выщелачивание

ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ

извлечение одного или неск. компонентов из твердых тел (руд, концентратов, промежут. продуктов, иногда отходов производства) водным раствором, содержащим щелочь, кислоту или др. реагент, а также с использованием определенных видов бактерий; частный случай экстрагирования из твердой фазы. Обычно В. сопровождается хим. реакцией, в результате которой извлекаемый компонент переходит из формы, не растворимой в воде, в растворимую.

В гидрометаллургич. схемах переработки рудного сырья В. обычно проводят после измельчения руды и ее обогащения. Иногда перед В. руды и концентраты обжигают в окислит. атмосфере (на воздухе) или в присутствии добавок (CaO, CaSO₄, H₂SO₄, сульфатов, хлоридов, фторосиликатов и др.), что способствует вскрытию минералов и переводу их в иные, легкорастворимые хим. соединения. Вслед за В. проводят разделение жидкой и твердой фаз путем отстаивания, фильтрации и др. методами.

Чаще всего применяют агитационное В. Его проводят в реакторах с мех. (с помощью мешалок), пневматич. (путем подачи воздуха, острого пара или др. газов) или комбиниров. перемешиванием. Важное значение имеет размер частиц твердого вещества и его концентрация в системе. Увеличение степени измельчения до определенного предела повышает скорость процесса и конечную степень извлечения благодаря росту поверхности контакта фаз и большей доступности заблокированных пустой породой включений растворяемого минерала. Однако слишком тонкий помол приводит к повышению вязкости смеси, резко усложняет послед. разделение фаз и требует большого расхода энергии. Средний размер частиц при В. редко бывает менее 50–75 мкм. При понижении концентрации твердой фазы облегчается перемешивание, однако при этом повышается расход выщелачивающего реагента и затрудняется послед. фильтрация. При малом количестве жидкости система становится слишком вязкой и плотной. Обычно соотношение по массе жидкой и твердой фаз при В. составляет от 0,7 до 6 (чаще всего 1–2) и зависит от состава выщелачиваемого материала, растворимости извлекаемого соед. и др. факторов.

Для снижения расхода реагентов и повышения степени извлечения агитационное В. проводят в прямо- или противоточных каскадах из 3–5 аппаратов (ступеней). Применяют также процессы в псевдоожиженном слое твердого материала, при котором сжижающим агентом служит выщелачивающий раствор, и в движущемся с большой скоростью потоке пульпы (струйное В.).

В. проводят также при повыш. давлении в автоклавах. При этом повышается температура процесса, его скорость, увеличивается степень извлечения, снижается расход реагентов, резко сокращается длительность процесса. Кроме того, повышение давления увеличивает растворимость O₂, что ускоряет окисление извлекаемых компонентов воздухом. Так, при окислит. В. сульфидов металлов в автоклавах в присутствии воздуха они окисляются до сульфатов, в результате чего сокращается расход необходимой для В. H₂SO₄. Автоклавы для В. могут работать при 200–300 °C и давл. 16–80 МПа. Они бывают горизонтальными (с мех. перемешиванием) и вертикальными (с перемешиванием и обогревом острым паром).

В. — сравнительно медленный процесс, поэтому его интенсифицируют путем мех., ультразвукового и термич. активирования твердых веществ, наложением электрич. полей, с помощью вибраций и пульсаций. С целью интенсификации В. иногда проводят одновременно с ионным обменом.

В., осуществляемое путем просачивания раствора через слой твердого пористого материала, наз. перколяционным. Скорость просачивания зависит от пористости (отношение объема пор к общему объему), содержания мелких (иловых) частиц в твердом материале и высоты слоя. При проведении процесса в спец. аппаратах — перколяторах скорость просачивания должна быть не ниже 2 см/с. В. в перколяторах — малоинтенсивный процесс; используют его редко.

Более широко применяют перколяционный процесс для кучного и подземного В. в сочетании с ионообменным извлечением металла. При кучном В. материал (напр., старые отвалы, гранулированный рудный концентрат), уложенный в бурты на водонепроницаемом, слегка наклонном основании, обрабатывают жидким реагентом. По истечении длит. времени (от суток до месяцев) накопившийся в сборниках раствор перерабатывают. Более интенсивный процесс этого типа-В. с замесом. Жидкий реагент и твердый материал перемешивают в винтовом конвейере, который одновременно служит и для укладки материала в бурты.

Подземное В. 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. Известны два осн. варианта подземного В. — скважинный (бесшахтный) и шахтный. В первом случае используют систему определенным образом расположенных скважин для подачи выщелачивающего раствора и выкачивания продукционного раствора, во втором — старые или специально созданные шахты, подготовленные подземные камеры с обрушенной рудой, а для сбора продукционного раствора — штольни или штреки. При разработке месторождений руд радиоактивных и цветных металлов часто применяют комбиниров. системы подземного В.: из элементов скважинных и шахтных систем В.; из элементов систем шахтного В. и к.-л. другого типа В.

Подземное В., применяемое обычно при глубине залегания рудного тела не более 600 м, позволяет резко сократить объемы капитальных вложений и сроки строительства предприятий, повысить в 2–4 раза производительность труда, значительно уменьшить вредное воздействие на природу (не нарушать ландшафт, резко снизить количества твердых отходов и вредных веществ, выносимых на поверхность земли, сравнительно просто восстанавливать отработанные участки).

Несмотря на определенные требования при выборе участков для подземного В. (наличие подстилающих водонепроницаемых горных пород, высокая проницаемость самого рудного тела, удобная гидрологич. обстановка и др.), таким путем в некоторых странах добывают до 10% U и до 18% Cu.

При бактериальном В. используется способность ав-тотрофных бактерий (Thiobacillus ferrooxidant, Ferrobacillus thiooxidant и др.) поглощать для своей жизнедеятельности энергию, выделяемую при окислении сульфидов и тиосульфатов металлов, серы, а также при переходе Fe²⁺ в Fe³⁺. Указанные бактерии содержат вещества, катализирующие эти реакции. В результате образуется H₂SO₄ или соли Fe³+, которые можно применять как реагенты для В. наиб. активность бактерий наблюдается при 30–35 °C и определенной кислотности среды. Бактериальное В. сочетают с подземным, культивируя бактерии перед подачей под землю в спец. емкостях.

В. используют в технологии цветных (Al, Au, Cd, Cu, In, Т1 и др.) и редких (Be, Li, Mo, Nb, Re, W, Ta, U и др.) металлов, при получении В, Ge, Se, Те. Кучное В. применяют для извлечения Ag, Au, Cu, U, подземное — U, Cu, Ag, Co, Fe, Ni и др., бактериальное — Cu и U; последний способ перспективен для переработки силикатных руд, содержащих Al, As, Mn, Ni и др. металлы.

^{Лит.: Плаксин И. Н., Юхтанов Д. М., Гидрометаллургия, М., 1949; Автоклавные процессы в цветной металлургии, М., 1969; Каравай ко Г. И., Кузнецов СИ., Голомзик А. И., Роль микроорганизмов в выщелачивании металлов из руд, М., 1972; Добыча урана методом подземного выщелачивания, под ред. В.А. Мамилова, М., 1980; Плаксин И. Н., Гидрометаллургия. Избр. труды, М., 1972; Полькин СИ., Адамов Э. В., Панин В. В., Технология бактериального выщелачивания цветных и редких металлов, М., 1982; Романков П. Г., Курочки на М. И., Экстрагирование из твердых материалов, Л., 1983; Зелик ман А. Н., Вольдман Г. М., Беляевекая Л. В., Теория гидрометаллургических процессов, 2 изд., М., 1983.}

_{Б. В. Громов, Э. Г. Раков}