Автоклавная гидрометаллургия цветных металлов

С.С. Набойченко, Л.П. Ни, Я.М. Шнеерсон, Л.В. Чугаев.

Екатеринбург, 2002 г.

Общие принципы автоклавной гидрометаллургии

Автоклавная гидрометаллургия базируется:

- на принципах классической гидрометаллургии (теория, структура технологических схем, аппаратурное оформление);

- закономерностях тепло- и массообмена в системах жидкое-твердое, жидкое-газ-твердое, жидкое-газ;

- положениях теории гидротермальных процессов минералообразования. Повышенное внимание и быстрые темпы освоения автоклавных процессов

в промышленном масштабе обусловлены рядом их достоинств:

- значительной интенсивностью процессов за счет использования повышенных температур и давлений реакционных газов;

- эффективным использованием газообразных реагентов и экологически выдержанным производством;

- возможностью механизации и автоматизации операций;

- более полным извлечением ценных компонентов;

- синтезом новых материалов с уникальными свойствами. Материальной базой для динамичного освоения автоклавных процессов явились:

- успехи химического машиностроения, обеспечившие создание эффективной аппаратуры из коррозионно-устойчивых материалов;

- освоение совершенных датчиков, схем дистанционного контроля и управления, систем безопасности;

- синтез новых реагентов и создание производительных технологий по производству реакционных газов (кислород, водород, сероводород и др.);

- высокая энерговооруженность отрасли, обеспечившая потребности предприятий в электроэнергии, паре высоких параметров, схемах утилизации сбросных растворов.

Поскольку типичная гидрометаллургическая схема переработки полиметаллического сырья включает три основных передела:

- выщелачивание извлекаемого металла;

- очистку получаемого раствора от примеси;

- осаждение извлекаемого металла в элементной форме или соединения как конечного товарного продукта, подобная последовательность сохранена при изложении материала дифференцированно по наиболее представительной номенклатуре металлов (алюминий, тяжелые цветные, благородные, редкие металлы).

Автоклавные процессы в металлургии цветных металлов используются для выщелачивания сырья, очистки растворов, осаждения металлов в элементной форме. Наиболее представительной по масштабу реализации в промышленности и по объему проведенных исследовательских работ является операция автоклавного выщелачивания.

Автоклавные процессы выщелачивания классифицируются:

1. По типу растворителя:

1.1. Кислотное выщелачивание (рН<1,0; H₂SО₄; HCL, HNО₃).

1.2. Нейтральное (рН> 1,0).

1.3. Щелочное (NH₃, NaOH, Na₂CО₃).

2. По типу газовой фазы:

2.1. Окислительное (воздух, технологический кислород, кислородно-воздушная смесь (КВС), хлор).

2.2. Восстановительное (H₂S, SО₂).

3. По способу организации процесса:

3.1. Периодическое и непрерывное.

3.2. Одно- и двухстадийное.

3.3. Прямоточное и противоточное.

4. По конструкции используемого аппарата:

4.1. С механическим перемешиванием (вертикальные, горизонтальные многосекционные).

4.2. С аэролифтным или паровым перемешиванием (вертикальные, колонные).

4.3. Трубчатые, вращающиеся барабаны.

Автоклавные процессы очистки растворов и осаждения металлов классифицируются:

1. По типу исходного раствора:

1.1. Аммиачные (щелочные).

1.2. Кислотные (чаще всего сернокислотные).

1.3. Органические.

2. По типу используемого реагента осадителя:

2.1. Газообразные (Н₂, H₂S₂, СО, S0₂).

2.2. Органические (гидразин, фурфурол).

1.1. Типичные растворители, используемые в автоклавной гидрометаллургии

При выборе растворителя в автоклавной гидрометаллургии, учитывая использование повышенных температур и компримированных газов, наряду с общеизвестными требованиями (селективность при выщелачивании, доступность, невысокая стоимость) необходимо учитывать повышенную агрессивность его по отношению к материалу аппаратуры, возможность образования взрывоопасных газовых смесей, термическую устойчивость. Тип растворителя во многом определяет не только показатели головной операции выщелачивания, но и показатели последующих операций очистки растворов и извлечения металлов.