Гидрометаллургия Гидрометаллургия

Гидрометаллургия – это процесс извлечения металлов из рудного сырья, концентратов, например, конкреций, техногенных отходов водными растворами определенных реагентов с последующим восстановлением до металлического состояния.

Основоположником гидрометаллургии следует считать М.В. Ломоносова, которому принадлежит труд «Первые основания металлургии или рудных дел» (1763 г.). Например, для гидрометаллургического извлечения золота М.В. Ломоносов использовал хлорную воду. В 1797 году А.А. Мусиным-Пушкиным была опубликована первая работа по исследованию амальгам платины. П.Р. Багратион (1843 г.) является создателем процесса извлечения из рудного сырья золота и серебра за счет их растворения в водных растворах цианистых солей. Большое значение гидрометаллургическим процессам придавал Д.И. Менделеев. Подробное описание гидрометаллургических процессов можно найти в книге И.Н. Плаксина и Д.М. Юхтанова.

Процесс гидрометаллургического извлечения металлов состоит из ряда операций, каждая из которых имеет свои особенности.

Первая операция – механическая обработка вещества, находящегося в твердом агрегатном состоянии. Она заключается в дроблении и измельчении рудного сырья и твердых техногенных отходов. Механическая обработка преследует цель – раскрытие зерен минералов, увеличение площади межфазной границы, увеличение плотности дефектов кристаллической решетки (дислокаций). Раскрытие зерен минералов обеспечивает контакт жидкого реагента с извлекаемым металлом или его соединениями. Увеличение площади межфазной обеспечивает повышение скорости гетерогенной химической реакции жидкого реагента с твердой фазой. Увеличение плотности дислокаций приводит к созданию активных центров на поверхности твердого тела. Это связано с тем, что дислокации с околозвуковой скоростью выходят на поверхность твердого тела. При этом происходит обрыв химических связей на поверхности.

Вторая операция предусматривает изменение химического состава руды, концентратов, техногенных отходов. Цель операции – подготовка твердого вещества к выщелачиванию. Для этого проводится отмывка растворимых солей, т.е. перевод солей в растворимое состояние. Такие соли должны иметь высокий процент ионного характера химической связи. Далее проводится окислительный или восстановительный обжиг. Отдельной операцией может стать спекание. Цель этих операций – перевод химических соединений, которые почти не подвержены выщелачиванию, в более приемлемые формы. Одновременно проводится удаление примесей, затрудняющих выщелачивание.

Часто процессу выщелачивания предшествует окислительный или сульфатизирующий обжиг.

Для минералов, содержащих медь, возможны следующие схемы превращений. Медь из сульфида может перейти в оксид или сульфат:

4CuS = 2Cu2S + S2

CuS + 3O2 = 2CuO +2SO2 +96,86 ккал

CuO + SO3 = CuSO4.

Обжиг может сопровождаться и другими реакциями:

4CuO + 4FeSO4 = 4CuSO4 +4FeO

3CuO + Fe2(SO4)3 = 3CuSO4 +Fe2O3

5CuO + CuS = 3Cu2O + SO2

Cu2S + 2O2 = 2CuO + SO2

2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2 + 89,5 ккал

Cu2O + SO2 + O2 = 2CuO + SO3

CuO + SO3 = CuSO4

2Cu2S + 5O2 =2CuSO4 + 2 CuO

2CuO + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2

6CuO + Cu2S = Cu2O + SO2

2CuO + CO = Cu2O +CO2

Cu2O + SO3= 2CuO + SO2

2Cu2O + Cu2S =6Cu + SO2

3Cu + CuSO4 = 2Cu2O + SO2

CuO = 2Cu2O + O2 – 71 ккал.

Сложный сульфид, например халькопирит, реагирует по схемам:

4CuFeS2 = 2Cu2S + 4FeS + S2

2CuFeS2 + O2 = Cu2S + 2FeS + SO2

4CuFeS2 + 15O2 = 4CuSO4 +2Fe2O3 +4 SO2

2CuFeS2 + 6,5O2 =2CuO + Fe2O3 + 4SO2

2CuFeS2 + 6,5 O2 =CuO·Fe2O3 +CuO + 4SO2

CuO + Fe2O3 = CuO·Fe2O3.

Все эти реакции протекают в определенных температурных интервалах.

Разложение ферритов меди может протекать по схемам:

CuO·Fe2O3 + SO2 = CuO·SO3 + 2FeO

CuO·Fe2O3 + CaO = CuO + CaO·Fe2O3.

В общем виде реакции обжига сульфидов можно представитьтак:

2MeS + 3O2 = 2MeO + 2SO2 + Q ккал

MeS + O2 = MeSO4

MeS + O2 = Me + SO2.

При хлорирующем обжиге основным реагентом является хлор. При этом возможна следующая реакция:

MeSO4 + 2NaCl = Na2SO4 +MeCl2.

Хлорирующий обжиг может быть применен для извлечения меди, серебра, кобальта и платиновых металлов. При этом возможно образование комплексных соединений:

2NaCl + PtCl4 = Na2PtCl6.

Образовавшиеся хлориды металлов могут разлагаться кислородом:

2MeCl2 + O2 = 2MeO + 2Cl2.

При повышенной температуре возможно образование оксихлоридов:

4CuCl2 + O2 = 2CuO·CuCl2 + 2Cl2.

Возможна диссоциация хлорида:

2CuCl2 = 2CuCl + Cl2.

Третья операция – выщелачивание. В результате этой операции необходимый химический элемент в виде химического соединения переводится в растворимое состояние.

Четвертая операция – обезвоживание и промывка преследует цель отделения раствора, содержащего металлический элемент, от измельченных частиц твердого вещества. Для этого чаще всего используют фильтры.

Пятая операция – подготовка растворов для дальнейшего выделения металлических элементов. Для этого производят удаление взвешенных и коллоидных частиц.

Шестая операция – осаждение металлов или их соединений из растворов. Иногда применяются ионообменные процессы. Для этого используют ионообменные смолы. В некоторых случаях применяются сорбционные процессы, а в качестве адсорбента используется активированный уголь. Применяется также метод экстракции. Для выделения металлов из растворов используют электролиз и восстановление более активным металлом (процесс цементации).

Седьмая операция – очистка выделенного соединения металла или металла от примесей. Для этого используется перекристаллизация, разложение, растворение в кислотах и щелочах, комплексообразование. Для выделения нового соединения используют возгонку, прокаливание, плавку и др.

Товарный металл получают восстановительной плавкой, электролизом водных растворов или расплавов, использованием энергичных восстановителей.

  • Читать все новости