Выщелачивание

ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ, извлечение одного или неск. компонентов из твердых тел (руд, концентратов, промежут. продуктов, иногда отходов произ-ва) водным р-ром, содержащим щелочь, к-ту или др. реагент, а также с использованием определенных видов бактерий; частный случай экстрагирования из твердой фазы. Обычно В. сопровождается хим. р-цией, в результате к-рой 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 присут. 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 в-ва и его концентрация в системе. Увеличение степени измельчения до определенного предела повышает скорость процесса и конечную степень извлечения благодаря росту пов-сти 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 кол-ве 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, р-римости 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 к-ром сжижающим агентом служит выщелачивающий р-р, и в движущемся с большой скоростью потоке пульпы (струйное В.).

В. проводят также при повыш. давлении в автоклавах. При этом повышается т-ра процесса, его скорость, увеличивается степень извлечения, снижается расход реагентов, резко сокращается длительность процесса. Кроме того, повышение давления увеличивает р-римостъ О₂, что ускоряет окисление извлекаемых компонентов воздухом. Так, при окислит. В. сульфидов металлов в автоклавах в присут. воздуха они окисляются до сульфатов, в результате чего сокращается расход необходимой для В. H₂SO₄. Автоклавы для В. могут работать при 200-300 °С 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 в-в, наложением электрич. полей, с помощью вибраций и пульсаций. С целью интенсификации В. иногда проводят одновременно с ионным обменом.

В., осуществляемое путем просачивания р-ра 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 р-р перерабатывают. Более интенсивный процесс этого типа-В. с замесом. Жидкий реагент и твердый материал перемешивают в винтовом конвейере, к-рый одновременно служит и для укладки материала в бурты.

Подземное В. состоит в подаче выщелачивающего р-ра под землю непосредственно в рудное тело или в слой специально подготовленной руды и выкачивании р-ра, просочившегося через слой руды, на пов-сть. Известны два осн. варианта подземного В. - скважинный (бесшахтный) и шахтный. В первом случае используют систему определенным образом расположенных скважин для подачи выщелачивающего р-ра и выкачивания продукционного р-ра, во втором - старые или специально созданные шахты, подготовленные подземные камеры с обрушенной рудой, а для сбора продукционного р-ра - 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 стр-ва предприятий, повысить в 2-4 раза производительность труда, значительно уменьшить вредное воздействие на природу (не нарушать ландшафт, резко снизить кол-ва твердых отходов и вредных в-в, выносимых на пов-сть 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 нек-рых странах добывают до 10% U и до 18% Си.

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 в-ва, катализирующие эти р-ции. В результате образуется H₂SO₄ или соли Fe³+, к-рые можно применять как реагенты для В. наиб. активность бактерий наблюдается при 30-35 °С 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, Сu, In, Т1 и др.) и редких (Be, Li, Mo, Nb, Re, W, Та, U и др.) металлов, при получении В, Ge, Se, Те. Кучное В. применяют для извлечения Ag, Au, Сu, U, подземное - U, Си, Ag, Co, Fe, Ni и др., бактериальное - Сu 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.