4. Перколяционное выщелачивание. Перколяторы
Перколяционное выщелачивание применяют для извлечения металлов из рудного материала, имеющего относительно крупный размер частиц и допускающего просачивание выщелачивающего раствора через слой материала значительной толщины. Обычно перколяционное выщелачивание применяют для переработки бедных, а иногда забалансовых руд. Проводят в перколяторах.
Исходный материал должен быть однородным по размеру частиц и не содержать фракций крупностью более 6-10 мм и менее 0,07 мм (иловых фракций). При выщелачивании материал не должен изменять своего строения и давать илы, которые резко снижают скорость просачивания раствора и равномерность выщелачивания материала, материал должен оставаться проницаемым для раствора в течение всего процесса.
Скорость просачивания раствора через твердый материал составляет 0,05 – 0,40 м/ч. При скорости просачивания ниже 0,02 м/ч перколяционное выщелачивание невыгодно из-за большой продолжительности.
Преимущества перколяционного выщелачивания
- снижение затрат на измельчение;
Скорость выщелачивания и степень извлечения ценных компонентов при перколяции ниже, чем при агитационном выщелачивании. Однако здесь значительно снижаются затраты на измельчение рудного материала (тонкого измельчения не требуется) и оборудование.
- получение растворов, практически не содержащих песков.
Кроме того, после перколяционного выщелачивания получают растворы, почти не содержащие твердых частиц, что исключает (или существенно облегчает) трудоемкие и дорогостоящие операции разделения пульпы на фазы.
Недостатки перколяционного выщелачивания
– низкая скорость процесса - основной недостаток перколяционного выщелачивания. Порой для достижения низких концентраций ценных компонентов в твердом материале иногда необходимо проводить процесс в течение нескольких суток. Низкая скорость перколяционного выщелачивания заложена в самом принципе организаций контакта фаз и объясняется тем, что движение жидкости в слое твердого материала осуществляется в ламинарном режиме, продольное и поперечное перемешивание жидкости почти не происходит (перколяторы работают как аппараты идеального вытеснения). Поэтому перенос вещества от твердой фазы в жидкость и внутри жидкости осуществляется в основном из-за диффузии.
Конструктивные особенности
Перколяционное выщелачивание в крупнотоннажных производствах часто проводят в аппаратах (перколяторах) круглого или прямоугольного сечения, имеющих ложное днище с фильтротканью – дренажное устройство (рис.10 а, б).
Перколяторы имеют довольно значительные размеры (диаметром до 10 м, высотой до 3,5 м) и вмещают до 300 т рудного материала.
Аппараты изготовляют из разнообразных материалов (дерево, листовой металл, бетон), футерованных кислотоупорной плиткой, резиной или пластмассами.
Высота слоя загружаемого материала может составлять до 3 м. Загрузку ведут так, чтобы слой материала был равномерным по сечению аппарата, не содержал пустот и был максимально рыхлым. Для предотвращения заиливания фильтроткани на ложное днище сначала помещают подушку из наиболее крупных частиц материала.
Рис. 10. Аппараты (перколяторы) для перколяционного выщелачивания: а – с движением раствора
под действием силы тяжести (сверху вниз); б – с принудительной циркуляцией раствора (снизу вверх);
I – выщелачивающий раствор, II – раствор на дальнейшую переработку; 1 – корпус;
2 – выщелачиваемый материал; 3 – дренажное устройство; 4 – насос
Принцип действия
Аппараты работают в полунепрерывном режиме – загрузка (выгрузка) твердого материала осуществляется периодически, а выщелачивающий раствор подается непрерывно.
Выщелачивающий раствор подают непрерывно. Для более полного использования реагентов и повышения извлечения целевых компонентов в некоторых случаях создают принудительную циркуляцию раствopa. (рис. 10, б) При выщелачивании перколяционным методом организовать противоточное выщелачивание значительно проще, чем при агитационном выщелачивании, так как отпадает необходимость в разделении пульпы на фазы после каждого аппарата.
В малотоннажных производствах для переработки легковыщелачиваемых материалов используют перколяционные аппараты непрерывного действия, имеющие различные транспортные устройства для перемещения твердого материала.
Разновидностью перколяционного выщелачивания является выщелачивание с кислотным замесом, который применяют для извлечения урана.
По этому методу руду, измельченную до частиц крупностью 5-6 мм, смешивают с концентрированной Н2SO4 во вращающемся барабане. Кислоту добавляют в количестве 10 % от массы руды, что составляет ~ 80 % от ее количества для полного извлечения урана. Полученную смесь выдерживают в кучах на открытых площадках в течение 16-24 ч, после чего укладывают на дренажное устройство слоем высотой 75-100 мм и орошают разбавленным раствором Н2SO4. Раствор собирают в специальные приемники и используют для решения других участков слоя, организуя противоточное выщелачивание. Процесс выщелачивания урана длится ~ 8 ч.
Выщелачивание с кислотным замесом позволяет сократить затраты на измельчение руды, снизить избыток кислоты и получить более концентрированные по урану растворы, чем при выщелачивании в аппаратах с перемешиванием.