Выщелачивание — это процесс, широко используемый в добывающей металлургии , где руда обрабатывается химикатами для преобразования ценных металлов в руде в растворимые соли , в то время как примеси остаются нерастворимыми . Затем их можно промыть и обработать, чтобы получить чистый металл; оставшиеся материалы обычно известны как хвосты . По сравнению с пирометаллургией выщелачивание проще в выполнении, требует меньше энергии и потенциально менее вредно, поскольку не происходит газообразного загрязнения . Недостатки выщелачивания включают его более низкую эффективность и часто значительные количества образующихся отходов и хвостов, которые обычно являются либо сильнокислотными, либо щелочными, а также токсичными (например, хвосты бокситов ).
Существует четыре типа выщелачивания:
Выщелачивание также заметно при извлечении редкоземельных элементов, в состав которых входят лантаноиды , иттрий и скандий. [2]
Выщелачивание производится в длинных сосудах под давлением, которые имеют цилиндрическую (горизонтальную или вертикальную) форму или форму горизонтальной трубы, известной как автоклавы . Хороший пример процесса выщелачивания в автоклаве можно также найти в металлургии цинка . Лучше всего его можно описать следующей химической реакцией:
Эта реакция протекает при температурах выше точки кипения воды, создавая тем самым давление пара внутри сосуда. Кислород впрыскивается под давлением, в результате чего общее давление в автоклаве превышает 0,6 МПа , а температура составляет 473-523 К.
Выщелачивание драгоценных металлов, таких как золото, можно осуществлять с помощью цианида или озона в мягких условиях. [1]
Кучное выщелачивание берет свое начало во втором веке до нашей эры в Китае, где железо соединялось с медным купоросом . [3] Ко времени династии Северная Сун медный сплав можно было извлекать путем выщелачивания. [3]
Выщелачивание также можно проследить до алхимии . [4] Ранние примеры выщелачивания, выполняемые алхимиками, напоминали смешивание железа с медным купоросом, в результате чего получался слой металлической меди. [4] В восьмом веке Джабир ибн Хайян , арабский алхимик, открыл вещество, которое он назвал « царской водкой ». [4] Было обнаружено, что царская водка, сочетание соляной и азотной кислот , эффективно растворяет золото , которое ранее считалось нерастворимым . [4]
В шестнадцатом веке кучное выщелачивание стало широко использоваться для извлечения меди и селитры из органических веществ. [4] Пирит , который в основном использовался в Германии и Испании, выносился на поверхность и оставлялся на открытом воздухе. [4] [3] Пирит оставлялся на открытом воздухе на несколько месяцев, где воздействие дождя и воздуха приводило к химическому выветриванию . [4] Раствор, содержащий сульфид меди, собирался в бассейне, затем осаждался в процессе, называемом цементацией , в результате чего получалась металлическая медь. [4] Кучное выщелачивание в этой естественной форме без химикатов было дополнительно разработано для получения различных, более экономически выгодных типов руды. Это было сделано путем включения химического выщелачивания , которое применяет больше химических манипуляций и методов к кучному выщелачиванию. [5]
С 1767 по 1867 год производство поташа в Квебеке стало важной отраслью промышленности, снабжавшей французских производителей стекла и мыла. [4] Поташ чаще всего производился из остатков золы дровяных печей и каминов, которые перемешивались с водой и фильтровались. [4] После испарения остатки становились поташем. Для получения одной тонны поташа требовалось сжечь 400 тонн твердой древесины . [4]
В 1858 году Адольф фон Патера, металлург из Австрии, использовал выщелачивание для отделения растворимых и нерастворимых соединений от серебра в водном растворе. [6] [7] Процесс фон Патера, хотя и был успешным, не получил широкого распространения отчасти из-за цены на гипосульфит. [8] Кроме того, в процессе Патера, если гипосульфит натрия не растворялся идеально, серебро часто попадало в дополнительный раствор и не извлекалось должным образом. [8]
Метод выщелачивания Патеры был дополнительно развит американцем Э. Х. Расселом около 1884 года, создавшим «процесс Рассела». [9] [8] Предыдущие процессы выщелачивания часто не могли концентрировать руды со слишком большим содержанием основного металла, и процесс Рассела смог решить эту проблему, сделав ее более прибыльной. [8]
В 1887 году, когда процесс цианирования был запатентован в Англии, он начал постепенно вытеснять существующий процесс Рассела. [5] Цианирование было намного более эффективным и имело степень извлечения до 90%. [5]
В преддверии Первой мировой войны было опробовано много новых идей для процессов выщелачивания. [4] Они включали использование растворов аммиака для сульфидов меди и азотной кислоты для выщелачивания сульфидных руд. [4] Большинство этих идей были постепенно забыты из-за высокой стоимости необходимых выщелачивающих агентов. [4]
.jpg/1280px-Heap_Leach_Recovery_Process_(35992338083).jpg)
В 1940-х годах в результате Манхэттенского проекта правительству Соединенных Штатов потребовался свободный доступ к урану . [4] Многие различные методы выщелачивания были быстро использованы в больших масштабах. [4] На раннем этапе для извлечения урана использовались как синтетические смолы, так и органические растворители . [4] В конечном счете, использование органических растворителей оказалось менее утомительным по сравнению с ионным обменом через синтетические смолы, и дальнейшее производство урана и других редкоземельных металлов перешло к экстракции растворителем. [4]
В 1950-х годах была разработана гидрометаллургия под давлением для выщелачивания множества различных металлов, таких как сульфидные концентраты и латериты. [4] В частности, в филиале Mines Branch в Оттаве (теперь известном как CANMET ), было продемонстрировано, что концентрат пирротина - пентандита можно обрабатывать в автоклавах , получая в результате никель в растворе, а оксид железа и сера остаются в остатке. [4] Этот процесс позднее использовался в других операциях по извлечению никеля по всему миру. [4]
В 1960-х годах кучное и подземное выщелачивание стали широко применяться, особенно для меди. [4] Позднее подземное выщелачивание также стало использоваться для извлечения урана. [4]
Выщелачивание под давлением было усовершенствовано в 1970-х и 1980-х годах. [4]