, олардың таңдау қабілеті төмен. Сонымен қатар, кейбір елдердің экологиялық алаңдаушылығына және қолдану шектеулеріне қарамастан, цианидтеу кендерден алтынды өндірудің басты технологиясы болып саналады. Сондай-ақ, сынап экономикалық жағынан дамылмаған елдердегі кеншілер алтын мен күмісті минералдардан бөліп алу үшін, оның зиянды екеніне қарамастан пайдаланады. Биогидрометаллургия бактериялар мен саңырауқұлақтар сияқты тірі организмдерді пайдаланады, және бұл әдіс атмосферадан тек O2 ғана талап етеді, бірақ ол төмен қатты-сұйық арақатынасын және ұзақ контактілік уақытты қажет етеді, бұл кеңістіктік өнімділікті айтарлықтай төмендетеді. Ионометаллургия иондық сұйықтықтар (IL) және терең эутектік еріткіштер (DES) сияқты сулы емес иондық еріткіштерді қолданады, бұл металдарды тиімді қалпына келтіру үшін, мысалы, сіңдіру және электролиз сияқты металлургиялық операцияларды біріктіру арқылы жабық циклды технологияны жасауға мүмкіндік береді. Бұл металдарды орташа температурада сулы емес ортада өңдеуге мүмкіндік береді, бұл металл түрлерін бақылауға, қоспаларға төзімділікке және қанағаттанарлық ерігіштік пен ток тиімділігін қамтамасыз етеді. Бұл дәстүрлі өңдеу жолдарын жеңілдетеді және металл өңдеу зауытының мөлшерін айтарлықтай азайтуға мүмкіндік береді.
Mineral processing and extraction of metals are very energy intensive processes, which are not exempted of producing large volumes of solid residues and wastewater, which also require energy to be further treated and disposed. Moreover, as the demand for metals increases, the metallurgical industry must rely on sources of materials with lower metal contents both from a primary (e. g., mineral ores) and/or secondary (e. g., slags, tailings, municipal waste) raw materials. Consequently, mining activities and waste recycling must evolve towards the development of more selective, efficient and environmentally friendly mineral and metal processing routes. Mineral processing operations are needed firstly to concentrate the mineral phases of interest and reject the unwanted material physical or chemically associated to a defined raw material. The process, however, demand about 30 GJ/tonne of metal, which accounts about 29% of the total energy spent on mining in the USA. Meanwhile, pyrometallurgy is a significant producer of greenhouse gas emissions and harmful flue dust. Hydrometallurgy entails the consumption of large volumes of lixiviants such as H2SO4, HCl, KCN, NaCN which have poor selectivity. Moreover, despite the environmental concern and the use restriction imposed by some countries, cyanidation is still considered the prime process technology to recover gold from ores. Mercury is also used by artisanal miners in less economically developed countries to concentrate gold and silver from minerals, despite its obvious toxicity. Bio hydro metallurgy make use of living organisms, such as bacteria and fungi, and although this method demands only the input of |O2 and from the atmosphere, it requires low solid to liquid ratios and long contact times, which significantly reduces space time yields. Ionometallurgy makes use of non aqueous ionic solvents such ionic liquids (ILs) and deep eutectic solvents (DESs), which allows the development of closed loop flow sheet to effectively recover metals by, for instance, integrating the metallurgical unit operations of leaching and electrowinning. It allows to process metals at moderate temperatures in a non aqueous environment which allows controlling metal speciation, tolerates impurities and at the same time exhibits suitable solubilities and current efficiencies. This simplify conventional processing routes and allows a substantial reduction in the size of a metal processing plant.
Ионикалық сұйықтықтармен металл өндіру
DES – әдетте екі немесе үш арзан және қауіпсіз компоненттерден тұратын сұйықтықтар, олар өзін-өзі біріктіруге қабілетті, көбінесе сутекті байланыс арқылы өзара әрекеттесу арқылы, әр компоненттің балқу температурасынан төмен эвтектикалық қоспаларды құрайды. DES-тер 100 °C-тан төмен температурада сұйық күйде болады және дәстүрлі IL-дерге ұқсас физикалық-химиялық қасиеттерге ие, бірақ олар әлдеқайда арзан және экологиялық тұрақты. Олардың көпшілігі холин хлориді мен сутекті байланыс донорынан (мысалы, мочевина, этиленгликоль, малоникалық қышқыл) немесе холин хлориді мен гидратталған металл тұзының қоспаларынан тұрады. Басқа холин тұздары (мысалы, ацетат, цитрат, нитрат) әлдеқайда қымбатқа түседі немесе синтездеуді қажет етеді, ал осы аниондардан құралған DES әдетте әлдеқайда тұтқыр болады және холин хлоридіне қарағанда жоғары өткізгіштікке ие болуы мүмкін. Бұл төменгі жалату жылдамдықтарына және нашар тарату қабілетіне әкеледі, сондықтан хлорид негізді DES жүйелері әлі де артықшылыққа ие. Мысалы, Reline (холин хлориді мен мочевинаның 1:2 қоспасы) қоспалы металл оксиді матрицасынан Zn және Pb-ны іріктеу үшін қолданылған. Сол сияқты, Ethaline (холин хлориді мен этиленгликольдің 1:2 қоспасы) болаттарды электролиздеу кезінде металдың еріуін жеңілдетеді. DES-тер сондай-ақ Cu/Zn және Ga/As сияқты күрделі қоспалардан металдарды және минералдардан құнды металдарды қалпына келтіруде үміттендіретін нәтижелер көрсетті. Сондай-ақ, металдарды күрделі қоспалардан электрокатализ арқылы, DES-терді ликсивтеуші заттар ретінде және тотықтырғыш агентті пайдалана отырып қайта алуға болатыны көрсетілді, ал металл иондарын ерітіндіден электрлік игеру арқылы бір уақытта бөлуге болады.
DESs are fluids generally composed of two or three cheap and safe components that are capable of self association, often through hydrogen bond interactions, to form eutectic mixtures with a melting point lower than that of each individual component. DESs are generally liquid at temperatures lower than 100 °C, and they exhibit similar physico chemical properties to traditional ILs, while being much cheaper and environmentally friendlier. Most of them are mixtures of choline chloride and a hydrogen bond donor (e. g., urea, ethylene glycol, malonic acid) or mixtures of choline chloride with a hydrated metal salt. Other choline salts (e. g. acetate, citrate, nitrate) have a much higher costs or need to be synthesised, and the DES formulated from these anions are typically much more viscous and can have higher conductivities than for choline chloride. This results in lower plating rates and poorer throwing power and for this reason chloride based DES systems are still favoured. For instance, Reline (a 1:2 mixture of choline chloride and urea) has been used to selectively recover Zn and Pb from a mixed metal oxide matrix. Similarly, Ethaline (a 1: 2 mixture of choline chloride and ethylene glycol) facilitates metal dissolution in electropolishing of steels. DESs have also demonstrated promising results to recover metals from complex mixtures such Cu/Zn and Ga/As, and precious metals from minerals. It has also been demonstrated that metals can be recovered from complex mixtures by electrocatalysis using a combination of DESs as lixiviants and an oxidising agent, while metal ions can be simultaneously separated from the solution by electrowinning.
Бағалы металдарды ионометаллургия арқылы қайта өңдеу
Бағалы металдар – сирек кездесетін, табиғи түрде кездесетін, жоғары экономикалық құндылығы бар металл химиялық элементтер. Химиялық тұрғыдан алғанда, бағалы металдар көптеген элементтерге қарағанда аз реактивті болады. Оларға алтын мен күміс, сондай-ақ платина тобындағы металдар: рутений, родий, палладий, осмий, иридий және платина (бағалы металдарға қараңыз) кіреді. Бұл металдарды тиісті минералдарынан алу үшін әдетте пирометаллургия (мысалы, қуыру), гидрометаллургия (цианидтеу) немесе екеуі де қолданылады. Алғашқы зерттеулер алтынның эталинде еріу жылдамдығы цианидтеу әдісімен салыстырғанда жоғары екенін көрсетті, және бұл йодты окистендіргіш ретінде қосу арқылы одан да жақсартылады. Өндірістік процесте йодты электрокатализатор ретінде қолдануға болады, ол электрхимиялық жасушаның анодында электрохимиялық тотығу арқылы төмендеген йодтан қайта қалпына келтіріледі. Еріген металдарды электрод потенциалын реттеу арқылы катодқа таңдап орналастыруға болады. Бұл әдіс жақсы таңдаулылықты қамтамасыз етеді, себебі гангтың бір бөлігі (мысалы, пирит) баяу ериді. Көптеген ортомагматикалық кен орындарында кең таралған платина минералдары – сперрилит (PtAs2) және монехит (PtTe2) эталиндегі бірдей жағдайларда реакцияға түспейді, өйткені олар дисульфид (пирит), диарсенид (сперрилит) немесе дителлуридтер (калаверит және монехит) минералдары болып табылады, және олар йодты тотықтыруға өте төзімді. Платина минералдарының еріу механизмі әлі де зерттелуде.
Precious metals are rare, naturally occurring metallic chemical elements of high economic value. Chemically, the precious metals tend to be less reactive than most elements. They include gold and silver, but also the so called platinum group metals: ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, and platinum (see precious metals). Extraction of these metals from their corresponding hosting minerals would typically require pyrometallurgy (e. g., roasting), hydrometallurgy (cyanidation), or both as processing routes. Early studies have demonstrated that gold dissolution rate in Ethaline compares very favourably to the cyanidation method, which is further enhanced by the addition of iodine as an oxidising agent. In an industrial process the iodine has the potential to be employed as an electrocatalyst, whereby it is continuously recovered in situ from the reduced iodide by electrochemical oxidation at the anode of an electrochemical cell. Dissolved metals can be selectively deposited at the cathode by adjusting the electrode potential. The method also allows better selectivity as part of the gangue (e. g., pyrite) tend to be dissolved more slowly. Sperrylite (PtAs2) and moncheite (PtTe2), which are typically the more abundant platinum minerals in many orthomagmatic deposits, do not react under the same conditions in Ethaline because they are disulphide (pyrite), diarsenide (sperrylite) or ditellurides (calaverite and moncheite) minerals, which are particularly resistant to iodine oxidation. The reaction mechanism by which dissolution of platinum minerals is taking place is still under investigation.
Ион металлургиясымен сульфидті минералдардан металлдарды қайта өңдеу
Металл сульфидтері (мысалы, пирит FeS2, арсенопирит FeAsS, халкопирит CuFeS2) әдетте сулы ортада немесе жоғары температурада химиялық тотығу арқылы өңделеді. Шындығында, алюминий, хром сияқты көптеген негізді металдарды жоғары температурада (электро)химиялық түрлендіру қажет, бұл процесс жоғары энергия талап етеді және кейде үлкен көлемде сулы қалдықтар тудырады. Мысалы, сулы ортада халкопирит, ковелитке және халкоцитке қарағанда беттік әсерлерге (полисульфид түрлерінің пайда болуы) байланысты химиялық тұрғыдан ерітуге қиын. Cl− иондарының болуы кез келген сульфид бетінің морфологиясын өзгерте алады, сульфид минералының пассивтенуін болдырмай, оңайрақ сұйықталуына мүмкіндік береді. ДЭС (DES) жоғары Cl− иондық концентрацияны және төмен су мазмұнын қамтамасыз етеді, сонымен қатар қосымша тұз немесе қышқылдың жоғары концентрациясын қажет етуді азайтады, осылайша көптеген тотығу химиялық реакцияларын болдырмайды. Осылайша, сульфид минералдарының электродиссолюциясы пассивациялық қабаттардың болмауы жағдайында ДЭС ортасында үміттендірерлік нәтижелер көрсетті, нәтижесінде металл иондары ерітіндіге шығарылып, оларды ерітіндіден қайта алуға болады. Мысты мыс сульфид минералдарынан эталинмен экстракциялау кезінде халкоцит (Cu2S) және ковелит (CuS) сары түсті ерітінді түзеді, бұл [CuCl4]2− кешендерінің қалыптасқанын көрсетеді. Ал халкопириттен алынған ерітіндіде катодта Fe2+ түрлерінің түзілуіне байланысты Cu2+ және Cu+ түрлері бірге кездеседі. Халкопириттен мысты (>97%) іріктеп алудың ең жақсы нәтижелері 20 салмақтық % ChCl оксалды қышқылы және 80 салмақтық % эталин аралас ДЭС-ін қолдану арқылы алынуы мүмкін.
Metal sulfides (e. g., pyrite FeS2, arsenopyrite FeAsS, chalcopyrite CuFeS2) are normally processed by chemical oxidation either in aqueous media or at high temperatures. In fact, most base metals, e. g., aluminium, chromium, must be (electro)chemically reduced at high temperatures by which the process entails a high energy demand, and sometimes large volumes of aqueous waste is generated. In aqueous media chalcopyrite, for instance, is more difficult to dissolve chemically than covellite and chalcocite due to surface effects (formation of polysulfide species,). The presence of Cl− ions has been suggested to alter the morphology of any sulfide surface formed, allowing the sulfide mineral to leach more easily by preventing passivation. DESs provide a high Cl− ion concentration and low water content, whilst reducing the need for either high additional salt or acid concentrations, circumventing most oxide chemistry. Thus, the electrodissolution of sulfide minerals has demonstrated promising results in DES media in absence of passivation layers, with the release into the solution of metal ions which could be recovered from solution. During extraction of copper from copper sulfide minerals with Ethaline, chalcocite (Cu2S) and covellite (CuS) produce a yellow solution, indicating that [CuCl4]2− complex are formed. Meanwhile, in the solution formed from chalcopyrite, Cu2+ and Cu+ species co exist in solution due to the generation of reducing Fe2+ species at the cathode. The best selective recovery of copper (>97%) from chalcopyrite can be obtained with a mixed DES of 20 wt.% ChCl oxalic acid and 80 wt.% Ethaline.
Оксидтерден металдарды ион металлургиясымен қайта өңдеу
Металдарды оксидтік матрицалардан алу әдетте минералды қышқылдарды қолдану арқылы жүзеге асырылады. Дегенмен, DES-те металл оксидтерін электрохимиялық еріту, pH-бетарап ерітінділерде ерітуді 10 000 есеге дейін арттыруға мүмкіндік береді. Зерттеулер көрсеткендей, ZnO сияқты иондық оксидтер ChCl:малоникалық қышқыл, ChCl:мочевина және Эталинде жоғары ерігіштікке ие, бұл сулы қышқыл ерітінділердегі ерігіштіктерге ұқсас болуы мүмкін, мысалы, HCl. Алайда, TiO2 сияқты ковалентті оксидтер дерлік ерімейді. Металл оксидтерінің электрохимиялық ерітуі HBD-ден протондық белсенділікке, яғни протондардың оттегі қабылдағыш ретінде әрекет ету қабілетіне және температураға күшті тәуелді. pH деңгейі төмен этектикалық иондық сұйықтықтардың, мысалы, ChCl:оксаль қышқылы және ChCl:сүт қышқылының, pH деңгейі жоғары (мысалы, ChCl:ацетат қышқылы) ерігіштігіне қарағанда жақсырақ болатыны хабарланған. Сондықтан, әртүрлі ерігіштіктерді, мысалы, HBD ретінде әртүрлі карбон қышқылдарын қолдану арқылы алуға болады.
Recovery of metals from oxide matrixes is generally carried out using mineral acids. However, electrochemical dissolution of metal oxides in DES can allow to enhance the dissolution up to more than 10 000 times in pH neutral solutions. Studies have shown that ionic oxides such as ZnO tend to have high solubility in ChCl:malonic acid, ChCl:urea and Ethaline, which can resemble the solubilities in aqueous acidic solutions, e. g., HCl. Covalent oxides such as TiO2, however, exhibits almost no solubility. The electrochemical dissolution of metal oxides is strongly dependent on the proton activity from the HBD, i. e. capability of the protons to act as oxygen acceptors, and on the temperature. It has been reported that eutectic ionic fluids of lower pH values, such as ChCl:oxalic acid and ChCl:lactic acid, allow a better solubility than that of higher pH (e. g., ChCl:acetic acid). Hence, different solubilities can be obtained by using, for instance, different carboxylic acids as HBD.
Болашақ
Қазіргі уақытта практикалық электрохимиялық жағдайларда көптеген иондық сұйықтықтардың тұрақтылығы белгісіз, ал иондық сұйықтықты негізгі таңдау әлі де эмпирикалық, себебі ерігіштік және түрлендіру модельдеріне енгізу үшін металл иондарының термодинамикасы туралы деректердің өте аз болуына байланысты. Сонымен қатар, Pourbaix диаграммалары, стандартты тотығу-тотықсыздану потенциалдары жоқ және түрлендіру немесе pH мәндері туралы білім де жеткіліксіз. Иондық сұйықтықтарды қолданатын әдебиетте сипатталған көптеген процестердің технологиялық дайындық деңгейі (TRL) 3 (эксперименттік концепцияның расталуы) немесе 4 (зертханада расталған технология) деңгейінде екенін атап өту қажет, бұл жақын арада енгізу үшін кемшілік болып табылады. Дегенмен, иондық металлургия металдарды тиімдірек, таңдамалырақ және тұрақтырақ жолмен қайта өңдеуге мүмкіндік береді, себебі ол экологиялық таза еріткіштерді, парниктік газдар эмиссиясын азайтуды және коррозиялық және зиянды реагенттерден аулақ болуды қарастырады.
Currently, the stability of most ionic liquids under practical electrochemical conditions is unknown, and the fundamental choice of ionic fluid is still empirical as there is almost no data on metal ion thermodynamics to feed into solubility and speciation models. Also, there are no Pourbaix diagrams available, no standard redox potentials, and bare knowledge of speciation or pH values. It must be noticed that most processes reported in the literature involving ionic fluids have a Technology Readiness Level (TRL) 3 (experimental proof of concept) or 4 (technology validated in the lab), which is a disadvantage for short term implementation. However, ionometallurgy has the potential to effectively recover metals in a more selective and sustainable way, as it considers environmentally benign solvents, reduction of greenhouse gas emissions and avoidance of corrosive and harmful reagents.