» » Выщелачивание
17.05.2015

Выщелачиванием называется процесс избирательного растворения одного или нескольких компонентов из руды, концентрата или полупродукта с целью отделения их от пустой породы.
Руда и концентрат являются обычно сложной многокомпонентной и многофазной системой, состоящей из целого ряда минералов. Минералы ценных составляющих руды представляют собой чаще всего сульфидные, окисные, гидроокисные, карбонатные, фосфатные, арсенидные и другие соединения. Ценные составляющие иногда содержатся в сырье также в виде самородных металлов.
Механизм взаимодействия растворяющего реагента с концентратом или рудой может быть различным в зависимости от химического состава и свойств выщелачиваемого компонента. Обширный экспериментальный материал, накопленный в гидрометаллургии, позволяет подразделить процессы выщелачивания на следующие группы.
Простое растворение

Когда металл находится в твердой фазе в виде растворимого в воде соединения, процесс выщелачивания сводится к простому переходу вещества из твердой фазы в раствор по схеме
MeSO4 + aq → MeSO4 (раств.)

или
MeCl2 + aq → MeCl2 (раств.).

Типичными случаями таких реакций является водное выщелачивание соединений тяжелых металлов после сульфатизирующего или хлорирующего обжига.
Растворение с обменной реакцией

Этот тип процесса выщелачивания встречается в трех разновидностях.
1. Окисел металла взаимодействует с кислотой, образуя растворимую соль и воду по схеме
MеО + H2SO4 = MеSO4 + Н2О.

Распространенным примером этого типа реакций является выщелачивание после окислительного обжига цинковых концентратов.
2. Выщелачиванию подвергают труднорастворимое в воде соединение типа MeS, МeСО3 и т. д. При взаимодействии такого соединения с кислотой анион соединения удаляется в газовую фазу по схеме
MeS + Н2SO4 = MеSO4 + H2S

или
MeСО3 + H2SO4 = MеSO4 + Н2СО3.
H2CO3 = H2O + CO2.

3. Труднорастворимое в воде соединение извлекаемого металла Me, взаимодействуя с растворимой солью второго металла Me', образует еще менее растворимое соединение второго металла и растворимую соль первого металла, например
[MeS]тв + Ме'SO4 = [Me'S]тв + MeSO4.

Типичным примером подобного рода реакций может служить процесс автоклавного растворения шеелита раствором соды:
[CaWO4]тв + Na2СО3 = [СаСО3]тв + Na2WO4.

Растворение, связанное с окислением металла

Возможны три типа реакций этой группы, а именно:
1. Окисление металла протекает за счет восстановления ионов водорода кислоты:
Me + H2SO4 = MeSO4 + Н2.

По этому механизму происходит растворение всех электроотрицательных металлов.
2. Окисление металла происходит за счет кислорода воздуха:
Me + H2SO4 + 1/2О2 = МеSO4 + Н2О,

что имеет место при растворении электроположительных металлов.
3. Окисление металла происходит за счет вводимого в раствор соединения, способного к восстановлению, например
Me + Fе2(SO4)3 = MеSO4 + 2FeSO4

или
Mе + H2SO4 + Н2О2 = MеSO4 + 2Н2О.

Первая из этих реакций нашла себе применение, например, в гидрометаллургии меди, вторая промышленного значения не имеет из-за дороговизны перекиси водорода.
Растворение, связанное с окислением аниона

В ряде случаев выщелачивания перевод металла из нерастворимого соединения в раствор оказывается возможным лишь при одновременном окислении аниона, с которым металл связан в нерастворимом соединении. В качестве примеров можно указать на реакцию окисления аниона кислородом, протекающую при так называемом кислотном автоклавном выщелачивании сульфидных никель-кобальтовых продуктов;
MeS + H2SO4 + 1/2О2 = МеSO4 + H2O + S

или
MeS + 2О2 = Me SO4,

а также на реакцию окисления аниона ионом, способным восстанавливаться до низшей валентности:
MeS + 2Ме'Cl2 = MeCl2 + 2Ме'Cl + S.

Растворение с восстановлением металла

Этот случай выщелачивания возможен, если- извлекаемый металл образует ионы нескольких степеней окисления. Нерастворимое соединение, содержащее металл в высшей степени окисления, может переходить в растворимое соединение при восстановлении металла до более низкой степени окисления. Примером может служить реакция выщелачивания окиси меди солями закисного железа:
ЗСuО + 2FeCl2 + 3Н2О = CuCl2 + 2СuСl + 2Fе(ОН)3.

Растворение с образованием комплексов

В качестве типичных примеров можно привести реакции выщелачивания золота растворами цианистой соли:
2Au + 4KCN + Н2О + 1/2О2 = 2KAu(CN)2 + 2КOН

или выщелачивание сульфида никеля аммиачными растворами:
Ni3S2 + 10NH4OH + (NH4)SO4 + 41/2O2 = 3Ni(NH3)4SO4 + 11H2O.

Перевод выщелачиваемого металла в комплексное соединение часто приводит к повышению селективности извлечения. Комплексообразование увеличивает растворимость металла в данном растворителе и, следовательно, дает возможность получения концентрированных растворов, а также повышает устойчивость раствора. Это приводит к получению растворимых соединений металла в таких условиях, когда простые соли либо нерастворимы, либо разлагаются. Так, например, аммиакаты меди, никеля или кобальта устойчивы при таких значениях щелочности, при которых простые соли подвергаются полному гидролизу с образованием труднорастворимых гидроокислов.