» » Условия и особенности применения технологии выщелачивания металлов

Условия и особенности применения технологии выщелачивания металлов

07.08.2016

Выщелачивание, или управляемый перевод в раствор одного или нескольких компонентов твердого вещества, осуществляется с помощью водного или органического растворителя, часто при участии газов — окислителей или восстановителей. Выщелачивание включает в себя по меньшей мере два процесса: химический — перевод одного из веществ в растворимое состояние, и физико-химический — растворение или экстрагирование
Твердое вещество подвергают механической обработке (дробление, измельчение) и химической обработке (окисление или восстановление в пульпе, обжиг, спекание, сульфатизация и др.). Растворителями веществ являются вода, водные растворы кислот (чаще всего серной и соляной), щелочей (аммиак, едкий натр), солей (углекислый натрий или алюминий), а также цианиды.
Интенсификация процесса осуществляется перемешиванием (агитация) измельченного до определенной крупности твердого материала с жидким растворителем в контакте с газообразным реагентом, например воздухом, или просачиванием (перколяция) жидкого реагента через неподвижный слой твердого.
Выщелачивание по признаку времени периодически или непрерывно, по направлению движения раствора прямоточно или противоточно, проводят в чанах. При этом его сочетают с механическим, пневматическим или комбинированным перемешиванием при атмосферном давлении. Возможно выщелачивание в чанах без перемешивания (перколяторы или диффузоры); в трубчатых реакторах и в автоклавах при повышенных давлении и температуре.
Избирательность процесса определяется химическими свойствами и концентрацией растворителя, структурой вещества, его физико-химическими свойствами, а также растворимостью соединений выщелачиваемого вещества.
Скорость выщелачивания зависит от удельной поверхности раздела твердое — жидкость (крупность частиц), разности концентраций растворителя и химических реагентов на поверхности твердого и в объеме, вязкости растворителя, величины коэффициента диффузии, интенсивности перемешивания, температуры, парциального давления газообразного реагента над раствором, а также концентрации растворимого окислителя. Гетерогенный процесс протекает в диффузионной области, хотя при этом протекают смешанные диффузионно-кинетические или кинетические режимы.
Интенсификация процесса достигается одновременной сорбцией выщелачиваемого компонента на смолах (диффузионное выщелачивание), включением в процесс бактерий, повышением температуры до 300 °C и давления до 5 MH на 1 м (автоклавное выщелачивание), переводом в режим «кипящего слоя», перемешиванием с вибрацией, ультразвуковой кавитацией.
Для создания условий фильтрации растворов руду разрыхляют путем взрывов с использованием обычных взрывчатых веществ или атомных зарядов. В этих случаях растворы подают на руду сверху, обогащенные растворы собирают в выработках и подают их на установку для выделения металла, а обедненный раствор после регенерации растворителя возвращают для повторного использования.
Эффективность процесса определяется полнотой извлечения ценных компонентов, концентрацией извлекаемых компонентов и вредных примесей в конечном растворе, расходом материалов, электроэнергии, пара, затратами рабочей силы, скоростью процесса.
Система разработки с выщелачиванием металлов — совокупность устройств и выработок, используемых в определенном порядке во времени и в пространстве для перевода металла из руды в раствор и извлечения металла из раствора.
Сущность выщелачивания — избирательный перевод полезного компонента из естественного состояния в жидкую фазу на месте залегания руд в недрах с последующим извлечением из растворов путем переработки.
Промышленное освоение подземного выщелачивания медных руд было начато в США в 1919 г., в СССР — в 1939 г. Haчиная с 70-х гг. прошлого века в СССР, США, Канаде, Германии, Чехии, Болгарии и др. подземным выщелачиванием добывается значительная часть урана, меди и золота.
Достоинства технологии: полное использование недр за счет вовлечения в производство бедных руд, добыча и переработка которых традиционными способами невыгодна, и металлосодержащих отходов переработки руд.
Условия применения:
• достаточное количество полезного компонента в рудах;
• растворимость металлов реагентами;
• естественная проницаемость руд или возможность ее создания;
• возможность подачи реагента и откачки растворов;
• экономическая целесообразность добычи.
По способу вскрытия рудных тел и подачи реагентов системы разработки подразделяют на скважинные, шахтные и комбинированные.
Скважинные способы. Вскрытие, подготовку месторождения и извлечение компонентов в раствор, а также транспорт раствора осуществляют через скважины. Различают площадное (ячеистое) и линейное расположение скважин. Расстояние между скважинами 15 — 50 м. Экономически целесообразная глубина разработки — до 500 м. Так разрабатывают месторождения урана, золота и марганца в обводненных породах.
Стационарный режим фильтрации обеспечивает локализацию зоны циркуляции растворов и минимальные потери реагента за счет его растекания. Для многих месторождений, залегающих в сложных горно-технических условиях, скважинные системы являются единственно возможным способом разработки месторождений.
Достоинство способа — исключение присутствия людей в опасных шахтных условиях.
К недостаткам относят повышенную опасность за счет возможных утечек в экосистемы окружающей среды при нарушении режима выщелачивания.
Шахтные способы. Вскрытие, подготовку и извлечение полезных компонентов в раствор осуществляют с помощью системы горных выработок. В зависимости от фильтрационных свойств выделяют системы с естественной и искусственной проницаемостью. Применяют при разработке месторождений бедных слабопроницаемых или непроницаемых руд.
Технология предъявляет повышенные требования к культуре производства, в первую очередь при дроблении руд. Металл извлекается в процессе движения реагента сквозь массив с естественной или искусственно созданной проницаемостью, поэтому разрыхление руд в процессе подготовки к выщелачиванию приобретает приоритетное значение (рис. 3.1).
Условия и особенности применения технологии выщелачивания металлов

Основное достоинство состоит в вовлечении в производство запасов сырья, разработка которых традиционными методами нерентабельна. Исключается сдвижение пород, обрушение или оседание дневной поверхности тем, что отбойку руд ведут с небольшим коэффициентом разрыхления (1,1—1,2).
К недостаткам относят ограниченные условия применения.
Комбинированные способы. Комбинируют системы скважинного и шахтного выщелачивания, а также традиционные системы разработки с системами выщелачивания. Например, реагент к руде подают по скважинам с поверхности, а продукционные растворы принимают в горные выработки.
Способы применяют при разработке руд различных сортов, например карбонатов и силикатов, при выщелачивании которых применяются разные реагенты, контрастные по содержанию металла, с различными фильтрационными свойствами, а также требующие различной подготовки. Залежи разрабатывают в два этапа: вначале добывают руды одного сорта, затем — другого.
Комбинированные системы разработки позволяют полнее использовать недра.
В зависимости от места выщелачивания различают подземное выщелачивание (в блоках, подготовленных выработками или скважинами) и кучное (в штабелях на земной поверхности) (рис. 3.2).
Условия и особенности применения технологии выщелачивания металлов

В зависимости от условий движения растворов реагента сквозь руды различают следующие схемы:
• фильтрационная — постоянный или периодически действующий поток реагента заполняет трещины и открытые поры и движется за счет разности напоров у подающих и приемных устройств;
• инфильтрационная — наиболее часто поток реагента под действием гравитации в капельном режиме движется от подающих к приемным устройствам без заполнения пустот;
• пульсационно-статическая — периодическое затопление реагентом с последующим выпуском продуктивных растворов и высвобождением межкускового пространства.
Процессу выщелачивания свойственно затухание со временем, потому что раствору нужно проникать по трещинам в глубь куска. Для оживления процесса применяют химические вещества (окислители, поверхностно-активные вещества, бактерии) или физическое воздействие (электромагнитные поля, напор и температура раствора, гидроразрыв пород, встряхивающие взрывы, вакуумирование и комбинированные методы). На практике используется механическое воздействие (протаскивание троса, пневмоподушки и т.п.). В результате интенсификации движение растворов активизируется и параметры извлечения улучшаются (рис. 3.3).
Условия и особенности применения технологии выщелачивания металлов