HYDROMETALURGIE

 

 

Termodynamika hydrometalurgických procesů – elektrolyty

 

 

Chemický potenciál složky i i) důležitá termodynamická veličina definovaná identitami

 

 

 

kde     U je vnitřní energie,

H entalpie,

A Helmholtzova energi,

G Gibbsova energie,

V objem,

P tlak,

T termodynamická teplota soustavy,

ni látkové množství složky i,

nj=i látkové množství ostatních složek soustavy.

 

Jelikož parciální molární veličiny i-té složky jsou parciální derivace extenzivních termodynamických veličin podle množství (mol) složky i za konstantního tlaku P, teploty T a složení soustavy nj=i, je chemický potenciál složky i totožný s parciální molární Gibbsovou energii složky i a řídí se všemi vztahy které platí pro parciální molární veličiny. [ Ostatní parciální molární energie se tímto názvem neoznačují ! ].

Ch. p. je intenzivní veličina, která je funkcí všech proměnných určujících stav soustavy. Pomocí ch. p. lze formulovat obecnou podmínku rovnováhy ve vícesložkové soustavě o několika fázích tak, že soustava je v rovnováze, jsou-li ch. p. libovolné složky ve všech fázích stejné.

Ch. p. má funkci analogickou s funkcí teploty a tlaku . Tak jako teplotní rozdíl je příčinou toho, že teplo přechází z jednoho tělesa na druhé, lze rozdíl ch. p. považovat za příčinu chemické rekce nebo snahy látky difundovat z jedné fáze do druhé.

            Rozpouští-li se látka A za stálých podmínek v roztoku B, probíhá proces tak dlouho, dokud se roztok nestane nasyceným. Tento stav nastane tehdy, bude-li se změna volné entalpie soustavy ΔG  při přechodu látky A do roztoku B roven nule..

 

(pro pochopení ch. p. je nutno absorbovat téměř celou fyzikální chemii, snad později J.)

 

Ke snazšímu vyjádření vztahů týkající se reálných soustav zavedl Lewis do termodynamiky další dvě funkce, a to fugacitu (prchavost) nahrazující parciální tlaky složek a aktivitu nahrazující koncentraci jednotlivých složek

 

 

 

Aktivita ve vodných roztocích

 

            V reálných roztocích se uplatňují složité vztahy mezi atomy, molekulami i ionty odlišné od zákonitostí uplatňujících se u roztoků ideálních. Zejména se to projevuje u roztoků elektrolytů následkem intenzivního působení elektrostatických sil mezi ionty. Proto je nutno zde nahradit koncentrace jednotlivých složek jejich aktivitou. Aktivita vyjadřuje aktivní koncentraci, tj. skutečný podíl atomů nebo iontů, jež nejsou v rotoku elektrolytu jakýmkoli způsobem vázány a mohou se podílet na fyzikálně chemických reakcích. Aktivitu jakékoli složky roztoku vyjadřujeme vztahem

a = g.c

kde  g je aktivní koeficient

         c – koncentrace složky v roztoku

            Protože se stoupajícím zředěním se zvětšují vzdálenosti mezi ionty a tím se zmenšuje jejich vzájemné působení, roste aktivní koeficient při nekonečném zředění až k 1.

            Experimentální měřením nelze získat hodnoty aktivních koeficientů jednotlivých iontů, nýbrž pouze střední aktivní koeficient  g±.

 

 

Podmínky rozpouštění

 

            Při vyluhování kovů z rud jsme vedeni snahou převést do roztoku co nejvíce kovu při nejmenší spotřebě chemických činidel. Sledujeme-li průběh chemických reakcí při vyluhování, vidíme, že se po určité době ustavuje rovnovážný stav, který je dán tzv. rovnovážnou konstantou. Pro libovolnou vratnou reakci

 

aA +  bB Û cC + dD

 

můžeme rovnovážnou konstantu vyjádřit vztahem:

 

 

            V běžné praxi nahrazujeme aktivity relativními rovnovážnými molárními koncentracemi, takže vztah pro rovnovážnou konstantu má tvar ↑, kde cr jsou relativní rovnovážné molární koncentrace produktů reakce, resp. Výchozích látek, vztažené na standardní koncentraci co = 1 mol l-1. Relativní koncentrace jsou tedy bezrozměrné, z čehož vyplývá, že bezrozměrná je i rovnovážná konstanta.

            Hodnoty rovnovážných konstant mají velký praktický várnám, protože umožňují posoudit výtěžnost reakce. Mají-li velkou hodnotu, jsou reakční produkty ve značném přebytku. Jejich nízká hodnota znamená, že v rovnovážné směsi převládají výchozí látky, což svědčí o nízkém výtěžku reakce.

115 IIk.

 

 

 

 

 

 

Kinetika heterogenních reakcí

 

Þ    reakce probíhající mezi látkami různé fáze

 

Rychlost loužení závisí na:

 

-         koncentraci                       - teplotě

-         rychlosti mísení                 - povrchu tuhé fáze

 

 

Proces vyluhování lze rozdělit na tyto pochody:

  1. přísun reakčních látek, obsažených v roztoku,  k povrchu tuhé fáze
  2. průběh vlastní chemické reakce
  3. odvod produktů reakce do okolního roztoku

 

 Toto rozdělení je pouze rámcové, neboť každý z uvedených pochodů je ve skutečnosti složitější. Například proces pronikání reakčních látek k tuhé částici se děje jednak vrstvou koncentrovaného roztoku na povrch částice, jednak vrstvou tvrdého obalu, skládajícího se z reakčních produktů, a konečně pórovitou vrstvou dosud nevyluhovaného jádra.

 

. Rozpouštění scheelitu v roztoku Na2CO3

          CaWO4(s) + Na2CO3(l) Û CaCO3 + Na2WO4 (l)

 

Proces probíhá v několika stupních:

  1. přísun roztoku Na2CO3 difúzí k povrchu tuhé částice vrstvou nasyceného roztoku Na2WO4, který se udržuje kolem ní. (d1)
  2. pronikání činidla (Na2CO3) difúzí vrstvou tuhého produktu reakce, obalující povrch částice (CaCO3).(d2)
  3. průběh chemické reakce na členitém povrchu vyluhované tuhé látky
  4. difúze kapalného produktu reakce (roztoku Na2WO4) vrstvou tuhého produktu(d2), obalující povrch částice, směrem do nasyceného roztoku(d1)
  5. difúze vrstvou nasyceného roztoku do roztoku okolního.

 

d1 – tloušťka vrstvy nasyceného roztoku

d2 – tloušťka vrstvy tuhého reakčního produktu

Je-li rychlost difůze značně větší než rychlost chemické reakce, pak průběh loužení určuje rychlost chemické reakce. V tomto případě je průběh loužení určen zákony chemické kinetiky a říkáme, že loužení probíhá v kinetické oblasti. V opačném případě, kdy rychlost chemické reakce značně převyšuje rychlost difůze, určuje průběh loužení rychlost přechodu reagujících látek na povrchovém rozhraní. V tomto případě probíhá loužení  v difúzní oblasti a je řízeno zákony difúze.

 

 

Loužení za spoluúčasti plynu

 

Proces probíhá v několika stupních:

  1. absorpce plynu v roztoku
  2. přísun rozpuštěného plynu na povrch tuhé fáze (vnější difúze)
  3. přísun činidla vrstvou tuhé látky (vnitřní difúze)
  4. chemické reakce na povrchu tuhé fáze
  5. odvod produktů reakce do okolního roztoku

 

 

Hlavní pochody při hydrometalurgické výrobě

 

Hydrometalurgická výroba kovů je kombinací několika základních pochodů, jichž se také používá v jiných výrobách, např. při úpravě rudných a nerudných surovin, nebo v chemických výrobách.

            Nejdůležitějšími etapami hydrometalurgické výroby kovů jsou:

-  drcení a mletí suroviny na velikost zrn, která je nejvhodnější pro zvolený technologický postu,

- v některých případech je nutná tepelná úprava surovin, jako např. pražení

- vyluhování a promývání zbytků po vyluhování

-  oddělování kapalné fáze od tuhé

-  chemické čištění výluhu

-  získávání kovů z roztoků

           

            Volba vhodných pochodů i jejich pracovních podmínek se stanoví na základě několika rozhodujících faktorů, jako jsou charakter zpracované suroviny, použité loužicí prostředky, požadavky kladené na vyráběný kov, místní podmínky, které energie jsou k dispozici atd.

 

            Drcení a mletí

 

            Jako v úpravnických provozech předchází i zde vyluhování rud její drcení a mletí. Účelem mechanického rozpojení rudy je zpřístupnění částic minerálů, působícím chemickým činidlům. Je nezbytné především tehdy, kdy minerální částice jsou z části nebo zcela obklopeny pro roztoky nepropustnou horninou. Proto se v hydrometalurgických provozech jemně prorostlé rudy nejčastěji melou na velikost 0,2 až 0,047 mm. Mletí se často provádí v roztoku činidla, jehož se používá k vyluhování, neboť se tím značně zkrátí doba následujícího rozpuštění.

            Protože jednou z hlavních podmínek, určujících náklady na zpracování rudy, je spotřeba energie, je drcení a mletí nejdražším úkonem hydrometalurgie. Proto přepracování starých rudných odpadů nebo podzemní loužení patří k podstatně levnějším hydrometalurgickým výrobním procesům. Nízkou cenu se také vyznačuje perkolace, protože nevyžaduje mletí.

            Poměrně snadno se vyluhují ryzí kovy a minerály, jejichž struktura je charakterizována iontovou vazbou. Obtížněji se za normálních podmínekvyluhují sulfidy, především složité. Rovněž obtížně je vyluhování i některých jiných složitých sloučenin, jako jsou ferity, silikáty a kombinované sloučeniny některých oxidů.

 

Tepelné úpravy

 

            Dalším důležitým úkonem, v mnoha případech nutným pro následující zpracování rud a koncentrátů vyluhováním, je pražení.

Pražení jako přípravný proces pro hydrometalurgie má za úkol dosáhnout těchto základních cílů:

a) vytvoření sloučenin rozpustných ve vodě nebo v chemických činidlech

b) převedení nežádoucích složek do nerozpustné formy

 

            Smyslem této operace je úspora činidel potřebných k vyluhování a zabránění přechodu znečišťujících látek do výluhu.

            V některých případech je nutno rudné minerály před vyluhováním spékat nebo tavit s rozličnými chemickými činidly. Úkolem tohoto způsobu zpracování je převést tyto minerály do rozpustné sloučeniny. Jako příklad je možno uvést wolframitu, chromitu a vanadových strusek se sodou.

            Někdy je pro vyluhování výhodnější kusový materiál než jemný podíl získaný drcením nebo mletím – spečenec nebo tavenina, a proto se před spékáním rozemletá ruda míchá s přísadami a skusoví se peletizací. Suché pelety se spékají

 

Vyluhování

 

Vyluhování rozpustných součástí rudy nebo předem upravených produktů je dalším článkem hydrometalurgické výroby. Jeho rychlost je určena podmínkami rozpouštění rozpustných složek v soustavě představované roztokem a tuhou látkou. Během rozpouštění ubývá rozpouštědla, které se spotřebovává na rozpouštění vyluhovatelných užitkových složek i na nežádoucí reakce s průvodní jalovinou.

            Z činitelů určujících rychlost rozpouštění rudných minerálů mají hlavní význam:

1)     koncentrace rozpouštědla,

2)     koncentrace látek umožňujících nebo urychlujících rozpuštění,

3)     teplota, tlak

4)     podmínky míchání nebo přivádění čerstvého rotoku,

5)     poměr mezi krystalickým a koloidním (koloid látka rozptýlená ve formě částic) podílem rozemleté rudy,

6)     poměr hmotnosti roztoku k hmotnosti zpracované rudy (K/T),

7)     přítomnost látek v roztoku, které se adsorbují na povrchu rudných minerálů (adsorpce – nahromadění částic na povrchu jiné látky),

8)     přítomnost škodlivých příměsí.

 

K rozpouštění rudných minerálů se používá  roztoků karbonátu sodného nebo amonného, amoniaku, roztoků kyanidů, hydroxidu sodného, chloridu sodného nebo kyseliny sírové, chlorovodíkové, dusičné atd.

            Rozpouštění některých rudných minerálů vyžaduje přítomnost kyslíku nebo oxidačních látek, jiné rudné minerály vyžadují naopak ke svému rozpuštění látky redukční.

            Při hydrometalurgických pochodech má podstatný význam i prostředí tvořené rozpojenou horninou. Při agitačním způsobu vyluhování je toto prostředí tvořeno vrstvou drobných částic vznášejících se v roztoku. Při vyluhování perkolací jde o vrstvu nepohyblivých zrn, jejichž mezerami roztok prosakuje. Při vyluhování rmutu je velice důležitý stupeň zředění, udávaný poměrem K:T. tento poměr má zásadní vliv na intenzitu promíchávání a dobu rozpouštění. Tato rychlost není stejná, nýbrž mění se během vyluhování.

            Vliv viskozity rmutů se projevuje snížením rychlostí difůze, a tím i rychlosti vyluhování. Hlavním činitelem, zvyšujícím viskozitu, jsou jemně dispergované částice, jejichž velikost se blíží částicím koloidním. Také vliv bobtnání některých druhů rud způsobuje zvětšení viskozity během procesu vyluhování.

            132 2k…

 

            Oddělování kapalné a tuhé fáze

           

            Oddělování kapalné a tuhé fáze se v hydrometalurgie obvykle provádí usazováním a filtrací. Protože i tyto pochody znamenají v hydromentalurgii značné náklady zatěžující zpracování, projevuje se v poslední době snaha získat kovy přímo ze rmutů. Jako příklad lze uvést využívání iontoměničů nebo kapalných extrakčních činidel, jako je tomu u procesu Solvent in Pulp. Při zpracování výluhů s obsahem mědi je doporučen způsob jejího vycementování přímo ze rmutu. Po aktivaci se prahová měď odděluje flotací.

            Využívání kapalných extrakčních činidel se zejména v poslední době velmi rozšířilo. Uvedený proces Solvent in Pulp nejen že šetří značně vysoké náklady za usazování, ale umožňuje i značně zmenšení objemu kyselých roztoků potřebných vyluhování. To se pak projeví ve snížené spotřebě extrakčních organických činidel.

            Extrakční procesy ve spojení s předchozím čištěním výluhů od nerozpustných látek jsou v současnosti velice rozšířeny, a to nejen při výrobě uranu a ušlechtilých kovů, ale i ve výrobě mědi, niklu, kobaltu a některých jiných kovů.

            Jestliže se při výrobě nevyužívá selektivních extrakčních pochodů, je nezbytné výluhy před konečnou fází zpracování zbavit některých průvodních kovů, které se jako nečistoty rozpustily s hlavním kovem a které by buď při dalším zpracování vadily, nebo by se vyloučily spolu s hlavním kovem a tím by jej znehodnotily. K čištění výluhů se nejčastěji používá cementace, změny hodnoty pH nebo specificky chemických činidel.

 

            Získávání kovů z roztoků

 

            Srážení kovů nebo jejich sloučenin z vhodně upravených roztoků je jednou z hlavních operací, určujících úspěšnost celého procesu. Nejčastěji se využívá těchto způsobů srážení:

 

  1. srážení kovů z roztoku elektrickým proudem,
  2. srážení kovů cementací,
  3. srážení hydrolýzou,
  4. srážení chemickými činidly,
  5. srážením ohřevem v destilátorech,
  6. získávání chemických sloučenin kovů krystalizací,
  7. srážení adsorpcí

 

Velkou výhodou hydrometalurgie je, že lze do konečné fáze výroby kovů zařadit jejich srážení elektrickým proudem. Tak je možné získat vysoce čistý konečný výrobek bez předchozí rafinace. I když spotřeba el. energie je následkem nutného rozkladu elektrolytu až 10x vyšší, přesto cena za elektrolyticky vyrobený kov kryje a v některých případech převyšuje potřebné náklady na jeho rafinaci.

      Cementace mědi, která se dříve ve značné míře používala, je v současnosti nahrazována – především pro vysokou cenu železného odpadu – jinými metodami. Dosud je důležitým činitelem při srážení ušlechtilých kovů z kyanidových výluhů, při rafinaci roztoků před elektrolýzou, při srážení kovů z velice zředěných důlních vod nebo roztoků po biologickém vyluhování.

      V poslední době se především při srážení ušlechtilých kovů cementace nahrazuje jejich adsorpcí na aktivní uhlí, hlavně proto, že po provedené desorpci může být aktivní uhlí znovu regenerováno.

      O ostatních uvedených způsobech rozhodují především zvolené technologické procesy, požadavky odběratelů, jakož i finanční náklady.

      Protože kovy, vyrobené elektrolýzou, nemají vhodné vlastnosti, aby se mohly přímo mechanicky zpracovat, je nezbytné jejich přetavení.

      Kovy, získané cementací, mívají velmi nízký obsah vlastního kovu, a proto se musí před dalším použitím rafinovat. U mědi jde o rafinaci žárovou cestou s následující rafinační elektrolýzou.

 

  1. Krystalizace

Þ    ke krystalizaci dochází při ochlazování nasyceného roztoku nebo při odpařování rozpouštědla

Proces má tyto fáze:

  1. Tvorba přesyceného tuhého roztoku
  2. Tvorba krystalizačních zárodků – center
  3. Růst krystalů
  4. Překrystalizace

Krystalizace:

a)      Izotermická

b)      Izohydrická

 

Způsoby krystalizace:

  1. ochlazování roztoku – rozpustnost soli v roztoku klesá s klesající teplotou
  2. odpařování rozpouštědla – provádí za teplot nižších než je bod varu roztoku nebo za jeho varu

Tvorba krystalizačních zárodků – center

ð     po překročení určité hodnoty přesycení

ð     musí dosáhnout nadkritické velikosti

Růst krystalů

ð     přívod částic z okolního roztoku k adsorpční vrstvě

ð     pohyb částic v adsorpční vrstvě

ð     zařazení částice do krystalové mřížky

2. Adsorpce

Þ    sorpce – vlastnost látky zachycovat na svém povrchu kapaliny a plyny.

Proces adsorpce se skládá ze dvou stádii:

  1. Vlastní adsorpce
  2. Vyloučení kovů z adsorbentu (desorpce)

Mechanismus adsorpce na uhlí:

 

  1. Teorie fyzikální adsorpce – adsorpce se děje v důsledku působení van der Waalsových sil
  2. Teorie chemických komplexů – adsorpce probíhá v důsledku neutralizace  kyselých skupin na povrchu uhlí
  3. Elektrochemická teorie – kyslík ve styku se suspenzí uhlí vytváří H2O2.

a)      adsorpce probíhá bez O2

b)      pokud přes suspenzi uhlí dmýcháme O2, vylučuje se H2O2

 

4. Vylučování kovů pomocí jiného kovu – cementace

Þ    vytěsňování ušlechtilejšího kovu z roztoku jeho solí kovem méně ušlechtilým

Me1+ +Me20  =  Me2+ + Me10

E2   <   E1

Þ    rozpouštění méně ušlechtilého kovu a srážení ušlechtilejšího probíhá vlivem rozdílu tlaku osmotického a tlaku rozpouštěcího

Þ    pro vyrovnání rozdílných koncentrací roztoků se urychluje difuze zvýšenou teplotou, probubláváním vzduchem nebo vodní párou

Þ    vedlejší procesy: vylučování H2, redukce O2 v závislosti na pH

Þ    selektivní cementace – nejprve se vysráží kovy nejušlechtilejší, po jejich oddělení se dosrážejí kovy méně ušlechtilé

př. Cu, Cd z ZnSO4 , čištění výluhů Zn, Ni, Mn před elektrolýzou

5. Vylučování kovů z roztoků plyny

Þ     vylučování kovů probíhá pří vysokých teplotách a tlacích

  1. Při zvyšování teploty rozpustnost většiny solí ve vodě vzrůstá do teplot 120 – 150 °C
  2. Rozpustnost solí ve vodě většinou závisí na přítomnosti solí.
  3. Rozpustnost plynů ve vodě se zmenšuje se stoupající teplotou přibližně do 100 °C
  4. Za přítomnosti solí se rozpustnost plynů obvykle snižuje
  5. Při vysokých teplotách probíhá snadno hydrolýza

Redukce H2

Men+ + n/2 H2 = Meo + nH+

 

Redukce CO

Př. Vylučování Cu a Ag z prostředí H2SO4

2 Ag+  +CO + H2O = 2 Ag + CO2 + 2 H+

Cu+  +CO + H2O = Cu + CO2 + 2 H+

Redukční schopnost CO závisí na změně Gibbsovy molární energie reakce:

CO + H2O = CO2 + 2 H+ + e

Redukce SO2

Þ    je možné při teplotě okolí vyloučit z prostředí H2SO4 siřřičitan mědi. Pokud však proces probíhá při 100 °C a tlaku 0,34 MPa, vylučuje se kovová měď:

SO2 + H2O = H+ + HSO3-

Cu2+ + HSO3- + H2O = Cu + HSO4- + 2 H+

6. Iontová výměna

Þ    využívá schopnosti některých látek (iontoměniče) v kontaktu s vodným roztokem vyměňovat ionty stejného znaménka

Ionexy: vysokomolekulární látky – gelové disperzní systémy

             - organické (polymery, báze celulózy)

             - anorganické (hlinitokřemičitany, zeolity)

 

Rozdělení ionexů:

anexy – vyměňují anionty

katexy – vyměňují kationty ( např. sulfokyselinové měniče)

Dělení podle aktivních skupin:

katexy –   kyselé funkční skupiny (-SO3H, -PO3H2 -COOH),       

                uvolňují H+

anexy   –  bazické funkční skupiny (-NR3OH,-NH2), uvolňují  

                OH-

Základní charakteristiky iontoměničů:

Þ    pohlcení určitého množství vody je jedna z důležitých vlastností iontové výměny a je dána v zásadě těmito faktory:

  1. typem a kvalitou skeletu
  2. výměnnou kapacitou měniče
  3. nábojem a velikostí iontů, v jaké formě se nachází
  4. způsobem vazby tohoto iontu funkční skupinou měniče
  5. koncentrací elektrolytu v roztoku
  6. polaritou rozpouštědla

 

7. Kapalinová extrakce

Þ    proces získávání látky z vodného roztoku do kapalné organické fáze, která se nemísí s vodou

Þ    získání kovu z organické fáze následnou reextrakcí do vodného roztoku

Extrahent – organická látka; vytváří s kovem komplex nebo 

                   sůl, které se rozpouštějí v organické fázi

Rozpouštědlo – organická kapalina, která se nemísí s vodou

                        a rozpouští extrahent.

Extrakční procesy je možné rozdělit:

  1. extrakce, založená na výměně kationtů
  2. extrakce, založena na výměně aniontů
  3. extrakce neutrálními extrakčními činidly po předchozí solvataci nebo hydrosolvataci

 

 

Způsoby aktivace tuhých látek

Þ    Defekty v krystalech zvyšují chemickou aktivitu tuhých látek

  1. Mechanická aktivace
  2. Ultrazvuková aktivace
  3. Tepelná aktivace

 

Loužení kovů, oxidů a sulfidů

Loužení kovů

  1. Loužení ryzích kovů (Au, Ag, Pt, Cu)
  2. Loužení kovů, které vznikly jako meziprodukt v metalurgickém procesu (Au, Ag, Pt, Se)
  3. Loužení kovů, které vznikly při redukci oxidických rud (Cu, Ni, Co)

 

Loužidla: NaCN, (NH2CS.NH2), (NH4)2.Sx, NH3 + CO2,   

               (NH4)2SO4  apod.

 

Sumární rovnice rozpouštění zlata:

 

2 Au + 4 NaCN + O2 + 2 H2O = 2 NaAu(CN)2 + 2 NaOH + H2O

 

Loužení oxidů

Þ    Oxidické rudy je možné rozdělit:

  1. Rudy obsahující jednoduché oxidy (Cu2O, SnO2)
  2. Rudy obsahující složité oxidy (WO3.CaO, Cr2O3.FeO)

 

Loužení oxidů je možné provádět:

a)      za nepřítomnosti oxidačních činidel (loužení Al(OH)3, CuO, SnO2)

b)      za přítomnosti oxidačních činidel (U3O8, UO2)

c)      za přítomnosti redukčních činidel (MnO2)

 

Činidla pro loužení složitých oxidů:

  1. loužení zásaditého oxidu kyselinou, přičemž kyselý oxid se nerozpustí
  2. loužení kyselého oxidu zásadou, přičemž se nerozpustí zásaditý oxid
  3. Rozpouštění celého minerálu

 

Loužení oxidů

Metody loužení lze rozdělit:

Þ    za nepřítomnosti oxidovadla

Þ    za přítomnosti oxidovadla

 

Biologické loužení

Þ    procesy loužení rud, při nichž se převodu kovu do roztoku zúčastňují kromě chemických činidel i mikroorganismy

Þ    v hydrometalurgii sulfidů mají hlavní význam thiobacillus ferrooxidans (TF) a thiobacillus thiooxidans (TT)

         

TF – biochemickou cestou oxiduje pyrit až na Fe2(SO4)3 a tím umožňuje rozpouštění ostatních složek chemickou  cestou:

2 FeS2 + 7 O2 + 2 H2O ® 2 FeSO4 + 2H2SO4

    4 FeSO4 + O2 + 2 H2SO4 ® 2 Fe2(SO4)3 + 2 H2O

Fe2(SO4)3 působí dále chemicky

Cu2S + Fe2(SO4)3 ® CuSO4 + 2 FeSO4 + CuS

Vzniklý FeSO4 se znovu biochemicky oxiduje:

FeSO4 + 12 O2 + H2SO4 ® Fe2(SO4)3 + H2O

Vzniklá element. S brání difúzi – oxidace TT na H2SO4:

2 S + 3 O2 + 2 H2O ® 2 H2SO4

 

Způsoby loužení

  1. Podzemní loužení
  2. Loužení na hromadách,
  3. Loužení prosakováním roztoků – perkolace
  4. Loužení promícháváním
  5. Tlakové loužení

 

Podzemní loužení

Þ    využívá se k loužení chudých ložisek Cu, U a Au

Þ    roztoky, obsahující vhodné činidlo se čerpají do vrtů, pronikají horninou a rozpouštějí minerály v rudě

Þ    podmínky loužení jsou vzhledem k velké hloubce analogické autoklávovým pochodům

Loužení na hromadách

Þ    ruda se kropí z vrchu vodou nebo zředěným roztokem H2SO4 nebo se roztok přivádí do vrstvy rudy

Þ    loužení chudých uranových rud

 

Loužení prosakováním roztoků – difuzní loužení

Þ    používá se u rud s větší zrnitostí, u pelet nebo spečenců

Þ    zpracování Cu, U a Au rud

Þ    prosakovací rychlost větší než 2 cm h-1

-         vyluhovací roztok se čerpá náplní zespodu nebo se nechá náplní volně protékat

Výhody čerpání roztoku zespoda:

  1. menší zředění roztoku
  2. rovnoměrné prosakování roztoku vsázkou
  3. dobré prosakování i při netříděném materiálu, obsahující jemné částice.

 

Loužení promícháváním

Þ    na loužení má vliv poměr kapalné a tuhé fáze (¯)

Þ    loužení promícháváním (tzv. agitací) se provádí nepřetržitě nebo přerušovaně

 

Faktory, ovlivňující loužení:

-         jemnost mletí, teplota, tlak intenzita styku rudných zrn s roztokem

Vyluhovací nádrže s míchadly (agitátory):

  1. mechanické 

a)      sběrné nádrže rmutovací (zásobníky rmutu k jeho udržení v suspendovaném stavu),

b)      nádrže s vrtulovým míchadlem

c)      nádrže se sacími míchadly

  1. pneumatické
  2. kombinované

 

Tlakové loužení

Þ    zvýšením teploty a tlaku dochází k urychlení reakcí, některé se teprve za těchto podmínek uskutečňují

Þ    tyto podmínky lze vytvořit v tlakových nádobách – tzv. autoklávech

Při autoklávových pochodech za spolupůsobení O2 dochází:

  1. k oxidaci kovů nebo nižších oxidů na rozpustnou formu.
  2. k oxidaci průvodních prvků, na než je vázán vyráběný kov:

4 CoAsS + 13 O2 + 6 H2O Þ 4 CoSO4 + 4 H3AsO4

  1. k oxidaci obou složek

2 MoS2 + 9 O2 + 6 H2O Þ 2 H2MoO4 + 4 H2SO4

 

Rozdělení autoklávů:

-         stojaté a ležaté

-         jednokomorové, vícekomorové a trubkové

-         s přetržitým a nepřetržitým provozem

 

Loužící činidla

 

Výběr loužícího činidla závisí na mnoha faktorech:

  1. Chemická a fyzikální podstata louženého materiálu
  2. Cena rozpouštědla
  3. Korozní účinky rozpouštědla na aparaturu
  4. Selektivita rozpouštědla vzhledem k loužené látce
  5. Možnost regenerace loužícího činidla

Požadavky do loužidlo (vyluhovací roztok):

  1. musí rozpouštět vyluhované minerály dostatečně rychle
  2. musí být levný a k dispozici v potřebném množství
  3. má být po oddělení kovu znovu použitelný (regenerovatelné)

Podle chemické povahy se loužidla dělí

  1. voda – na loužení praženců po sulfatačním nebo chloračním pražení a taky na loužení např. Re2O7
  2. Vodné roztoky solí

-Fe2(SO4)3 na loužení CuS

-         NaCN na loužení Au

-         Na2S na loužení Sb2S3

-         Na2S2O3 na loužení Ag

  1. Chlorová voda – na loužení ZnS
  2. Kyseliny – nejčastěji H2SO4
  3.  Zásady

-         hlavně na loužení bauxitů a Al

-         NH4OH na loužení Cu a Ni

 

 

Závěry k loužení

 

  1. Rychlost loužení se zvyšuje s klesajícím rozměrem zrn, protože malé částice mají vysoký měrný povrch
  2. Při loužícím procesu kontrolovaném difuzí, rychlost loužení závisí na intenzitě míchání. Míchání má být dostatečné jen na udržení tuhého podílu ve vznosu
  3. Rychlost loužení stoupá s teplotou
  4. Rychlost loužení stoupá se vzrůstající koncentrací loužícího činidla
  5. Rychlost loužení stoupá s klesajícím obsahem tuhého podílu ve rmutu
  6. Pokud vznikají při loužení nerozpustné produkty, pak rychlost loužení závisí na jejich charakteru. Nepropustné produkty snižují rychlost loužení.

 

ODDĚLOVÁNÍ KAPALNÉ A TUHÉ FÁZE

 

Þ    znamená zvýšení nákladů

Þ    snaha získat kovy přímo ze rmutů

  1. Usazování

-         jemné částice rozptýlené (koloidy) – zahušťování

-         spojování částic (koagulace, flokulace)

 Flokulační činidla, vyvolávající koagulaci částic:

  1. roztoky elektrolytů - CaCO3, Fe(SO4)3, soli Al
  2. organická činidla – vysokomolekulární alkoholy syntetické makromolekulární látky (polyamid, škrob) koloidy (želatina, saponáty)

Zahušťovací zařízení lze rozdělit:

  1. usazovací nádrže a rybníky
  2. kruhové zahušťovače
  3. kuželové zahušťovače
  4. hydrocyklóny – odstředivá síla

 

  1. Filtrace

Þ    rozdělení rmutu na tuhou fázi (tzv. filtrační koláč) a čirý roztok průchodem přes pórovitou překážku (tzv. filtrát)

  1. Tlaková filtrace – kontrolní filtrace a filtrace s malým obsahem tuhých částic

-         kalolisy

-         listové filtry

  1. Vakuová filtrace – filtrace zahuštěných rmutů s velkým obsahem tuhé fáze

-         bubnové filtry

-         kotoučové filtry

-         stolové filtry

  1. Čeření roztoků

Þ    provádí se před srážením kovů chemickými činidly nebo před redukční elektrolýzou

-         pískové filtry

-         nádrže s vakuovými rámy

-         kalolisy

-         svíčkové filtry

  1. Odstřeďování

Þ    výhodné při velkém množství  tuhé fáze v porovnání s kapalinou

Þ    separace pomocí odstředivé síly

 

Odstředivka firmy Humboldt