Гидрометаллургия.
Гидрометаллургия – это извлечение элементов из многокомпанентного сырья с помощью жидкофазных растворителей и последующее выделение Ме из растворов в форме металла.
Достоинства: избирательное излечение Ме из забалансового сырья, комплексная переработка сырья с высокой степенью извлечения металла, большое разнообразие конечных форм товарного продукта, более компактное производство, меньшее загрязнение окружающей среды.
Основные стадии гидрометаллургических технологий.
1. Подготовка сырья: механическая - дробление, грохочение; ф/х - прокалка, обжиг и спекание.
2. Выщелачивание: перевод металла в жидкую фазу с помощью селективно действующего растворителя и последующее отделение нерастворимого остатка фильтрации.
3. Подготовка раствора: очистка его от примесей осуществляется экстракцией
4. Выделение из раствора ценного компонента: электролиз, цементация, автоклавное осаж-е газа.
Подготовка сырья.
Обжиг- перевод извлекаемого компонента в более растворимую форму и селек-е его выщел-е.
Виды обжига:
1. Окислительный: проводят при повышенных температурах - 1100-1400 К (получение Au, Pb, Zn)
МеS + 1,5О2 = МеО + SO2 + Q
2. Сульфатизирующий: 900К при ограниченном избытке воздуха (получение Cu, Co)
MeS+2O2=MeSO4
3. Восстановительный обжиг: MeО + Восст = Ме + ВосстО (получение Ni, Co и редкомет-го сырья)
4. Хлорирующий: для подготовки сырья с невысоким содержанием компонентов, Т = 1100-1400К.
5. Сульфатно-хлорирующий MeS + 2O2 + 2NaCl = MeCl2 + Na2SO4
6. Кальцинирующий MeSn = MeSn-m + m/2 S2, МеCО3 = МеО + CO2, MeO3+Na2CО3=Na2МеO4+CO2
Сульфатизация – обработка измельченного материала H2SO4 (до 90%) при нагревании (до 520К).
Гидротермальная активация - обработка селективным растворителем в автоклаве при повышенной температуре: обеспечивает дополнительное рафинирование от примесей.
Механохимическая активация – обработка сырья с интенсивным подводом механической энергии, которая обеспечивает большую скорость деформации.
Основы процессов и аппаратов выщелачивания.
Выщелачивание – процесс перевода металла из руд и концентратов в раствор с помощью селективного действующего растворителя с дальнейшим разделением раствора на пульпу и твердый остаток пустой породы и извлечением Ме из раствора. Эффективность его оценивается:
1. Извлечение - степень перехода металла в раствор.
2. Скорость процесса - масса метала переходящего в раствор в единицу времени.
3. Селективность – степень извлечения металла.
4. Удельный расход реагента – его расход на массовую единицу извлекаемого металла.
Классификация процессов выщелачивания.
1. По типу растворителя: щелочное, кислотное, солевое с применением органических реагентов.
2. По способу осуществления: одностадийное, многостадийное, прямоточное и противоточное.
3. По аппаратурному оформлению: кучное, перколяционное, агитационное.
4. По велечине давления: при атмосферном давлении, при избыточном давлении (автоклавное).
5. По использованию подготовительных операций: прямое, с предварительной подготовкой.
6. По о/в условию среды: окислительное, восстановительное, нейтральное.
Характеристика растворителей – эффективность действия растворителя при выщелачивании зависит от параметров процесса: температура, концентрация, продолжительность выщелачивания.
Основные типы растворителей.
1. Вода: при извлечении растворенных сульфатов и хлоридов Ме, в т.ч. и из продуктов обжига.
2. Водные растворы солей: сульфаты, хлориды железа, цианиды, хроматы и сернистый натрий. Эффективное выщелачивание при температуре больше чем 760К. MeS+2FeCl3=MeCl2+2FeCl2+S.
3. Хлорная вода: выщелелачивают чистые металлы и сульфиды. Cl2+H2O=HClO+H+Cl4. Кислоты: серная, соляная, азотная, сернистая.
5. Щелочи обеспечивают высокую селективность выщелачеваемого Ме, эффективно для сырья с повышенным содержанием основных металлов. К ним относятся р-ры щелочей, соды и аммиака.
6. Органические растворители: используют для обработки сырья в котором содержатся Ме, которые способны к образованию органических комплексов (Pb и некоторые благородные и редкие Ме).
Поведение металлов и их соединение при выщелачивании.
Электроотрицательные Ме (Al, Zn, Cd) хорошо выщелачиваются в элементарных и щелочных средах: Me+nH+=Men++ n/2 H2 и Me+2nOH-=MeO2n- + n/2 H2. Если металл электоположителен необходимо присутствие растворителя и окислителя: Cu+H++1/2O2=Cu2++OH-. В исходном сырье металлы представлены в виде простых и сложных оксидов. Здесь применяют окислительное и восстановительное выщелачивание: Cu2O+4H++O2=2Cu2++2H2O, MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe2++2H2O. Металлы также могут быть представлены простыми и сложными сульфидами. Простые сульфиды растворяются без окислителя в серной и соляной кислотах. Также их можно выщелачивать без окислителя в амфатерной среде MeS+4NaOH=Na2MeO2+Na2S+2H2O. Если металл образует тиосоли, то он растворяется в сульфидах щелочных металлов HgS+S2-=Hg2S. Простые сульфиды образуют с растворами цианидов комплексы Cu2S+6CN-=2[Cu(CN)2]2++S2-. Процессы растворения сульфидов ускоряются при повышении температуры выщелачивания, при применении кислорода, воздуха и воздушно-кислородных смесей – этим снижается расход растворителя и повышается селективность.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.