Введение

Комбинированные методы обогащения полезных ископаемых содержат две основные обязательные операции: избирательный перевод одного из разделяемых компонентов из твердого в другое фазовое состояние (раствор, расплав, газообразное состояние); выделение разнородных фаз в разнородные продукты [1-5, 19, 20].

В традиционных методах переработки полезных ископаемых хорошо отработаны процессы разделения вещества, находящихся в различных фазовых состояниях, для всех возможных случаев: жидкой и твёрдой фаз; твёрдой и газообразной фаз; жидкой и газообразной фаз.

В практике обогащения более широкое распространение получили процессы с использованием избирательного перевода твердого компонента в жидкое состояние. Это объясняется тем, что использование перевода в расплав или газообразное состояние приводит к росту энергоёмкости процесса.

Перевод твердого компонента в жидкое состояние проводится путём физического или химического растворения.

Физическое растворение — это процесс, не сопровождающийся хими­ческой реакцией, при котором металл извлекается в ра­створ в составе соединения, присутствовавшего в исход­ном материале. Физическое растворение положено в основу переработки растворимых в воде солей: это в основном хлори­ды щелочных металлов и магния — каменная соль NaCl, сильвин КСl, карналлит MgCl2-KCl-6H2O и др. В этом случае идёт полное растворение полезного ископаемого, которое переводится в рассол. Для физического растворения не является обязательной проницаемость полезного ископаемого для растворителя.

Химическое растворение (выщелачивание) — это процесс, селективного растворения одного из компонентов полезного ископаемого, которое, как правило, составляет его меньшую часть. Это растворение сопровождается изменением химического состава данного компонента. Для процесса выщелачивания проницаемость полезного ископаемого для растворителя является определяющим фактором, определяющим применимость данного метода.

Химическое растворение используется в процессах добычи и переработки металлов, их солей и оксидов. Растворителями для выщелачивания соединений является преимущественно серная кислота (ванадий, медь, цинк, уран), сода (ванадий в карбонатных рудах, молибден, вольфрам), едкий натр (глинозём, вольфрам), аммиак (медь, никель), цианистые соли (золото, серебро), сернистый натрий (сурьма, ртуть), растворы хлора и хлоридов (благородные металлы, свинец, редкие металлы), тиосульфаты (золото, серебро). Результатом растворения является образование раствора ценного компонента.

В основе процессов химического растворения лежат реакции обмена, окислительно-восстановительные, комплексообразования и др.

Реакции обмена лежат в основе взаимодействия оксидов металлов с кислотами, щелочами или растворимыми солями, в результате которых происходит образование легкорастворимых сульфатов, хлоридов, нитратов и других солей, например:

CuO + H2SO4 = CuSO4 + Н2О;

Fe2О3 + 6НС1 = 2FeCl3 + 3H2О;

GeО2 + 2NaOH = Na2GeО3 + H2О;

ЗСuО + 2FeСl3 + 3H2О = ЗСuСl2 + 2Fe(OH)3.

Окислительно-восстановительные реакции протекают с нарушением химических связей в кристаллической решетке минералов и образованием нового легкорастворимого соединения. Этот процесс протекает за счет окисления катиона металла до состояния высшей валентности, например, при кислотном выщелачивании урановой смолки из руд в присутствии окислителя (пиролюзита):

U3O8 + 4H2SО4 + MnО2 > 3UО2SО4 + MnSО4 + 4H2О.

Реакции могут протекать и за счет окисления аниона, а также за счет одновременного окисления катиона и аниона.

Реакции комплексообразования при выщелачивании применяются если растворяемый металл образует с одним из компонентов раствора прочное хорошо растворимое комплексное соединение:

AgCl + 2NH3 = Ag(NH3)2Cl.

Для физического и химического растворения характерно наличие трех стадий процесса:

- подвод растворителя к поверхности минерала;

- взаимодействие растворителя с минералом;

- отвод продуктов реакции от поверхности раздела фаз.

Определяющей стадией кинетики растворения может быть любая из перечисленных.

Извлечение металлов в раствор при этом может достигать 98—99 % при незначительном растворении (3—5 %) сопутствующих минералов.

Увеличение скорости выщелачивания достигается путём увеличения реагирующей поверхности за счет дробления или измельчения полезного ископаемого; подогрева растворителя; перевода труднорастворимых минералов в легкорастворимые за счет восстановительного, окислительного обжига, спекания руды; наложением магнитных и электрических полей, виброакустических и других воздействий; применением бактериальных культур и продуктов их жизнедеятельности.

При бактериальном способе интенсификации выщелачивания используется способность автотрофных бактерий (Thiobacillus ferrooxidans, Thiobacillus thiooxidans и др.) поглощать для своей жизнедеятельности энергию, выделяемую при окислении сульфидов и тиосульфатов металлов, серы, а также при переходе Fe2+ в Fe3+. Роль бактерий в данном случае сводится к биокаталитическому ускорению реакций, протекающих в обычных условиях медленно.

Под действием бактерий Thiobacillus ferrooxidans (тионовые железоокисляющие) ускоряется окисление сернокислого закисного железа FeSО4 до сернокислого окисного железа Fe2(SО4)3. В результате образуется сульфат окиси железа и серная кислота H2SО4, которая используется в качестве реагента для выщелачивания.

Так, например, окисление пирита в водной среде с растворенным кислородом в присутствии бактерий Thiobacillus ferrooxidans может быть представлено суммарной реакцией:

бактерии вибропитатель;

2FeS2 + 7,5О2p-p + H2О Fe2(SО4)3 + H2SО4.

Так как окисление пирита в присутствии бактерий сопровождается получением серной кислоты, то рН среды, резко снижается. Однако это не приводит к стерилизации раствора, т. к. Thiobacillus ferrooxidans наиболее активны в диапазоне рН 1,5 – 3,5.

В присутствии бактерий Thiobacillus thiooxidans (тионовые сероокисляющие) ускоряется окисление не содержащих железо сульфидных минералов. Реакции окисления этих минералов меди до медного купороса имеют вид:

бактерии вибропитатель;

CuS + 2О2p-p CuSО4;

бактерии вибропитатель;

Cu2S + 5О2p-p 2CuSО4+ Н2О.

Различие в химическом и бактериальном процессах заключается в том, что при химическом выщелачивании требуется вводить окислитель в процесс, а при бактериальном он генерируется в самом процессе выщелачивания. Поэтому присутствие бактерий в процессе химического выщелачивания способствует ускорению процесса, снижению расхода окислителя.

1.

<< | >>
Источник: Самойлик В. Г.. Специальные и комбинированные методы обогащения полезных ископаемых: учебное пособие. 2015

Еще по теме Введение:

  1. ВВЕДЕНИЕ
  2. Введение
  3. Введение
  4. ВВЕДЕНИЕ
  5. Введение
  6. ВВЕДЕНИЕ
  7. ВВЕДЕНИЕ
  8. Введение
  9. Введение
  10. ВВЕДЕНИЕ
  11. Введение
  12. ВВЕДЕНИЕ