Процессы гидрометаллургической переработки минерального сырья Акаубаева А. К. МХТНВ-12П

Гидрометаллургия - раздел химической технологии, в которой извлечение металлов из сырья осуществляется с использованием химических реакций в водных растворах. Гидрометаллургию применяют для получения следующих металлов: -цветных (Al, Cu, Ni, Co, Zn и др.); -редких (Be, Тi, Zr, Hf, Nb, Mo, W и др.); -природных радиоактивных (U, Th); -искусственных радиоактивных (Np, Pu и др.); -благородных ( Ag, Au, Pt и платиновые металлы).

К гидрометаллургическим процессам относят: -выщелачивание -очистка растворов от примесей -выделение металлов из растворов

5 СХЕМА ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ РУД Обогащение Выщелачивание Фильтрация (декантация) Раствор Кек Кек Осаждение, соосаждение из растворов Концентрирование и очистка растворов Жидкостная экстракция Ионообменная Сорбция Дробная кристаллизация

Выщелачивание Агитационное Перколяционное Кучное Подземное извлечение одного или нескольких компонентов из твердых тел водным раствором, содержащим щелочь, кислоту или другой реагент. осуществляется просачиванием раствора через слой твердого пористого материала выщелачивание предусматривает совместное перемешивание (агитацию) смеси тонкоизмельченной руды и выщелачивающих растворов. Материал, уложенный в бурты на водонепроницаемом, слегка наклонном основании, обрабатывают жидким реагентом выщелачивание состоит в подаче выщелачивающего раствора под землю непосредственно в рудное тело или в слой специально подготовленной руды и выкачивании раствора, просочившегося через слой руды, на поверхность.

9

Фрагмент аппаратурно – технологической схемы узла выщелачивания боксита на АО «Алюминий Казахстана» г.Павлодар.

Типы реакций Примеры 1. Сольватация в водных растворах NaCl, KC1, MgCl 2 МеХn(т) Ме n+ (в) + nХ - (в) 2. Кислотное выщелачивание ZnO(T) +2Н + (в) Zn 2+ (в) + Н 2 О H 2 SO 4, HNO 3, HC1 3. Кислотное выщелачивание урана UО 3 (т) + 2Н + (в) UО 2 2+ (в) + Н 2 О 4. Щелочное выщелачивание А1 2 О 3 (т) + 2ОH - 2AlO 2 '(в) + Н 2 О (VО 3 -, СrO 4 2-, MnO 4 2-, WO 4 2- ) NaOH, NH 4 OH, Na 2 CO 3 5. Обменное разложение CaWO 4 (T) + СО 3 2- (в) Са СОз(т) + WO Комплексообразование СuО(т) + 2NH 4 + (B) Cu(NH 3 ) 4 2+ (B) + H 2 O UO 3 (T) + ЗСО 2- (в) + Н О UО (СОз) 4- (в) ОH - (в) 7. Окисление минералов СuS(т) + 2Fе 3+ (в) Сu 2+ (в) + 2Fe 2+ (B) + S(t) CuS(т) + О 2 (г) Сu 2+ (в) + SО 4 2- (в) Oxidizing agents: C1O -, О 2 (г), ClO 3 -, HNO 3 8. Восстановление минералов МnО 2 (т) + SО 2 (в) Мn 2+ (в) + SО 4 2- (в) ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ РУД И МИНЕРАЛОВ

При выщелачивании руд, когда определяющая стадия процесса - диффузия выщелачивающих реагентов из объема раствора к поверхности минералов, скорость процесса описывается уравнением диффузии: где dS/dt - скорость диффузии, количество реагента, продиффундировавшего к поверхности соприкосновения фаз за время dt; D - коэффициент диффузии; F – поверхность соприкосновения фаз; dC/dt - градиент концентрации. где С 1 - концентрация в объеме пульпы; С 2 - концентрация на внутренней поверхности; δ - толщина диффузионного слоя. где ρ - сопротивление диффузии.

Выделение металлов и их соединений из раствора осаждение сорбция экстракция

Осаждение -Цементация – электрохимический процесс, протекающий на поверхности металлических частиц с растворенными ионами, при котором происходит растворение металла и вытеснение из раствора в осадок меди, золота, серебра -Электролиз применяют как для извлечения металлов из очищенных растворов после выщелачивания, так и для получения чистых металлов из черновых продуктов. -Кристаллизация это способ осаждения извлекаемого металла при упаривании и охлаждении раствора или изменении рН среды

Сорбция Ионообменные процессы основаны на способности твердых веществ, называемых ионитами, при контакте их с растворами поглощать ионы их раствора в обмен на ионы того же знака, входящие в состав ионита. Иониты (ионообменные сорбенты) - полимерные вещества и материалы, содержащие ионогенные или комплексообразующие группы, способные к обмену ионов при контакте с растворами электролитов. По знаку заряда обменивающихся ионов различают катиониты и аниониты. Существуют амфотерные иониты-амфолиты, способные одновременно осуществлять и катионный и анионный обмен. Если R - каркас (с фиксированными ионами), то реакция катионного обмена имеет вид R - матрица катионита, H+ - противоион (чертой отмечена твердая фаза), а реакция анионного обмена

Экстракция (жидкостная экстракция) – процесс извлечения вещества, в частности соединений металлов, из водного раствора в жидкую органическую фазу, не смешивающуюся с водой. Реэкстракция-процессизвлеченияэкстрагированного металла из органической фазы в водный раствор. Коэффициент распределения D отношение общей (аналитической) концентрации элемента в органической и водной фазах: D=Cорг/Cводн. Коэффициентразделения"β"равен отношению коэффициентов распределения двух разделяемых металлов Экстракция