» » Термодинамическая возможность процесса выщелачивания
17.05.2015

Возможность взаимодействия реагента с ценными минералами определяется знаком изменения изобарно-изотермического потенциала.
Если реакция протекает с уменьшением изобарно-изотермического потенциала системы, то она в чистом виде может протекать самопроизвольно. При этом чем больше убыль изобарного потенциала, тем можно ожидать более легкого и полного протекания реакции. Ho если реакция сопровождается ростом изобарного потенциала, то она самопроизвольно протекать не будет, т.е. реагент не будет выщелачивать интересующий нас компонент сырья. Для иллюстрации этих положений в табл. 1 приведены стандартные изобарные потенциалы (ΔZ) реакции взаимодействия меди и некоторых ее соединений с наиболее распространенными раствори гелями.
Термодинамическая возможность процесса выщелачивания

Из табл. 1, например, видно, что металлическая медь в присутствии кислорода легко растворяется в серной и соляной кислотах, в то время как без кислорода реакция не идет, так как сопровождается положительным изменением изобарного потенциала.
Вообще медь и ее соединения не растворяются в тех случаях, когда в результате реакции образуется газообразный водород, поскольку электроположительная медь не восстанавливает ионы водорода. Если в раствор подают кислород, то образующийся водорот окисляется с образованием воды. Реакция взаимодействия водорода и кислорода сопровождается большой убылью термодинамического изобарного потенциала, вследствие чего общее изменение изобарного потенциала системы оказывается отрицательным и реакция становится термодинамически возможной. В самом деле, если, например, для реакции
Cu + H2SO4 = CuSO4 + Н2.

ΔZ0 = +19,2 ккал/моль и для реакции
Н2 + 1/2O2 = Н2О

ΔZ0 = 56,6 ккал/моль, то для суммарной реакции
Cu + H2SO4 + 1/2O2 = CuSO4 + H2O

изменение изобарного потенциала будет
ΔZ0 = 19,2 + (-56,6) = -37,4 ккал/моль.

Аналогично тому, как это сделано для меди и ее соединений, можно произвести термодинамическую оценку возможности реакций и для соединений других металлов, а также для минералов пустой породы.
Основы выбора растворителя

Выбор растворителя для выщелачивания ценных составляющих из руды, концентрата или полупродукта определяется многими факторами.
Растворитель не должен разлагаться с течением времени, а должен обеспечивать возможность стабильной длительной работы, выдерживать нагрев и не испаряться. При несоблюдении последнего условия появляются серьезные затруднения, связанные с необходимостью выщелачивания в герметически закрытых аппаратах.
Растворитель должен легко взаимодействовать с извлекаемыми компонентами, но не с минералами пустой породы. Селективность действия растворителя является одним из важнейших условий его подбора.
Растворитель должен хорошо растворять продукты выщелачивания. В противном случае скорость выщелачивания будет мала и, кроме того, нельзя будет получить достаточно концентрированных растворов. Весьма важным моментом является возможность регенерации растворителя. И, наконец, растворитель должен хорошо смачивать всю массу твердой фазы. К этим факторам необходимо добавить еще также, как дешевизна, недефицитность и возможно меньшая токсичность.
Для осуществления гидрометаллургического передела в крупном масштабе существенным является также легкость разделения твердой и жидкой фаз отстаиванием или фильтрацией.
Применение воды в чистом виде в качестве растворителя довольно ограниченно. Обычно применяют для выщелачивания водные растворы кислот, оснований или солей, которые химически взаимодействуют с выщелачиваемыми минералами.
Основные типы реакции, в результате которых минералы переходят в растворимое состояние, приведены выше. Выбор той или иной реакции, а вместе с тем и растворителя в каждом конкретном случае определяется индивидуальными свойствами выщелачиваемого компонента. При этом, однако, необходимо учитывать также природу минералов пустой породы и их количественное соотношение.
Так, например, применять растворитель с кислотными свойствами нерационально, если пустая порода содержит основные соединения. И, наоборот, щелочные растворители неприменимы, если в пустой породе имеется значительное количество кислотных окислов. Для этих случаев характерно чрезмерное расходование растворителя на взаимодействие с минералами пустой породы.
Весьма часто в рудах или концентратах ценные составляющие находятся в виде таких химических соединений, взаимодействие которых с водными растворами протекает при умеренных температурах с ничтожной скоростью. В этих случаях приходится предварительно (перед операцией выщелачивания) прибегать к высокотемпературной обработка, переводящей ценные составляющие в легко растворимую форму. Примерами такой обработки могут служить различные виды обжига; окислительный, восстановительный, сульфатизирующий, хлорирующий и др. Физико-химические основы этих процессов, как уже отмечено, изложены выше в разделе теории пирометаллургических процессов.