Гидрометаллургия - Hydrometallurgy

Гидрометаллургия это техника в области добывающая металлургия, получение металлов из их руд. Гидрометаллургия предполагает использование водный решения для извлечения металлов из руд, концентратов и вторичных или остаточных материалов.[1][2] Технологии, дополняющие гидрометаллургию: пирометаллургия, паровая металлургия и электрометаллургия расплавов солей. Гидрометаллургия обычно делится на три основных направления:

  • Выщелачивание
  • Концентрация и очистка раствора
  • Восстановление металлов или металлических соединений

Выщелачивание

Выщелачивание включает использование водных растворов для извлечения металла из металлосодержащих материалов, который контактирует с материалом, содержащим ценный металл.[3] Первые образцы происходят из Германии и Испании 17 века, где его применяли для добычи меди.[4]

В выщелачивающий Условия раствора меняются с точки зрения pH, окислительно-восстановительного потенциала, присутствия хелатирующих агентов и температуры, чтобы оптимизировать скорость, степень и селективность растворения желаемого металлического компонента в водной фазе. За счет использования хелатирующие агенты можно выборочно извлекать определенные металлы. Такие хелатирующие агенты обычно представляют собой амины базы шиффа.[5]

Пять основных конфигураций реактора выщелачивания: на месте, в куче, чане, резервуаре и автоклаве.

Выщелачивание на месте

Выщелачивание на месте также называется «добычей решений». Первоначально этот процесс включает бурение скважин в залежи руды. Взрывчатые вещества или гидроразрыв используются для создания открытых путей внутри отложения для проникновения раствора. Раствор для выщелачивания закачивается в залежь, где он контактирует с рудой. Затем раствор собирается и обрабатывается. В Урановое месторождение Беверли является примером выщелачивания на месте, а также троянской шахтой в Зимбабве.[нужна цитата ]

Кучное выщелачивание

В процессах кучного выщелачивания дробленая (а иногда и агломерированная) руда складывается в кучу, покрытую непроницаемым слоем. Выщелачивающий раствор распыляется поверх кучи, и ему дают просачиваться вниз через кучу. Конструкция отвала обычно включает в себя отстойники, которые позволяют перекачивать «насыщенный» выщелачивающий раствор (т.е. раствор с растворенными ценными металлами) для дальнейшей обработки. Примером является цианирование золота, где пылевидные руды извлекаются раствором цианид натрия, который в присутствии воздуха растворяет золото, оставляя недрагоценный осадок.

Шариковая модель комплексного аниона ауроцианида или дицианоаурата (I), [Au (CN)2]−.[6]

Выщелачивание НДС

Выщелачивание НДС включает контактирование материала, который обычно подвергается измельчению и классификации, с выщелачивающим раствором в больших чанах.

Выщелачивание резервуаров

Бак с мешалкой, также называемое выщелачиванием с перемешиванием, включает контактирование материала, который обычно подвергается измельчению и классификации, с выщелачивающим раствором в резервуарах с мешалкой. Перемешивание может улучшить кинетику реакции за счет увеличения массопереноса. Резервуары часто имеют последовательную конфигурацию реакторов.

Выщелачивание в автоклаве

Автоклав реакторы используются для реакций при более высоких температурах, что может увеличить скорость реакции. Точно так же автоклавирование позволяет использовать в системе газообразные реагенты.

Концентрация и очистка раствора

После выщелачивания щелок от выщелачивания обычно должен подвергаться концентрации ионов металлов, которые должны быть извлечены. Кроме того, иногда требуется удаление нежелательных ионов металлов.[1]

  • Осадки это селективное удаление соединения целевого металла или удаление основной примеси путем осаждения одного из его соединений. Медь осаждается в виде сульфида для очистки продуктов выщелачивания никеля.
  • Цементация представляет собой превращение иона металла в металл за счет окислительно-восстановительная реакция. Типичное применение включает добавление металлолома к раствору ионов меди. Железо растворяется и осаждается металлическая медь.
  • Экстракция растворителем
  • Ионный обмен
  • Редукция газа. Обработка раствора никеля и аммиака водородом дает металлический никель в виде порошка.
  • Электровиннинг особенно избирательно, если дорого электролиз процесс, применяемый для выделения драгоценных металлов. Золото можно гальванизировать из его растворов.

Экстракция растворителем

в экстракция растворителем представляет собой смесь экстрагент в разбавитель используется для извлечения металла из одной фазы в другую. При экстракции растворителем эту смесь часто называют «органической», потому что основным компонентом (разбавителем) является какой-то тип масла.

PLS (насыщенный выщелачивающий раствор) смешивают до эмульгирования с удаленным органическим веществом и дают ему разделиться.[нужна цитата ] Металл будет заменен PLS на органический, который они модифицировали.[требуется разъяснение ] Результирующие потоки будут загруженными органическими и рафинат. При электролитическом выделении загруженные органические вещества затем смешивают до эмульгирования с обедненным электролитом и дают ему разделиться. Металл будет заменен органикой на электролит. Получающиеся потоки будут представлять собой очищенный от органики и богатый электролит. Органический поток рециркулирует через процесс экстракции растворителем в то время как водные потоки проходят цикл выщелачивания и электрохимического извлечения[требуется разъяснение ] процессы соответственно.[нужна цитата ]

Ионный обмен

Хелатирование агенты, натуральные цеолит, активированный уголь, смолы и жидкие органические вещества, пропитанные хелатирующими агентами, используются для обмена катионы или же анионы с раствором.[нужна цитата ] Селективность и извлечение зависят от используемых реагентов и присутствующих загрязнителей.

Восстановление металлов

Восстановление металла - это заключительный этап гидрометаллургического процесса. Металлы, подходящие для продажи в качестве сырья, часто производятся непосредственно на стадии извлечения металла. Однако иногда требуется дальнейшее рафинирование, если нужно получить металлы сверхвысокой чистоты. Основными типами процессов восстановления металлов являются электролиз, газовое восстановление и осаждение. Например, главной целью гидрометаллургии является медь, которую обычно получают электролизом. Cu2+ ионы уменьшаются при умеренном потенциале, оставляя после себя другие загрязняющие металлы, такие как Fe2+ и Zn2+.

Электролиз

Электровиннинг и электрорафинирование, соответственно, включают извлечение и очистку металлов с использованием электроосаждение металлов на катоде, либо металл растворение или конкурирующий реакция окисления на аноде.

Осадки

Осаждение в гидрометаллургии включает химическое осаждение либо металлов и их соединений, либо загрязняющих веществ из водных растворов. Осадки продолжится, когда через реагент добавление, испарение, изменение pH или температурные манипуляции, любой конкретный вид превышает предел его растворимости.

Рекомендации

  1. ^ а б Брент Хиски "Металлургия, обзор" в Энциклопедии химической технологии Кирк-Отмера, 2000, Wiley-VCH, Weinheim. Дои:10.1002 / 0471238961.1921182208091911.a01
  2. ^ Ф. Хабаши "Последние тенденции в добывающей металлургии" Горный и металлургический журнал, Раздел B: Металлургия, 2009 г., Том 45, стр. 1-13. Дои:10.2298 / JMMB0901001H
  3. ^ Гм, Намил (июль 2017 г.). Гидрометаллургический процесс извлечения редкоземельных элементов из отходов: основное применение кислотного выщелачивания с разработанной схемой. ИНТЕК. С. 41–60. ISBN  978-953-51-3402-2.
  4. ^ Хабаши, Фатхи (2005). «Краткая история гидрометаллургии». Гидрометаллургия. 79 (1–2): 15–22. Дои:10.1016 / j.hydromet.2004.01.008.
  5. ^ Таскер, Питер А .; Тонг, Кристин С.; Вестра, Арьян Н. (2007). «Совместное извлечение катионов и анионов при извлечении цветных металлов». Обзоры координационной химии. 251 (13–14): 1868–1877. Дои:10.1016 / j.ccr.2007.03.014.
  6. ^ Greenwood, N. N .; И Эрншоу, А. (1997). Химия элементов (2-е изд.), Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN  0-7506-3365-4.

внешняя ссылка