Гидрометаллургия — технология в области добывающей металлургии , получения металлов из руд. Гидрометаллургия предполагает использование водных растворов для извлечения металлов из руд, концентратов, переработанных или остаточных материалов. [1] [2] Технологии обработки, дополняющие гидрометаллургию, включают пирометаллургию , паровую металлургию и электрометаллургию расплавленных солей. Гидрометаллургию обычно делят на три основные области:
Выщелачивание предполагает использование водных растворов для извлечения металла из металлосодержащих материалов, находящихся с ними в контакте. [3] В Китае в 11 и 12 веках этот метод использовался для добычи меди; это использовалось для большей части общего производства меди. [4] В 17 веке его использовали для тех же целей в Германии и Испании. [5]
Условия растворения выщелачивателя 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 избирательно извлекать определенные металлы. Эти агенты обычно представляют собой амины оснований Шиффа . [6]
Пять основных конфигураций реакторов выщелачивания: на месте, куча, чан, резервуар и автоклав.
Выщелачивание на месте также называют «добычей раствора». Первоначально этот процесс включает в себя бурение скважин в рудном месторождении. Взрывчатые вещества или гидроразрыв пласта используются для создания открытых путей в залежи для проникновения раствора. Выщелачивающий раствор закачивается в месторождение, где он вступает в контакт с рудой. Затем раствор собирают и обрабатывают. Урановое месторождение Беверли является примером подземного выщелачивания.
При кучном выщелачивании измельченная (а иногда и агломерированная) руда складывается в кучу, выстланную непроницаемым слоем. Выщелачивающий раствор распыляется поверх кучи и позволяет ему просачиваться вниз через кучу. В конструкции отвала обычно предусмотрены сборники, которые позволяют перекачивать «беременный» выщелачивающий раствор (т.е. раствор с растворенными ценными металлами) для дальнейшей переработки. Примером может служить цианирование золота , при котором пылевидные руды извлекаются раствором цианида натрия , который в присутствии воздуха растворяет золото, оставляя после себя недрагоценный остаток.
-3D-balls.png/1280px-Dicyanoaurate(I)-3D-balls.png)
Чановое выщелачивание включает контакт материала, который обычно подвергается измельчению и классификации, с выщелачивающим раствором в больших чанах.
Резервуар с перемешиванием, также называемый выщелачиванием с перемешиванием, предполагает контакт материала, который обычно подвергается измельчению и классификации, с раствором для выщелачивания в резервуарах с перемешиванием. Перемешивание может улучшить кинетику реакции за счет усиления массопереноса. Резервуары часто представляют собой последовательно соединенные реакторы.
Автоклавные реакторы используются для реакций при более высоких температурах, что может повысить скорость реакции. Аналогично, автоклавы позволяют использовать в системе газообразные реагенты.
После выщелачивания щелок от выщелачивания обычно подвергается концентрации ионов металлов, подлежащих извлечению. Кроме того, иногда требуется удаление нежелательных ионов металлов. [1]
При экстракции растворителем для экстракции металла из одной фазы в другую используется смесь экстрагента с разбавителем . При экстракции растворителем эту смесь часто называют «органической», поскольку ее основным компонентом (разбавителем) является масло определенного типа.
PLS (содержащий выщелачивающий раствор) смешивают до эмульгирования с отпаренной органикой и оставляют разделяться. [ нужна цитация ] Металл будет заменен из PLS на органический, который они модифицируют. [ необходимы разъяснения ] Полученные потоки будут представлять собой насыщенную органику и рафинат . При электролизе загруженное органическое вещество затем смешивают до эмульгирования с бедным электролитом и дают ему возможность отделиться. Металл будет заменен из органического вещества в электролит. Полученные потоки будут представлять собой очищенную органику и богатый электролит. Органический поток рециркулируется в процессе экстракции растворителем, в то время как водные потоки проходят через процессы выщелачивания и электролиза [ необходимо осветление ] соответственно. [ нужна цитата ]
Хелатирующие агенты, природный цеолит , активированный уголь, смолы и жидкие органические вещества, пропитанные хелатирующими агентами, используются для обмена катионов или анионов с раствором. [ нужна цитация ] Селективность и восстановление зависят от используемых реагентов и присутствующих загрязняющих веществ.
Восстановление металлов — это заключительный этап гидрометаллургического процесса, в ходе которого производятся металлы, пригодные для продажи в качестве сырья. Однако иногда для получения металлов сверхвысокой чистоты необходима дальнейшая очистка. Основными видами процессов восстановления металлов являются электролиз, газовое восстановление и осаждение. Например, основной целью гидрометаллургии является медь, которую удобно получать электролизом. Ионы Cu 2+ восстанавливаются до металлической меди при низких потенциалах , оставляя после себя загрязняющие ионы металлов, таких как Fe 2+ и Zn 2+ .
Электровыделение и электрорафинирование соответственно включают восстановление 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 металлов и их соединений или загрязняющих веществ. Осаждение будет продолжаться, когда в результате добавления реагента , испарения , изменения pH или манипуляции температурой количество веществ, присутствующих в растворе, превышает максимум, определяемый его растворимостью.