Введение
Гидрометаллургия — это метод в области извлечения металлов, получения металлов из их руд. Гидрометаллургия предполагает использование водных растворов для извлечения металлов из руд, концентратов и вторичного или отходного сырья. Методы обработки, дополняющие гидрометаллургию, — это пирометаллургия, вакуумная металлургия и электрометаллургия расплавленных солей. Гидрометаллургия обычно подразделяется на три основные области:
Выщелачивание
Концентрация и очистка растворов
Извлечение металла или металлического соединения.
Hydrometallurgy is a technique within the field of extractive metallurgy, the obtaining of metals from their ores. Hydrometallurgy involve the use of aqueous solutions for the recovery of metals from ores, concentrates, and recycled or residual materials. Processing techniques that complement hydrometallurgy are pyrometallurgy, vapour metallurgy, and molten salt electrometallurgy. Hydrometallurgy is typically divided into three general areas:
Leaching
Solution concentration and purification
Metal or metal compound recovery
Вымывание
Выщелачивание включает использование водных растворов для извлечения металла из металлосодержащих материалов, с которыми они контактируют. В Китае в XI и XII веках эта техника использовалась для извлечения меди, обеспечивая значительную часть общего производства меди. В XVII веке она применялась с той же целью в Германии и Испании. Условия выщелачивающего раствора варьируются по pH, окислительно-восстановительному потенциалу, наличию хелатирующих агентов и температуре для оптимизации скорости, полноты и селективности растворения целевого металлического компонента в водную фазу. С помощью хелатирующих агентов можно избирательно извлекать определенные металлы. Эти агенты обычно представляют собой амины или основания Шиффа. Существует пять основных конструкций реакторов для выщелачивания: in situ, кучное выщелачивание, чанная выщелачивание, выщелачивание в резервуарах и автоклавное выщелачивание.
Вымывание на месте
В местном режиме выщелачивание также называют "выщелачиванием в растворе" или "скважинной добычей". Этот процесс начинается с бурения скважин в рудном теле. Для создания открытых каналов внутри месторождения, обеспечивающих проникновение раствора, используются взрывчатые вещества или гидроразрыв пласта. Раствор для выщелачивания закачивается в месторождение, где он контактирует с рудой. Затем раствор собирается и подвергается переработке. Урановое месторождение Беверли является примером выщелачивания в растворе.
Вымывание на куче
В процессах выщелачивания на кучах измельченная (а иногда и агломерированная) руда укладывается в кучу, которая футеруется непроницаемым слоем. Выщелачивающий раствор распыляется сверху кучи и просачивается вниз сквозь нее. Конструкция кучи обычно включает в себя сборные емкости, позволяющие откачивать "материнский" раствор (то есть раствор с растворенными ценными металлами) для дальнейшей переработки. Примером является цианирование золота, при котором измельченные руды извлекаются раствором цианида натрия, который в присутствии воздуха растворяет золото, оставляя после себя недрагоценный хвост.
Смывание вата
В процессе вакуумной выщелачивания материал, как правило, прошедший измельчение и классификацию, контактирует с раствором для выщелачивания в больших емкостях.
Вымывание резервуаров
Размешивание в резервуаре, также известное как выщелачивание при перемешивании, заключается в контакте материала, как правило, прошедшего измельчение и классификацию, с раствором для выщелачивания в резервуарах с перемешиванием. Перемешивание может ускорить кинетику реакции за счет интенсификации массопереноса. Резервуары часто используются последовательно в виде каскада реакторов.
Автоклавная выщелачивание
Автоклавные реакторы используются для проведения реакций при повышенных температурах, что может ускорить скорость реакции. Аналогично, автоклавы обеспечивают возможность использования газообразных реагентов в системе.
Экстракция растворителем
При экстракции растворителем используется смесь экстрагента в разбавителе для извлечения металла из одной фазы в другую. В процессе экстракции растворителем эта смесь часто называется "органической", поскольку основной компонент (разбавитель) представляет собой разновидность масла. Раствор после выщелачивания (PLS) смешивается до образования эмульсии с обедненным органическим раствором и оставляется для разделения. Металл переходит из раствора после выщелачивания в органический растворитель, где он модифицируется. В результате образуются насыщенный металлом органический раствор и рафинат. При электровыигрывании насыщенный металлом органический раствор смешивается до образования эмульсии с обедненным электролитом и оставляется для разделения. Металл переходит из органического растворителя в электролит. В результате образуются обедненный органический раствор и насыщенный электролит. Органический раствор возвращается в процесс экстракции растворителем, а водные растворы циркулируют соответственно в процессах выщелачивания и электровыигрывания.
Ионный обмен
Хелатирующие агенты, природный цеолит, активированный уголь, смолы и жидкие органические вещества, пропитанные хелатирующими агентами, используются для обмена катионов или анионов с раствором. Селективность и извлечение зависят от используемых реагентов и присутствующих загрязнителей.
Восстановление металлов
Восстановление металлов — заключительная стадия гидрометаллургического процесса, в ходе которой получают металлы, пригодные для реализации в качестве сырья. Однако в некоторых случаях для производства металлов ультравысокой чистоты требуется дополнительная очистка. Основными методами восстановления металлов являются электролиз, восстановление газами и осаждение. Например, важной задачей гидрометаллургии является получение меди, которое удобно осуществлять методом электролиза. Ионы Cu2+ восстанавливаются до металлической меди при низких потенциалах, в то время как загрязняющие ионы металлов, такие как Fe2+ и Zn2+, остаются в растворе.
Электролиз
Электровосстановление и электрорафинирование соответственно включают извлечение и очистку металлов посредством электроосаждения металлов на катоде и либо растворения металла, либо конкурирующей реакции окисления на аноде.
Осадки
Осаждение в гидрометаллургии включает химическое осаждение из водных растворов металлов и их соединений или загрязняющих веществ. Осаждение происходит, когда в результате добавления реагента, испарения, изменения pH или регулирования температуры концентрация вещества в растворе превышает предел, определяемый его растворимостью.