Гидрометаллургия — это метод в области извлекаемой металлургии , получения металлов из их руд. Гидрометаллургия включает использование водных растворов для извлечения металлов из руд, концентратов и переработанных или остаточных материалов. [1] [2] Методы обработки, которые дополняют гидрометаллургию, — это пирометаллургия , паровая металлургия и электрометаллургия расплавленных солей. Гидрометаллургия обычно делится на три основные области:
Выщелачивание подразумевает использование водных растворов для извлечения металла из металлосодержащих материалов, которые контактируют с ними. [3] В Китае в XI и XII веках этот метод использовался для извлечения меди; он использовался для большей части общего производства меди. [4] В XVII веке его использовали для тех же целей в Германии и Испании. [5]
Условия выщелачивающего раствора варьируются в зависимости от pH , окислительно-восстановительного потенциала , присутствия хелатирующих агентов и температуры, чтобы оптимизировать скорость, степень и селективность растворения желаемого металлического компонента в водной фазе. Используя хелатирующие агенты, можно селективно извлекать определенные металлы. Эти агенты обычно являются аминами оснований Шиффа . [6]
Пять основных конфигураций реакторов выщелачивания: на месте, кучный, чановый, резервуарный и автоклавный.
Подземное выщелачивание также называется «добычей растворения». Этот процесс изначально включает бурение скважин в рудном месторождении. Взрывчатые вещества или гидроразрыв пласта используются для создания открытых путей в пределах месторождения, по которым может проникнуть раствор. Выщелачивающий раствор закачивается в месторождение, где он вступает в контакт с рудой. Затем раствор собирается и обрабатывается. Урановое месторождение Беверли является примером подземного выщелачивания.
В процессах кучного выщелачивания измельченная (иногда агломерированная) руда складывается в кучу, которая облицована непроницаемым слоем. Выщелачивающий раствор распыляется поверх кучи и просачивается вниз через кучу. Конструкция кучи обычно включает в себя сборные отстойники, которые позволяют перекачивать «сытный» выщелачивающий раствор (т. е. раствор с растворенными ценными металлами) для дальнейшей обработки. Примером является цианирование золота , при котором измельченные руды извлекаются раствором цианида натрия , который в присутствии воздуха растворяет золото, оставляя недрагоценный остаток.
-3D-balls.png/1280px-Dicyanoaurate(I)-3D-balls.png)
Выщелачивание в чанах подразумевает контакт материала, который обычно подвергается измельчению и классификации, с выщелачивающим раствором в больших чанах.
Мешалка, также называемая агитационным выщелачиванием, включает контакт материала, который обычно подвергается измельчению и классификации, с выщелачивающим раствором в агитируемых емкостях. Перемешивание может улучшить кинетику реакции за счет улучшения массопереноса. Емкости часто конфигурируются как реакторы в серии.
Автоклавные реакторы используются для реакций при более высоких температурах, что может увеличить скорость реакции. Аналогично, автоклавы позволяют использовать газообразные реагенты в системе.
После выщелачивания выщелачивающий раствор обычно должен подвергаться концентрированию ионов металлов, которые должны быть извлечены. Кроме того, иногда требуется удаление нежелательных ионов металлов. [1]
В экстракции растворителем смесь экстрагента в разбавителе используется для извлечения металла из одной фазы в другую. В экстракции растворителем эту смесь часто называют «органической», поскольку основным компонентом (разбавителем) является некий тип масла.
PLS (богатый выщелачивающий раствор) смешивают для эмульгирования с очищенной органикой и оставляют для разделения. [ требуется цитата ] Металл будет заменен из PLS на органику, которую они модифицируют. [ требуется разъяснение ] Результирующие потоки будут представлять собой загруженную органику и рафинат . При электролизе загруженная органика затем смешивается для эмульгирования с обедненным электролитом и оставляют для разделения. Металл будет заменен из органики на электролит. Результирующие потоки будут представлять собой очищенную органику и богатый электролит. Органический поток рециркулируется через процесс экстракции растворителем , в то время как водные потоки циклически проходят через процессы выщелачивания и электролиза [ требуется разъяснение ] соответственно. [ требуется цитата ]
Хелатирующие агенты, природный цеолит , активированный уголь, смолы и жидкие органические вещества, пропитанные хелатирующими агентами, используются для обмена катионов или анионов с раствором. [ необходима цитата ] Селективность и извлечение являются функцией используемых реагентов и присутствующих загрязняющих веществ.
Восстановление металла является заключительным этапом гидрометаллургического процесса, в ходе которого производятся металлы, пригодные для продажи в качестве сырья. Однако иногда для получения металлов сверхвысокой чистоты требуется дополнительная очистка. Основными типами процессов восстановления металла являются электролиз, газовое восстановление и осаждение. Например, основной целью гидрометаллургии является медь, которую удобно получать электролизом. Ионы Cu2 + восстанавливаются до металлической Cu при низких потенциалах , оставляя после себя загрязняющие ионы металлов, такие как Fe2 + и Zn2 + .
Электровыделение и электрорафинирование соответственно подразумевают извлечение и очистку металлов с использованием электроосаждения металлов на катоде и либо растворения металла , либо конкурирующей реакции окисления на аноде.
Осаждение в гидрометаллургии включает химическое осаждение из водных растворов, либо металлов и их соединений, либо загрязняющих веществ. Осаждение будет происходить, когда посредством добавления реагента , испарения , изменения pH или температурной манипуляции количество вида, присутствующего в растворе, превысит максимум, определяемый его растворимостью.