Выщелачивание (металлургия)
Выщелачивание — это процесс, широко используемый в добывающей металлургии , при котором руда обрабатывается химическими веществами для преобразования ценных металлов, содержащихся 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 легче осуществить, требует меньше энергии и потенциально менее вредно, поскольку не происходит газового загрязнения . К недостаткам выщелачивания относятся его более низкая эффективность и часто образующиеся значительные количества сточных вод и хвостов, которые обычно являются либо сильнокислыми, либо щелочными, а также токсичными (например, бокситовые хвосты ).
Существует четыре типа выщелачивания:
- Цианидное выщелачивание (например, золотая руда)
- Выщелачивание аммиака (например, измельченной руды)
- Щелочное выщелачивание (например, бокситовая руда)
- Кислотное выщелачивание (например, сульфидной руды) [1] [2]
Выщелачивание также заметно при извлечении редкоземельных элементов, в состав которых входят лантаноиды , иттрий и скандий. [2]
Химия
[ редактировать ]Выщелачивание осуществляется в длинных сосудах под давлением, имеющих цилиндрическую (горизонтальную или вертикальную) или горизонтальную трубчатую форму, известных как автоклавы . Хороший пример процесса автоклавного выщелачивания можно также найти в металлургии цинка . Лучше всего это описывается следующей химической реакцией:
- 2 ZnS + O 2 + 2 H 2 SO 4 → 2 ZnSO 4 + 2 H 2 O + 2 S
Эта реакция протекает при температуре выше точки кипения воды, создавая таким образом давление пара внутри сосуда. Кислород вводят под давлением, обеспечивающим общее давление в автоклаве более 0,6 МПа и температуру К. 473-523
Выщелачивание драгоценных металлов , таких как золото, можно проводить цианидом или озоном в мягких условиях. [1]
Историческое использование
[ редактировать ]Происхождение
[ редактировать ]
Кучное выщелачивание восходит ко второму веку до нашей эры в Китае, где железо соединялось с медным купоросом . [3] Ко времени династии Северная Сун медный сплав можно было восстанавливать путем выщелачивания. [3]
Выщелачивание также можно отнести к алхимии . [4] Ранние примеры выщелачивания, выполняемые алхимиками, напоминали смешивание железа с сульфатом меди, в результате чего получался слой металлической меди. [4] В 8 веке Джабир ибн Хайян , арабский алхимик, открыл вещество, которое он придумал, как « царскую водку ». [4] Было обнаружено, что царская водка, комбинация соляной и азотной кислот , эффективна для растворения золота , которое ранее считалось нерастворимым . [4]
До Второй мировой войны
[ редактировать ]В 16 веке стало широко использоваться кучное выщелачивание . для извлечения меди и селитры из органических веществ [4] который в основном использовался в Германии и Испании, Пирит, выносили на поверхность и оставляли на открытом воздухе. [4] [3] Пирит будет храниться на открытом воздухе в течение нескольких месяцев, где дождь и воздействие воздуха могут привести к химическому выветриванию . [4] Раствор, содержащий сульфид меди, собирают в бассейне, а затем осаждают в процессе, называемом цементацией , в результате чего образуется металлическая медь. [4] Кучное выщелачивание в этой естественной, не содержащей химикатов форме получило дальнейшее развитие для получения других, более экономически выгодных типов руды. Это было достигнуто за счет химического выщелачивания , при котором к кучному выщелачиванию применяется больше химических манипуляций и технологий. [5]
В 1767–1867 годах производство поташа в Квебеке стало важной отраслью промышленности, снабжавшей французских производителей стекла и мыла. [4] Поташ чаще всего изготавливали из золы дровяных печей и каминов, которую перемешивали с водой и фильтровали. [4] После испарения остатки станут поташем. 400 тонн лиственных пород . Чтобы получить одну тонну поташа, потребуется сжечь [4]
В 1858 году Адольф фон Патера, металлург из Австрии, применил выщелачивание отдельных растворимых и нерастворимых соединений серебра в водном растворе. [6] [7] Процесс фон Патера, хотя и был успешным, не нашел большого применения, отчасти из-за цены на гипосульфит. [8] Кроме того, в процессе Патеры, если гипосульфит натрия не растворялся полностью, серебро часто задерживалось в дополнительном растворе и не извлекалось должным образом. [8]
Техника выщелачивания Патеры была далее развита американцем Э. Х. Расселом примерно в 1884 году, создав «процесс Рассела». [9] [8] Предыдущие процессы выщелачивания часто не могли сконцентрировать руды со слишком большим количеством цветных металлов, и эту проблему мог решить процесс Рассела, что делало его более прибыльным. [8]
В 1887 году, когда процесс цианирования был запатентован в Англии, начался поэтапный отказ от существующего процесса Рассела. [5] Цианирование было гораздо более эффективным и имело степень восстановления до 90%. [5]
В преддверии Первой мировой войны было опробовано множество новых идей процессов выщелачивания. [4] Это включало 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]
Современное выщелачивание
[ редактировать ]
В 1940-х годах в результате Манхэттенского проекта правительству США потребовался свободный доступ к урану . [4] Многие различные методы выщелачивания быстро стали применяться в больших масштабах. [4] использовались как синтетические смолы, так и органические растворители Вначале для извлечения урана . [4] В конечном итоге 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 растворителями. [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 горнодобывающем отделении в Оттаве (теперь известном как CANMET ) было продемонстрировано, что пирротин - пентандитовый концентрат можно обрабатывать в автоклавах , при этом образующийся никель находится в растворе, в то время как оксид железа и сера остаются в остатке. [4] Позже этот процесс использовался в других операциях по восстановлению никеля по всему миру. [4]
В 1960-е годы широко практиковалось кучное и подземное выщелачивание, особенно меди. [4] Позднее выщелачивание на месте использовалось и для добычи урана. [4]
Выщелачивание под давлением получило дальнейшее развитие в 1970-х и 80-х годах. [4]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Ж. Виньялс; Э. Хуан; М. Руис; Э. Феррандо; М. Круэллс; А. Рока; Дж. Касадо (февраль 2006 г.). «Выщелачивание золота и палладия водным озоном в разбавленных хлоридных средах». Гидрометаллургия . 81 (2): 142–151. Бибкод : 2006HydMe..81..142V . doi : 10.1016/j.гидромет.2005.12.004 .
- ^ Jump up to: а б Борхес де Лима, Исмар; Фильо, Уолтер Лил (2016), «Основные сведения о редких землях» , , Rare Earths Industry , Elsevier, стр. 395–424, doi : 10.1016/b978-0-12-802328-0.00026-7 , ISBN 978-0-12-802328-0 , получено 1 марта 2024 г.
- ^ Jump up to: а б с Бин, Ю; Куангди, Сюй (2022), «Метод выщелачивания» , в Сюй, Куангди (редактор), Энциклопедия горного дела и металлургии ECPH , Сингапур: Springer Nature, стр. 1–3, doi : 10.1007/978-981-19 -0740-1_703-1 , ISBN 978-981-19-0740-1 , получено 8 марта 2024 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х Хабаши, Фатхи (1 сентября 2005 г.). «Краткая история гидрометаллургии» . Гидрометаллургия . Преподавание и изучение гидрометаллургической науки и техники – Часть I. 79 (1): 15–22. Бибкод : 2005HydMe..79...15H . doi : 10.1016/j.гидромет.2004.01.008 . ISSN 0304-386X .
- ^ Jump up to: а б с МакКуин, Робери. «Добыча «невидимого» золота: кучное выщелачивание и вклад Невады в добычу золота двадцатого века» (PDF) . Журнал истории горного дела, 2021 г. – через Ассоциацию истории горного дела.
- ^ МакКуин, Робери. «Добыча «невидимого» золота: кучное выщелачивание и вклад Невады в добычу золота двадцатого века» (PDF) . Журнал истории горного дела, 2021 г. – через Ассоциацию истории горного дела.
- ^ Эйсслер, Мануэль (1891). Металлургия серебра; практический трактат по амальгамации, обжигу и выщелачиванию серебряных руд, включая анализ, плавку и аффинаж серебряных слитков . неизвестная библиотека. Лондон, К. Локвуд и сын.
- ^ Jump up to: а б с д Тиррелл, Фрэнк (1 января 1893 г.). «Процесс Рассела для выщелачивания серебряных руд» . Профессиональные дипломные работы .
- ^ «Коллекция: письма о процессе Рассела | Специальные коллекции ArchivesSpace | Библиотеки Университета Аризоны» . archives.library.arizona.edu . Проверено 22 марта 2024 г.