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.

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.