Л№2 ЯТЦ ОП на АЭС / Гидрометаллургические процессы
.pdfВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ РУД И МИНЕРАЛОВ
Типы реакций |
Примеры |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1. |
Сольватация в водных |
NaCl, KC1, MgCl2 |
|
|
|
|
|
||
растворах |
МеХn(т) <=> Меn+(в) + nХ-(в) |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
||||||
2. |
Кислотное |
ZnO(T) +2Н+(в) <=> Zn2+(в) + Н2О H2SO4, |
|
||||||
выщелачивание |
HNO3, HC1 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|||||
3. |
Кислотное |
UО3(т) + 2Н+(в) <=> UО22+(в) + Н2О |
|
|
|||||
выщелачивание урана |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
4. |
Щелочное |
А12О3(т) + 2ОH- <=> 2AlO2'(в) + Н2О (VО3-, |
|
||||||
выщелачивание |
СrO42-, MnO42-, WO42-) |
|
|
|
|
|
|||
|
|
NaOH, NH4OH, Na2CO3 |
|
|
|
|
|||
5. |
Обменное разложение |
CaWO4(T) + СО32-(в) <=> СаСОз(т) + WO42- |
|
||||||
|
|
|
|
||||||
6. |
Комплексообразование |
СuО(т) + 2NH4+(B) <=> Cu(NH3)42+(B) + H2O |
|
||||||
|
|
UO |
(T) + ЗСО |
2-(в) + Н |
О <=> UО |
(СОз) |
4-(в) |
|
|
|
|
3 |
3 |
2 |
|
2 |
3 |
|
|
|
|
+ 2ОH-(в) |
|
|
|
|
|
|
|
7. |
Окисление минералов |
СuS(т) + 2Fе3+(в) <=> Сu2+(в) + 2Fe2+(B) + S(t) |
|
||||||
|
|
CuS(т) + О2(г) <=> Сu2+(в) + SО42-(в) |
|
|
|||||
|
|
Oxidizing agents: C1O-, О |
(г), ClO -, HNO |
3 |
|
||||
|
|
|
|
|
2 |
3 |
|
|
|
8. |
Восстановление |
|
МnО2(т) + SО2(в) <=> Мn2+(в) + SО42-(в) |
|
|||||
минералов |
|
|
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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 С1 - концентрация в объеме пульпы; С2 - концентрация на внутренней поверхности; δ- толщина диффузионного слоя.
где ρ - сопротивление диффузии. |
|
RT |
1 |
D = _______ ________ |
|
N |
3πμd |
где R - газовая постоянная; |
|
N - число Авогадро |
|
Т - абсолютная температура; |
|
μ - вязкость среды: |
12 |
|
d - диаметр частиц.
Влияние продолжительности (а) и температуры (б) выщелачивания, остаточной кислотности (в) и тонины помола (г) на степень извлечения урана
в раствор при кислотном выщелачивании урановых руд |
13 |
Используют для переработки: осадительную, сорбционную или экстракционную технологию.
В гидрометаллургии используют выделение различных классов трудно растворимых соединений:
Осаждение гидроокисей Аl(ОН)з, Fe(OH)3, Co(OH)3, Be(OH)2, Ln(OH)3
или основных солей xMeSO4·уМе(ОН)2 и др. Осаждение сульфидов (CuS, CoS, In2S3, МоS3 и др.)
Осаждение солей неорганических кислот (AgCl, TlCl, CaWO4, CaMoO4,
фторидов РЗЭ, Th и U, фосфатов, карбонатов и др.) Осаждение солей органических кислот (оксалатов,
ксантогенатов, купферонатов и др.)
Основное достоинство осадительных методов - простота. |
|
Недостатки: длительность процесса, сложность получения |
|
продукта высокой чистоты. |
|
Производительность экстракционных процессов значительно |
|
выше ионо-обменных. Выше также коэффициенты |
|
разделения металлов. |
14 |
Экстракция (жидкостная экстракция) - процесс извлечения вещества, в частности соединений металлов, из водного раствора в жидкую органическую фазу, не смешивающуюся с водой.
Реэкстракция - процесс извлечения экстрагированного металла из органической фазы в водный раствор.
Коэффициент распределения D — отношение общей (аналитической) концентрации элемента в органической и водной фазах:
CMeорг.
D = _______
CMeвод.
Коэффициент разделения "β" равен отношению коэффициентов распределения двух разделяемых металлов
15
Степень экстракции Е - процент извлечения в органическую фазу от общего количества вещества в обеих фазах
Константа распределения (KD) - отношение концентрации вещества в одной, строго определенной форме в фазе органического растворителя к его концентрации в той же самой форме в водной фазе в условиях равновесия:
16
Извлечение металлов экстрагентами различных классов
К катионообменным экстрагентам относятся органические кислоты и их соли, а также хелатообразующие реагенты, содержащие в своей молекуле неорганический катион, способный к замещению на экстрагируемый металл при контакте с водными растворами.
Кнейтральным экстрагентам относятся органические реагенты, содержащие электронодонорный атом - О, S, N, Р и не являющиеся не кислотами, не основаниями. В нейтральных и слабокислых растворах они координируются непосредственно у атома экстрагируемого металла. В сильнокислых средах, присоединяя протон и образуя органические катионы, они экстрагируют металлы в анионной форме.
Канионообменным экстрагентам относятся соли органических оснований, содержащие органический катион - аммониевый, пиридиновый, фосфониевый и др. Анионообменные экстрагенты извлекают металлы из растворов, в которых они находятся в виде анионных комплексов. Из данного класса экстрагентов наиболее широко используются соли первичных (R-NH2HA),
вторичных (R1R2NH.HA) и третичных (R1R2R3N.HA) аминов, а также четвертичных аммониевых
оснований (ЧАО), где А - анион минеральной кислоты: Сl-, Br-. NO3-, SO42- и т.д. |
17 |
18
19
20