Л№2 ЯТЦ ОП на АЭС / гидрометаллургические процессы1+

Гидрометаллургические процессы

Гидрометаллургия-раздел химической технологии, в которой извлечение металлов из сырья осуществляется с использованием химических реакций в водных растворах.

Достоинства гидрометаллургических методов:

Извлечение металлов из сырья с низкими концентрациями металла;

Селективность извлечения элементов, возможность разделения близких по свойствам металлов (Zr и Hf, Nb и Та, смесей РЗЭ и др);

•комплексная переработка сырья;

•снижение загрязнения окружающей среды вредными отходами, например, при переработке сульфидных концентратов Сu, Ni, Zn, Pb и др. металлов;

•менее энергоемкие по сравнению с пирометаллургическими методами.

Недостатки гидрометаллургических методов:

-могут быть дороже по капитальным затратам по сравнению с пирометаллургическими методами, т.к. занимают большие площади;

-относительно большой расход воды на единицу продукции

Для выделения металлов из растворов применяют:

1. •восстановление (водородом);

2. •цементацию с использованием более активных металлов;

3. •электролиз;

4. •осаждение в виде оксидов, гидроксидов, хлоридов, фторидов и т.д.

При необходимости данные соединения восстанавливают до металла пирометаллургическими или электрохимическими методами.

Гидрометаллургическим процессам предшествует механический предел, включающий операции дробления, измельчения, классификации, механического обогащения, гравитационного обогащения.

Обогащение полезных ископаемых-совокупность процессов первичной обработки минерального сырья с целью отделения полезных минералов от пустой породы.

Применение механического обогащения позволяет:

-сократить расход химических реагентов при последующей гидрометаллургической переработке;

-получать более чистые растворы;

-удалять некоторые вредные примеси;

-включать в переработку более бедные руды.

Выщелачивание-извлечение одного или нескольких компонентов из твердых тел (руд, концентратов, промежуточных продуктов) водным раствором, содержащим щелочь, кислоту или другой реагент.

Агитационное выщелачивание предусматривает совместное перемешивание (агитацию) смеси тонкоизмельченной руды и выщелачивающих растворов.

Перколяционное выщелачивание осуществляется просачиванием раствора через слой твердого пористого материала.

Перколяционный процесс используют обычно для кучного и подземного выщелачивания.

При кучном выщелачивании материал (например, старые отвалы, гранулированный рудный концентрат), уложенный в бурты на водонепроницаемом, слегка наклонном основании, обрабатывают жидким реагентом.

Подземное 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.

Используют для переработки: осадительную, сорбционную или экстракционную технологию.

В гидрометаллургии используют выделение различных классов труднорастворимых соединений:

Осаждение гидроокисей Аl(ОН)₃, Fe(OH)₃, Co(OH)₃, Be(OH)₂, Ln(OH)₃ или основных солей xMeSO₄·у Ме(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, купферонатовидр.)

Основное достоинство осадительных методов - простота.

Недостатки: длительность процесса, сложность получения продукта высокой чистоты.

Производительность экстракционных процессов значительно выше ионообменных. Выше также коэффициенты разделения металлов.

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:

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.

К нейтральным экстрагентам относятся органические реагенты, содержащие электронодонорный атом - О, S, N, Р и не являющиеся не кислотами, неоснованиями. В нейтральных и слабокислыхрастворах они координируются непосредственно у атома экстрагируемого металла. В сильнокислых средах, присоединяя протон и образуя органические катионы, они экстрагируют металлы в анионной форме.

К анионообменным 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.

ИОНООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ГИДРОМЕТАЛЛУРГИИ

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. Существую тамфотерные иониты-амфолиты, способные одновременно осуществлять и катионный и анионный обмен.• Если R –каркас (сфиксированными ионами), то реакция катионного обмена имеет вид•

В гидрометаллургии ионный обмен применяют:•

1. Для селективного извлечения металла из бедного раствора и его концентрирования (U, Аu, цветные и редкие металлы).

2. Разделение близких по свойствам элементов: РЗЭ, Zr и Hf и др.•

Получение высокочистой и умягченной воды.•Очистка от примесей производственных растворов и обезвоживания сточных вод.