гидрометаллургия

ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЯ

извлечение металлов из сырья с использованием хим. реакций в водных растворах. Сырьем м. б. руды, рудные или хим. концентраты (продукты мех. обогащения или хим. переработки руд), отходы др. производств или самих гидрометаллургич. процессов.

Гидрометаллургич. методы пригодны для извлечения металлов из сырья с низкими концентрациями металла и не поддающегося переработке традиц. методами, поэтому роль этих методов в условиях происходящего обеднения и ухудшения качества рудного сырья постоянно возрастает. К достоинствам Г. относится также возможность разделения близких по свойствам металлов (Zr и Hf, Nb и Та, смесей РЗЭ и др.), упрощение переработки по сравнению с пирометаллургией. Применение гидрометаллургич. методов во мн. случаях существенно снижает загрязнение окружающей среды вредными отходами. Так, все большее значение приобретает прямая переработка сульфидных концентратов Cu, Ni, Zn, Pb и др. металлов без их обжига (обжиг приводит к выделению SO₂, который при выбросе в атмосферу загрязняет окружающую среду, а при улавливании приводит к заметному удорожанию переработки).

Собственно гидрометаллургич. процессам обычно предшествует мех. передел включающий операции дробления, измельчения, классификации, мех. обогащения — флотации, гравитац. обогащения, отсадки, разделения в тяжелых суспензиях (см. обогащение полезных ископаемых), а для некоторых руд — радиометрич. обогащение и др. Задача этого передела — удаление как можно большей массы минералов пустой породы.

Г. включает также три след. основных передела: переведение ценных металлов в раствор, переработку растворов и выделение из очищенных растворов металлов или нерастворимых соединений. Вначале из сырья селективно извлекают в раствор ценные металлы (см. выщелачивание). Для очистки и концентрирования растворов применяют жидкостную экстракцию и ионообменную сорбцию, реже — мембранные методы, ионную флотацию и др. Ионообменная сорбция служит, как правило, для концентрирования относительно малоконцентриров. растворов, которые могут содержать взвешенные частицы твердых веществ. Емкость экстрагентов (макс. концентрация в них извлекаемого металла) значительно выше емкости сорбентов, поэтому экстракцию применяют при переработке любых по концентрации растворов, но из-за сильного захвата экстрагентов твердыми частицами — при отсутствии в этих растворах взвешенных твердых частиц. Более высокой емкостью обладают импрегнированные сорбенты — пористые вещества, содержащие орг. растворители, а также твердые экстрагенты (твэксы) — орг. растворители в полимерной матрице. Импрегнированные сорбенты и твэксы могут применяться для переработки концентрированных содержащих взвешенные твердые вещества растворов. Для концентрирования и очистки растворов используют также осаждение, соосаждение, а для разделения близких по свойствам растворов (напр., гексафто-роцирконата и гексафторогафната калия) — дробную кристаллизацию, т. е. проведение циклов частичного осаждения и растворения.

Для выделения металлов из растворов применяют восстановление (напр., водородом) при обычном давлении или в автоклаве, цементацию с использованием более активных металлов и электролитич. восстановление. Металлы, которые не могут быть выделены из водных растворов (напр., Al, Mo, W, U), осаждают в виде оксидов, гидроксидов, фторидов хлоридов, комплексных фторидов и др. Далее эти соединения восстанавливают до металлов разл. методами, включая пирометаллургич. (см. металлотермия) и электрохимич.

В гидрометаллургич. технол. схемах используют также такие мех. процессы, как декантация, фильтрация, гидроциклонирование и центрифугирование. Для интенсификации разделения жидкой и твердой фаз применяют синтетич. флокулянты. Г. часто связана также с применением термич. процессов: сушки, прокаливания осадков, обжига концентратов и др. Все более широкое применение находят совмещенные операции, напр. измельчения и выщелачивания, выщелачивания и ионообменной сорбции.

Гидрометаллургич. операции могут сочетаться также с процессами газовой металлургии, напр. получением хлоридов или фторидов. Так, образовавшиеся при переработке рудных концентратов хлориды Zr и Hf могут растворяться в воде и перерабатываться далее гидрометаллургич. методами. Полученные по обычной гидрометаллургич. технологии соединения W м. б. превращены в WF₆, используемый далее для получения металла.

Один из недостатков Г. — относительно большой расход воды на единицу продукции. Например, на 1 т урановой руды только при получении хим. концентрата образуется 0,3–5,0 т сбросных растворов. Важное значение в преодолении этого недостатка имеют разработка и внедрение процессов водооборота и в конечном итоге переход на полностью бессточную технол. схему.

Г. применяют для получения цветных (Al, Cu, Ni, Co, Zn и др.), редких (Be, РЗЭ, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W и др.), прир. радиоактивных (U, Th), искусств, радиоактивных (Np, Pu и др.), благородных (Ag, Au, Pt и платиновые металлы) металлов.

Биогидрометаллургия основана на применении автотрофных бактерий (гл. обр. тионовых) для выщелачивания U, Cu и др. металлов из сульфидных минералов или в присутствии сульфидных минералов, а также для удаления примесей сульфидных минералов (пирита, арсенопирита и др.) из серебряных и золотых руд или из каменного угля и др. материалов.

^{Лит.: Плакеин И. Н., Юхтанов Д. М., Гидрометаллургия, М., 1949; Хабаши Ф., Основы прикладной металлургии, пер. с англ., т. 2, М., 1975; Зеликман А. Н., Вольдеман Г. М., Белявская Л. В., Теория гидрометаллургических процессов, М., 1983; Гидрометаллургия, пер. с англ., М., 1978; Гидрометаллургия. Автоклавное выщелачивание, сорбция, экстракция, М., 1976; Снурников А. П., Гидрометаллургия цинка, М., 1981.}

_{Г. А. Ягодин, В. А. Михайлов}