Back to site
Since 2004, our University project has become the Internet's most widespread web hosting directory. Here we like to talk a lot about web development, networking and server security. It is, after all, our expertise. To make things better we've launched this science section with the free access to educational resources and important scientific material translated to different languages.

Electrochemistry Encyclopedia

"Electrochemistry Encyclopedia" (http://electrochem.cwru.edu/encycl/) on "09/15/2011."

(Http://electrochem.cwru.edu/encycl/)


METALE EXTRAGEREA din minereuri sulfurat

Ronald Woods
Şcoala de Ştiinţe, Universitatea Griffith
Nathan, Queensland 4111, Australia

E-mail: R. Woods @ griffith.edu.au
(aprilie, 2004; revizuit: octombrie, 2010)

Multe metale importante sunt prezente in natura, combinate cu sulf ca sulfurile metalice; acestea includ cadmiu, cobalt, cupru, plumb, molibden, nichel, argint şi zinc. În plus, aur şi platină metale din grupa sunt asociate cu minereuri de metale de bază sulfidic. Extracţie a metalelor din minereuri lor a fost un factor esenţial în crearea şi dezvoltarea de nivelul nostru avansat de civilizaţie.

Cele mai multe sulfuri sunt electric efectuează, în general, semiconductoare, iar acest lucru permite reacţii electrochimice să apară la interfaţa solid/soluţie în fapt, mecanismele electrochimice joacă un rol-cheie în fiecare din procesele care sunt implicate în obţinerea metalelor din minereuri sulfuroase componenta lor, şi anume, prospecţiuni pentru minereuri (intemperii de sulfura de minereu-organisme), separarea si concentrarea de componente valoroase de minereuri (flotaţie), dizolva conţinutul de metal valoros, de minereuri (metalurgia extractiva), recuperarea metalelor din soluţie (electrorafinare), şi purificarea de metal (electrorafinare).

Intemperii sulfura de minereu-organisme

Ore de sablare.
Fig. 1. Sablare minereu sulfurat în mina de cupru Codelco Chuquicamata deschis-cut, Chile.
Primul pas în recuperarea metalelor din minerale lor este aceea de a găsi minereu-organisme în care sulfuri de metal sunt prezente într-o cantitate suficientă, şi la o concentratie suficienta, pentru minerit să fie economice. Una dintre cele şase grupuri de bază explorare geofizica de metode frecvent utilizate în căutare de minerale este bazat pe senzori de conductivitate minerale şi de curenţi care curge, ca urmare a oxidare a mineralele sulfuroase în subteran naturale intemperiilor. Induse de polarizare tehnica de explorare implică aplicarea unei serii de impulsuri curent la doi electrozi introduce în sol şi analizarea induse de tensiune de la doi electrozi diferite, de asemenea, introduse în sol. electromagnetică măsurătorile folosi alternativ câmpuri magnetice pentru a induce curenti măsurabile electrice în pământ şi Acestea depind de conductivitate. Această abordare poate fi efectuată din aeronavă şi atunci este posibil să ecranul suprafete mari pentru mai târziu la sol pe bază de anchetă. În auto-potenţialul de metoda, potenţial dintre doi electrozi introduce în sol este măsurată şi analizate pentru a detecta interacţiune electrochimice între corpurile de minereu şi a apelor subterane.

Interacţiunea dintre minereu electrochimice-organisme şi a apelor subterane se realizează prin acelaşi tip de mecanism aşa cum se întâmplă în . Acesta este, procesul implică anodica de oxidare a sulfurat, o reacţie care oferă electronii să minerale; aceste electronii sunt eliberate din nou de către simultană catodică reducere de oxigen. Având în vedere că minereul sulfurat-corp este efectuarea, procesele anodic şi catodic poate apărea la diferite locuri. Astfel, minereu-organisme, atunci când este expusă la procesele de intemperii, să dezvolte un aranjament zonal de asociaţii de minerale diferite, care reflectă diferite grade de oxidare. Oxigenul se dizolvă în apă la sol din aer şi difuzează la suprafetele de metal sulfurat în cazul în care aceasta poate fi redusă. Această reacţie catodică preia electronii eliberati de anodica oxidare a mineralele sulfuroase în care stau la baza minereu-organism şi permite procesul pentru a continua. Astfel, electronii vor curge prin corp de minereu la suprafaţă şi a rezultat în minereul de la niveluri mai înalte având un potenţial mai pozitiv decât cel în mai mare profunzime. Modificare a compoziţiei de minereu de corp vor fi mai aproape de cea mai mare suprafata, deoarece calea de curent va fi mai scurt. În acest fel, de exemplu, modificarea de minereu-organisme care conţin minerale majore de cupru economice, un fier de călcat sulfat de cupru (chalcopyrite), apar de multe ori pentru a forma un sulfurat de cupru de deasupra (chalcocite) zonă şi un capac care conţin minerale oxidat cupru şi cupru nativ. Este cupru nativ, care a fost sursa originală a acestui metal şi a fost exploatate încă din 6000 î.Hr.. Mai târziu leşiere miniere de cupru implicate de oxizi de cupru, urmată de cimentare cu fier. Cementacion este spaniolă pentru precipitatii, care descrie mai bine procesul, şi utilizarea de cimentare termen derivă din procesul de a fi primul efectuat pe o scară industrială în minele de cupru din regiunea Rio Tinto din Spania, la mijlocul 18 -lea secol.

De flotaţie de separare

Minerale valoroase într-un minereu pot fi separate unul de altul, şi din minerale valoare steril, prin procesul de flotaţie spuma. Acest proces a fost dezvoltat în Australia la începutul celor 20 -lea secol pentru a trata primar sulfidic argintiu/plumb/zinc minereu de la Broken Hill, NSW. Unele dintre observaţiile de laborator pe care procesul depinde s-au făcut în cursul secolului al XIX-lea în Anglia, Germania, şi Statele Unite ale Americii, dar a fost la Broken Hill că primele eforturi susţinute au fost făcute pentru a le exploata, şi că operaţiunile comerciale la scară a devenit ferm stabilit. Necesitatea pentru un nou proces pentru a trata Fragmentat minereu Hill a apărut de la epuizarea de minereu de oxid secundare care se suprapun peste mineralizare sulfurat majore. Oxidarea naturală pentru a forma zona secundar au condus la o concentraţie de argint şi plumb, şi minereu de la această secţiune de minereu de corp ar putea fi topit în mod direct. Zona sulfurat care stau la baza, care a cuprins cea mai mare parte a resurselor, a fost mai puţin cedat la tratamentul în topitoriile de care era, şi o metodă a fost obligată să recupereze valorile de metal în cazul în care potenţialul de minereu de primar a fost să fie realizat.

Spumă în celula de flotaţie.
Fig. 2. Spuma, încărcat cu particule minerale sulfuroase, care curge peste baraj de o celulă de flotaţie.
Multe abordări au fost urmărite pentru a rezolva "problema sulfurat" la Broken Hill, înainte de flotaţie selectivă a fost dezvoltat. Tehnologia de succes presupune mai întâi de minereu de strivire, de obicei, la o dimensiune a particulelor de aproximativ 5 - 50 microni, pentru a elibera boabe separate a diverse minerale valoroase şi componente fără valoare gangă. Apoi, particulele sunt pastă cu apă, şi suprafaţa de minerale de dobânzi efectuate selectiv hidrofobe, prin adăugarea unei specii organice, care este numit un colector. The hidrofob Termenul denotă "având în afinitate puţin sau deloc pentru apă" şi înseamnă că suprafaţa respinge apa, nu ca unul gras sau ceară. În urma acestei proceduri, un curent de bule de aer este trecut prin pulpa; bulele de ataşaţi la, şi levita, particulele hidrofobe, care colectează într-un strat de spuma care decupleaza de la celula de flotaţie curge peste baraj a celulei. Un frother, cum ar fi un alcool alchil lung lanţ, se adaugă pentru a crea un strat de spumă stabilă în celulă. Colectorul folosite la Broken Hill, în primele zile a fost derivat din ulei de eucalipt frunzele de la Australian omniprezente "guma" copac. Acest lucru a dus preşedintele Institutului Mine din Broken Hill, la timp pentru a proclama, "Natura Astfel, în imediata apropiere a organelor de vast de minereu de complexe, a oferit mijloacele pentru concentrarea minereurilor de astfel de".

Ca urmare a succesului de la Broken Hill, companiile miniere din întreaga lume a adoptat rapid procesul de flotaţie. O situaţie similară cu cea de la Broken Hill a existat la cupru masiv minereu-organism din Bingham Canyon în Utah, Statele Unite ale Americii, în cazul în care miniere au epuizat de suprapunerea de grad inalt de minereu de oxid de la sfârşitul de la sfârşitul lui 19 -lea secol. Introducerea de plutire la inceputul anilor 20 -lea secol a permis imens care stau la baza de calitate inferioară sulfurat mineralizare de cupru pentru a fi prelucrate punct de vedere economic.

Un avantaj major în practică de flotaţie a fost făcută în 1925 prin introducerea de xantaţi alchil (dithiocarbonates), calitate de colectori pentru a înlocui compuşi, cum ar fi ulei de eucalipt iniţial utilizat la Broken Hill. The xantaţi sa dovedit a fi mult mai selectiv decât compuşii folosite anterior şi sulfuri diferite ar putea fi succesiv vehiculat de ajustări la chimie pulpa. Xantaţi sunt cele mai eficiente pentru flotatie de sulfuri, dar destul de inert pentru minerale gangă comune. Procesul de flotaţie a fost dezvoltat continuu pe parcursul celor 20 -lea secol şi în cele 21 de st secol pentru a creşte eficienţa de separare şi pentru a trata minereurilor ce în ce mai complexe. Compuşi mai eficace şi selectiv colector decât xantaţi au fost dezvoltate şi sunt utilizate în practică, deşi xantaţi sunt încă aplicate pe scară largă. Cele mai multe dintre aceste colectoare sunt compuşi tiol şi care provin eficacitatea lor de la lipirea chimice între atomul de metal în sulfurat şi un atom de sulf în colector.

Celula de flotaţie conţine un rotor pentru a amesteca pulpa şi se injectează bule de aer. Dimensiunea de celula a progresat-a lungul anilor de la un cuplu de cubi de metri până la 300 m 3 de azi. Plantele constau din mai multe bănci de celule şi a procesului pentru fiecare etapă, de obicei, implică trei etape. În primul grup de celule, numit dur circuit, de cele mai multe minerale care urmează să fie plutea este recuperat şi acest concentrat este apoi refloated într-o mai curat de circuit pentru a face un produs mai pur. The fracţiune chiuveta de la faza de degroşare este trimis la un maturator de strada circuit şi fracţiunea de float ulterior este returnat, împreună cu fracţiunea de chiuveta de la curăţenie, la roughers pentru a evita pierderea minerale valoroase.

Flotaţie a plantelor.
Fig. 3. Wemco 160 cm 3 celule în instalaţia de flotatie la Escondida, Chile, cea mai mare mina de cupru din lume. Motorul Rotorul este vazut in partea de sus, stratul de spuma este in interiorul celulei. (Prin amabilitatea Minera Escondida.)
Flotaţia este un proces de unitate cheie in recuperarea de cele mai multe din lume cupru, plumb, molibden, nichel, elemente de grupa platinei, de argint, şi zinc, precum şi în tratamentul anumitor de aur şi minereuri de staniu. Şi ceea ce este aspectul electrochimic de plutire? Interacţiunea dintre colector organice cu suprafaţa minerale sulfuroase de o mecanism în care o anodica de oxidare reacţie acordă colector organice la suprafata minerale şi electronii transferat la minerale de această reacţie sunt returnate la faza de soluţie de reducere de oxigen. Rezultă, astfel, acelaşi tip de mecanism ca nu oxidare minereu discutate mai sus.

Nu numai că procesul de flotatie a permite valoroase minerale sulfuroase care urmează să fie concentrate din minerale gangă lipsit de valoare care fac parte din matricea de minereu, dar ea permite, de asemenea diferite minerale sulfuroase care urmează să fie separate unele de altele. De exemplu, intrerupt de minereu Hill contine sulfura de plumb (galena), şi sulfură de zinc (sphalerite). În etapa de flotaţie în primul rând, galena este pronunţată hydrophobic ("apa de respingere"), cu un colector organice, cum ar fi xanthate, în timp ce sphalerite este păstrat de la plutitoare prin adăugarea de sulfat de zinc, care depune o hidrofile ("iubitoare de apa"), de umectare strat de pe suprafaţa sa. Substanţe chimice utilizate pentru a împiedica de flotatie a unui mineral, cum ar fi sulfat de zinc, în acest caz, sunt cunoscute in industrie ca deprimante. În etapa de flotatie a doua, sulfat de cupru se adaugă şi acest compus este un activator. Acesta reacţionează cu suprafaţa sphalerite să includă atomi de cupru şi înlătura atomi de zinc. Acum suprafaţă minerale poate interacţiona cu colector de molecule de procesul electrochimic discutate mai sus pentru a face hidrofob şi să fie încorporate într-un strat de spuma, lăsând în urmă în oxizi fracţiunea chiuveta, carbonaţi, silicaţi, etc mineralele sulfuroase argint în minereu urmaţi flux de sulfura de plumb şi cadmiu urmează sulfură de zinc. Argint şi cadmiu sunt separate de plumb şi zinc, respectiv, în procesele ulterioare de extracţie metal. Minele de Broken Hill conţine 6% plumb şi zinc 10% şi flotaţia de minereu concentrate în două fluxuri, un concentrat de plumb care conţin plumb de 70% şi un concentrat de zinc conţin minimum 50% zinc. Aceste concentrate sunt apoi trimise la topitorii de plumb şi zinc, respectiv.

Un alt exemplu este tratamentul a minereurilor care conţin sulfat de cupru (chalcocite) şi cupru sulfat de fier (chalcopyrite), împreună cu bisulfura de molibden (molibdenit). Practica uzuală este să plutească atât de cupru şi minerale molibden în prima etapă, lăsând sulfurilor de fier si alte minerale gangă în spatele. Apoi concentrat este trimis la un circuit de flotaţie al doilea şi al hydrosulfide de sodiu adăugat pentru a deprecia the chalcopyrite prin eliminarea colector de pe suprafaţa acestuia şi molibdenit plutit singur, exploatand faptul ca acest mineral este în mod natural hidrofob. Minereuri de cupru conţine, în general, între 0,5% şi 2% cupru şi procesul de flotaţie creşte această a peste 30%. Concentratul de flotatie conţine cupru suficient pentru ca aceasta să fie adecvate pentru a recupera topirea metalului. Argint, aur şi metale din grupa platinei prezente în minereuri de cupru urmaţi de cupru, atât în circuitul de flotaţie şi topitoria, şi sunt recuperate în final, electrorafinare etapă. Electrorafinare este discutat în secţiunea finală.

Flotaţia este, de asemenea, utilizat pentru a împărţi sulfuri de cupru şi nichel şi să le separaţi de sulfuri de fier şi minerale gangă. Sulfuri cobalt apar în concentrat de nichel şi de cobalt este recuperat ulterior.

Flotaţie a evoluat de la tratarea minereurilor simplu pentru cei ce în ce mai complexe, care se află în curs de azi. Colectori mai selective sunt utilizate şi de chimia celulozei ajustată pentru a obţine separaţii optimă şi recuperări. Astfel, de exemplu, cele trei metale din cupru/plumb/zinc minereurilor pot fi plutit în trei concentrate, fiecare conţinând metale.

Procesul de flotaţie este, uneori, de asemenea, utilizat în .

Extractive metalurgie

Sulfurat flotaţie metal concentrate pot fi tratate într-un număr de moduri. Acestea includ utilizarea pyrometallurgy, sau topirea la temperaturi ridicate, în care procesul de sulf al sulfurat metal este oxidat cu aer sau oxigen pentru dioxidul de sulf, metal topit şi este produsă. Dioxid de sulf trebuie să fie capturate pentru motive de calitate a aerului si este transformata in sulfuric de acid. Tratamentul de flotaţie minerale sulfuroase concentrate, de asemenea, pot fi efectuate folosind hidrometalurgia, în care procesul de sulfura metalica este dizolvat (îndepărtării substanţelor alcaline) într-o soluţie apoasă. Unele procese implica atât de topire şi paşii de scurgere. Acesta este cazul, de exemplu, în procesarea sulfura de zinc. Concentratul de zinc este mai întâi prăjită pentru a elibera dioxid de sulf şi forma oxid de zinc şi apoi combinate din urmă se dizolvă în acid sulfuric şi de metal extras de electroliză. Recuperare a zincului prin electroliză este prezentată în secţiunea electrorafinare.

Solvent de extracţie.
Fig. 4. Ilustrarea procesului SX/EW pentru recuperarea de cupru de leşiere în vrac. (Prin amabilitatea Industries Cytec, furnizori de produse chimice pentru industria mineralelor.)
Restricţiile de mediu privind emisiile de gaze de sulf din operaţiile de topire, şi piaţa limitată de acid sulfuric, a dus la o căutare în principal pentru rutele hidrometalurgice din minerale sulfuroase la metale. În anii 1950, Sherritt-Gordon amoniac sub presiune-leşiere proces pentru nichel a fost introdus. În acest proces, de flotaţie sulfurat nichel sunt concentrate a reacţionat sub presiune cu oxigenul, împreună cu amoniac, care ajută pentru a facilita dizolvarea, prin formarea solubil nichel-amoniac complex ioni. Ca şi în cazul de flotatie, dizolvarea este un proces în care anodica de oxidare a sulfurat transferurilor electronii de minerale rămase şi aceste electronii sunt returnate la soluţia de catodică reducere de oxigen. Nichelul este recuperat de la soluţia din procesul de Sherritt-Gordon fie prin electroliză sau prin reducere cu hidrogen gazos. Procesul din urmă, de asemenea, este una electrochimică, şi are nevoie de adăugarea unor particule fine de nichel sub formă de seminţe. Hidrogenul este anodically oxidat la ionii de hidrogen a seminţelor de nichel şi dă electroni la metal. Aceste electronii sunt utilizate în reducerea catodica a ionilor de nichel de metal pentru a forma nichel, care depozite pe particulele de seminţe. Particulele de nichel sunt eliminate atunci când ajung la o dimensiune adecvată.

Succesul procesului de nichel hidrometalurgică a condus la cercetare pentru metode similare pentru a recupera alte metale. The Sherritt-Gordon procedura de presiune infiltra pentru tratamentul de sulfura de zinc concentrate a fost introdus în 1981; sulfura de zinc este oxidat de oxigen în soluţii de sulfat pentru a forma sulfat de zinc şi sulf. De zinc este recuperat prin electroliză, deoarece este în procesul de friptura Leach deja descrise.

Lixiviere de cupru din minereu s-au concentrat în principal pe tipuri de minereu de oxid. Cele mai multe minereuri de oxid de cupru nu pot fi supuse tehnicilor de flotatie de astăzi şi nu sunt suficient de bogaţi pentru topirea directă. Astfel, câştigătoare a cuprului din minereuri trebuie să implice aceste tehnici hidrometalurgice. Cele mai multe minerale oxidat cupru se dizolvă uşor în sulfuric de acid, astfel încât leşiere este rezonabil de simplu. Un concentrat, pur sulfat de cupru soluţie potrivită pentru electrorafinare este produs din soluţia iniţială infiltra prin transferul selectiv de cupru ionii de la o fază organică printr-un proces cunoscut sub numele de extracţie cu solvent şi returnarea acestora din nou, la o fază apoasă. Agenţi de complexare sunt dizolvate într-un solvent organic, cum ar fi kerosen presiune scăzută de vapori şi această fază este strâns dispersată în soluţie apoasă infiltra într-un mixer/colonist (a se vedea figura 4). De cupru selectiv complexe cu reactiv şi este transferat în faza organică. De cupru înlocuieşte pe bază de hidrogen pe bază de hidrogen şi ionii de complex, prin urmare, sunt transferate în faza apoasă. Cele două faze sunt permise pentru a separa în partea de colonist şi apoi soluţie de acid apoasă, numit rafinat, este reciclat la infiltrare minereu. Faza de încărcată organice este trimis la un colonist două mixer/în cazul în care acesta este reacţionat cu un puternic apoasă soluţie de acid sulfuric. Aici, de cupru sunt schimbate pentru ionii de hidrogen şi transferate în faza apoasă a doua din care metalul este eficient recuperat prin electroliza. Procesul global de dizolvare, extracţie cu solvenţi şi electrorafinare este cunoscut sub numele de SX/EW. Electrorafinare cupru este discutat în secţiunea electrorafinare.

Mixt oxid sulfurat şi minereuri de cupru sunt îndepărtării substanţelor alcaline în urma etapele procesului de aceeaşi ca în Figura 4. De asemenea, unele minereuri sulfidic care sunt prea slabe pentru a trata de flotaţie sunt, de asemenea, îndepărtării substanţelor alcaline în grămezi sau halde. De recuperare a metalelor din sulfuri în acest mod utilizeaza bacterii fie natural prezente sau inoculate în material. Microorganisme de ajutor de oxidare de sulfuri metalice insolubile la sulfati de metal solubilă. Cererea comercială de bacterii pentru a accelera percolare sulfurat într-o manieră controlată este un concept relativ nou. Bacteriile nu au, desigur, aşteptaţi pentru om de a exploata activitatea lor. Prezenţa cuprului în scurgere din mine raportate în perioadele romană timpurie a fost, fără îndoială, un rezultat de leşiere bacteriene. Tratamentul apelor de mină pentru a recupera cuprul dizolvat a fost aplicat cât mai curând 1670 la Rio Tinto în Spania şi în cele 19 -lea secol în Statele Unite ale Americii.

În viitor

Rata de percolare a sulfuri în mass-media cu acid sulfuric este semnificativ mai mică decât cea de oxizi, dar intervenţia de bacterii accelerează procesul. Leşiere bacteriană este în curs de dezvoltate pentru a opera mult mai eficient decât cel natural. Bacteriile eficace în leşiere sulfurat includ ferrooxidans Thiobacillus, thiooxidans Thiobacillus, şi ferrooxidans Leptospirillum. Culturi mixte din aceste bacterii solubilize sulfuri metal mult mai eficient decat culturi pure (care este, culturile care conţin numai o singură specie de bacterii).

Bacteriile nu alterează electrochimie a procesului de leşiere, ci mai degrabă cataliza reacţii individuale. De exemplu, oxigenul trece prin celula de microorganisme şi este redusă în matricea de celule. The electronii eliberate în acest catodică proces sunt transferate prin intermediul citocromii celulă şi prin intermediul peretelui celular pentru a oxida dublu- taxat de fier Cationii în soluţie pentru a cationilor de fier triplu-taxat. De fier triplu-taxat apoi atacurile chimic sulfurilor metalice şi le converteşte în ioni de metale dizolvate. Ionii de hidrogen consumat de reducere de oxigen menţine un nivel ridicat pH-ului in spatiul intercelular pentru a permite bacteriilor să funcţioneze în timp ce reşedinţa într-un puternic de acid mediu (pH 1-3). The reacţii de transfer de electroni care implică de fier şi oxigen furnizează bacterie cu energia necesară pentru viaţă. Acţiunea de bacterii menţine triplu-percepute de fier concentraţia în soluţie, la un nivel mai mare decât cea existentă în condiţii sterile şi, prin urmare, rata de percolare a sulfuri este îmbunătăţită. Bacteriile mai sus-menţionat, de asemenea, sulf, pentru a oxida sulfat şi acest lucru poate accelera de leşiere, de asemenea, prin eliminarea din straturile superficiale inhibarea. Astfel, sulfuri insolubile metalice sunt oxidate la sulfati de metal solubilă.

Leşiere biochimic este acum un proces bine stabilit comerciale pentru tratarea minereurilor de aur, în care aurul este cuprins în mineralele sulfuroase. Oxidare biochimică a mineralele sulfuroase elibereaza aur şi permite să fie supus îndepărtării substanţelor alcaline de substanţele chimice utilizate în leşiere aur convenţionale.

Procesele biochimice sunt în curs de dezvoltate pentru tratamentul de cupru, nichel şi cobalt minereuri sulfurat şi se aşteaptă să devină metoda majore pentru recuperarea acestor metale în viitor. Scopul este de a înlocui în cele din urmă procesele de topire care generează dioxid de sulf.

Avansul final in recuperarea metalelor din minereuri sulfuroase ar fi de a elimina etapa de exploatare şi a infiltra de minereu-corp în cazul în care acesta este în pământ. Aceasta ar implica o înălţimea de subteran soluţie Leach şi de pompare până soluţia a reacţionat conţin dizolvate specii valoroase de metal. Astfel de-loc de leşiere a fost deja practicat comercial în uraniu şi minele de cupru. Cele mai bune rezultate au fost obţinute în materie de recuperare a metalelor din minereu reziduale în mine, în care minereu de grad înalt a fost exploatat, începând din anul exploatari minere oferi acces de soluţie pentru a minereului. Problema majoră cu noi minereu-organisme este în spargerea de minereu de metrou să fie accesibil la soluţia de Leach fără a avea acces fizic la ea.

Electrorafinare

Metalele pot fi recuperate de la soluţia de electroliză, un proces care este cunoscut în industria metalurgiei extractive ca electrorafinare. Când două electrozi sunt plasate într-o soluţie care conţin metal ioni si un curent electric este trecut între ele, metalul poate fi depus pe electrodul negativ. În materie de recuperare a metalelor mai, oxigenul este a evoluat de la apă la electrodul pozitiv. Un electrolit, şi o densitatea de curent, este, în general ales că oferă o electrodeposit dens, compact, şi aditivii incluşi în electrolit pentru a îmbunătăţi în continuare calitatea produsului (de asemenea, o practică utilizată în ).

Scară largă electrorafinare din cupru a fost dezvoltat între 1912 şi 1915 la una dintre cele mai mari mine de cupru lume, că, la Chuquicamata în Chile. Electrorafinare a devenit alegerea exclusivă pentru recuperarea percolare cupru text de minereuri sau de oxid sulfurat şi extracţie cu solvent. SX/EW a produs peste 3,3 milioane de tone de cupru în anul 2009, care este de 21% din producţia totală mondială de cupru.

Într-un tipic electrorafinare sau electrorafinare operare, celulele electrolitice sunt rezervoare de formă dreptunghiulară şi fiecare conţine 20-50 negativ electrozi şi un număr similar de pozitive. Electrodului pozitiv suplimentar este necesar în fiecare celulă, pentru a asigura acoperire are loc pe ambele laturi ale fiecărei negativ. Electrozii sunt destinate să se bazeze pe bare care furnizare a energiei electrice, acestea sunt situate în afara partea de sus a fiecare rezervor, unul pentru negative şi un altul pentru cele pozitive. Astfel, perechi de electrozi în fiecare rezervor de opera în paralel. În tankhouse, există un sistem multiplu de sectiuni practice cu băncile de celule conectate în serie şi paralel pentru a obţine utilizarea optimă a energiei electrice provenite din redresoare, păstrând în acelaşi timp tensiunea la pământ în orice punct situat la un nivel care să nu reprezintă un risc pentru personal.

In electrorafinare cupru, pozitiv, de oxigen în evoluţie, electrozii sunt de obicei facute din aliaje de calciu duce similare cu cele utilizate pentru reţelele in baterii plumb-acid. Electrozii tradiţional negativ pentru electrorafinare cupru au fost subţiri de cupru foi de pornire făcute de cupru pe titan sau electrozi din otel inoxidabil. Cuprul a fost apoi separat de substrat şi introdus în celula de electroliză şi cupru depus dintr-o soluţie care conţine de obicei o concentraţie de 25 - 60 de grame/litru (g/l), cupru sub formă de sulfat de cupru şi 50 până la 180 g/l sulfuric de acid, a avut loc la 50 - 60 ° C (122-140 ° F). Cantităţi mici de un hidrocoloid cum ar fi guma de guar sunt incluse în electrolit, deoarece acest lucru ajută pentru a forma un electrodeposit dens. De obicei, un echivalent curent la o densitate de curent de 300 A/m 2 este trecut între fiecare pereche de electrozi pozitive şi negative, acest lucru dă o tensiune de celule de ~ 2,0 V şi de energie consum este ~ 2.0 kWh/kg.

Într-o celula de electroliza cum ar fi în electrorafinare sau rafinarea, electrodul negativ este catod, iar electrodul pozitiv este anod. Prin urmare electrowon, sau electrorefined, cupru este cunoscut sub numele de cupru catod.

Evoluţiilor moderne ale electrorafinare cupru include utilizarea reutilizabile electrozi din otel inoxidabil pentru a înlocui fişele de cupru starter. Aceasta tehnologie a fost înfiintat în procesul de Isaia şi mai târziu în procesul de Kydd Creek. În plus faţă de cerinţele de forţă de muncă scădere, aceasta permite densitatea de curent care urmează să fie majorat cu ~ 10%. În urma electrolizei, de cupru este deposedat de oţel inoxidabil în maşini speciale automate.

Într-o instalaţie tipică comercial electrorafinare de cupru, vor exista mii de perechi de electrozi în funcţiune împreună. În sistemele moderne, introducerea de spaţii libere electrodului negativ, de ştergere de electrozi încărcate, şi transferul de la maşinile de stripare sunt complet automatizate.

Zinc electrorafinare.
Fig. 5. Electrorafinare zinc de la rafinăria de zinc Teck Cominco în Trail, BC, Canada. Partea de sus a celulelor sunt prezentate dezvăluie multiplicitate de electrozi. Deasupra celule, electrozi încărcate sunt recoltate. (© Teck Cominco Fier Ltd. Reprodus cu permisiune.)
Aşa cum sa arătat mai sus, electrorafinare zinc din soluţia de sulfat de zinc este etapa finale obişnuite în recuperarea de sulfura de zinc din concentrate de plutire. Electrorafinare a fost introdus în a doua decadă a secolului XX pentru a înlocui distilare. Ca şi în cazul cupru, zinc este depus pe negativ la electrod şi oxigen este evoluat, derivat din apă, la electrodul pozitiv. The electrolit conţine de obicei 55 - 70 de grame/litru de zinc sub formă de sulfat de zinc şi 150 - 200 g/l de sulfuric de acid şi este ţinută la 35 la 38 ° C (95-100 ° F). Cantităţi mici, controlat de lipici şi antimoniu se adaugă la electrolit pentru a ajuta la forma un depozit buna. O densitate de curent între 400 şi 800 A/m 2 este angajat, iar acest lucru dă o tensiune de celule de ~ 3.5 V si o energie electrică de consum de ~ 3.3 kWh/kg. Reacţia generală converteşte apoasă sulfat de zinc la metal zinc şi acid sulfuric. Acidul este apoi reciclat în etapa de leşiere în cazul în care oxidul de zinc este dizolvat. Electrozii pozitiv în electrorafinare de zinc sunt realizate din aliaje de argint, plumb; evolutia oxigen este promovat pe aceste aliaje şi dizolvarea plumb, ceea ce ar putea contamina produsul de zinc, este evitată. Mai mult de 80% din producţia mondială de zinc 2009 de 11 milioane de tone a fost produs de electrorafinare.

Zincul este, în principiu, mai dificil de electrowin decât cuprul, deoarece zinc se află pe bază de hidrogen considerabil mai sus, în seria electrochimică, întrucât cupru se află de mai jos. Astfel, evolutia pe bază de hidrogen dintr-un acid soluţie de sulfat de zinc este favorizat de peste energetic depunere de zinc. Aşa cum se întâmplă, evolutia pe bază de hidrogen pe o suprafata de zinc este un proces foarte lent (apare la un nivel ridicat overpotential) şi, prin urmare, zinc pot fi electrodepuse din soluţiile de acid. Dar, din metal impuritate ionilor în soluţia poate placa de afară, de asemenea, în cazul în care sunt mai jos de zinc în seria electrochimică. Acestea includ antimoniu, arsenic, cobalt, cupru, germaniu, şi nichel. Nu numai că ar aceste elemente contamina produsul zinc în cazul în care sunt prezente în cantităţi semnificative, dar de asemenea, ele pot promova evolutia catodică pe bază de hidrogen negativ cu privire la electrozi şi, prin urmare diminua eficienţa actuală de electroliză să depună zinc. Acest lucru înseamnă că soluţia trebuie să fie purificate înainte de electroliză. Purificarea de soluţie se realizează prin adăugarea de praf de zinc. Zincul se va deplasa elementele de mai jos se în seria electrochimică şi eliminarea impuritatilor care electrorafinare eficienţa sens. Aceste cimentare, sau deplasarea de metal, reacţii avea loc, de asemenea, printr-un proces electrochimic. Anodice dizolvarea de zinc renunţă electroni la particulele de zinc şi acestea sunt folosite în cuplate catodică reacţii, care sunt depunerea (şi eliminarea) a elementelor de impurităţi din soluţie.

Metale cadmiu produsă în purificarea electrorafinare zinc electrolit se dizolvă în soluţie de acid sulfuric şi electrowon într-un proces similar cu cel pentru zinc.

Aproximativ 60% din producţia mondială de nichel din 2009 a 1,4 milioane de tone a fost derivat din minereuri sulfuroase, dar o parte tot mai mare vine de la alte minereuri (cum ar fi laterites, în care nichelul este prezent într-o matrice oxi-hidroxid sau silicat). Într-adevăr, peste 70% din rezervele mondiale de nichel sunt lateritic. Laterites îndepărtării substanţelor alcaline sunt de obicei pentru a dizolva nichel. De recuperare a nichelului din soluţie, după scurgerea de oricare tip de minereu de nichel, poate fi atins prin reducerea cu hidrogen, aşa cum sa discutat mai sus, sau prin electroliză. Outokumpu foloseste tehnologia din urmă, în Finlanda. Nichel este depus din soluţii de sulfat de nichel (~ 60 grame/litru nichel) care conţin sulfat de sodiu şi boric de acid pentru a îmbunătăţi depozit. Aditivului din urmă ajustează pH-ul la ~ 3.5. Metalul este depus la 65 ° C (149 ° F) pe nichel foi de pornire şi oxigenul este a evoluat la electrozi de plumb pozitivi. Nichel este, de asemenea, electrowon într-o formă adecvată pentru utilizare ca electrozi solubil pozitiv în nichel .

Aproximativ 70% din cobalt lumii 2009, producţia de 62000 de tone a fost, de asemenea, recuperată prin electroliză într-un proces similar cu cel pentru nichel.

Electrorafinare

Electrorafinare cupru.
Fig. 6. De cupru Xstrata electrorafinare tankhouse la rafinării de cupru din Townsville, Queensland, Australia, care a dezvoltat si foloseste tehnologia PROCESULUI ISA. Imaginea arată partea de sus a celulelor şi multiplicitate de electrozi. Cele negative sunt cele mai vizibile; între fiecare dintre ele poate fi vazut papuci la capete de cele pozitive. Macara manipularea electrozi este automatizat. (Prin amabilitatea de cupru Xstrata.)
Electrorafinare este un electrolitic proces care implică anodically dizolvarea un metal la pozitiv electrodul într-o celulă şi în acelaşi timp re-depunerea acelaşi metal de la electrodul negativ. Primele brevete pentru electrorafinare metal au fost pentru cupru şi au fost acordate în 1865. Prima fabrica de succes a fost construit în Pembrey, Ţara Galilor în 1869, şi acest lucru a fost urmată în 1876 de către fabrica Norddeutsche în Hamburg, Germania, care este încă de operare şi este astăzi cea mai mare rafinarie de cupru din Europa. Prima operaţiune comercială în SUA a fost construită în Newark, New Jersey în 1883. Planta Newark produs 2-3 de tone de cupru electrolitic pe zi în cursul primului an. Acest lucru contrastează cu capacitatea de electrorafinare la Chuquicamata în Chile, în 2009, de peste 2300 de tone pe zi.

Electrorafinare este ultimul pas in procesul de topire de recuperare a cuprului din minereuri sulfuroase, iar acest proces a reprezentat aproape 80% din producţia de cupru lume de 16 milioane de tone în 2009. Topirea produce cuprul brut, care conţine aproximativ 99% cupru şi acest lucru este de a electrorefined cupru catod, care are o puritate de cupru în jurul valorii de 99,99%. Electrozii pozitiv pentru celula de electrorafinare sunt turnate din blister produse de flotare cupru sulfurat topirea concentrate, şi cântăreşte 300 - 380 kg; electrozii negative sunt aceleaşi ca şi în electrorafinare cupru discutat în secţiunea anterioară. Electrolitul conţine 40 de grame/litru de cupru sub formă de sulfat de cupru şi 150 - 200 g/l de acid sulfuric şi celulele rafinare funcţionează la ~ 60 ° C (~ 140 ° F). Cantităţi mici de clei, Tiouree şi clorură se adaugă la electrolit; acestor compuşi adsorb pe suprafata de cupru şi de a ajuta pentru a forma un electrodeposit dens. O densitate de curent de ~ 200 A/m 2 este trecut între electrozi negative şi pozitive şi acest lucru duce la o tensiune de celulă de aproximativ 0.28 V. The energiei electrice de consum în celula de cupru electrorafinare este ~ 0.25 kWh/kg.

Electrorafinare este de succes, deoarece impurităţi metalice în care sunt mai nobile decât de cupru, care este, sunt mai mici în seria electrochimică, nu introduceţi electrolit de cupru atunci când se dizolvă la electrodul pozitiv. Acestea includ impurităţi metale preţioase - de argint, aur şi platină metale grup - care sunt recuperate de tratare a nămolurilor care intră în partea de jos a celulei. Întrucât impurităţi care nu intră în electrolit sunt mai puţin nobile decât de cupru, care este, de mai sus sunt de cupru în seria electrochimică, nu se depun pe electrodul negativ. Unele metale, de exemplu, nichel, se acumulează în electrolit şi sunt extrase într-o etapă separată.

Electrorafinare de cupru este o operaţiune de mare. De exemplu, o rafinărie de cupru medie care produc 500 de tone de metal pe zi are nevoie de 0.2 km 2 (km = mie de metri) din suprafaţa totală electrod. Aceasta corespunde la circa 50.000 şi 50.000 de electrozi pozitive negativ în suspensie în aproximativ 1.500 de tancuri care ocupă o suprafaţă totală de aproximativ 6.000 m 2.

Plumb electrorafinare.
Fig. 7. Plumb electrorafinare la topitoria Teck Cominco în Trail, BC, Canada. (© Teck Cominco Fier Ltd. Reprodus cu permisiune.)
Plumbul este, de asemenea, purificat prin electrorafinare utilizând procesul Betts pionier de Cominco la topitoria sale în Trail, BC, Canada în 1902. De plumb de la topitor este topit şi turnat în formă de plăci, care acţionează ca electrozi pozitivi. Plumb rafinat este aruncat într-subţire foi Starter pentru negativ electrozi pe care conduce este depus. Electrolitul utilizat este ~ 90 grame/litru de acid hydrofluorosilicic conţin ~ 70 g/l de plumb, plumb hydrofluorosilicate şi funcţionează la 30 la 40 ° C (86-104 ° F). Adeziv şi lignina sulfonat sunt incluse în electrolit pentru a ajuta la forma un depozit buna. O densitate de curent de între 160 şi 200 A/m 2 este folosit şi acest lucru dă o tensiune de celule de 0.35 - 0.65 V. Consumul de energie este de ~ 0.13 kWh/kg. Rafinarea plumbului este, de asemenea, efectuată în mass-media sulfamidă. În anul 2009 producţia mondială de plumb a fost de 4,0 milioane de tone de minereu extras şi încă 4.8 milioane de tone de la secundar (reciclat) surse. Aproximativ 12% din producţia mondială de plumb este electrorefined.

Nichel pot fi, de asemenea, purificat prin electrorafinare; acest proces concurează cu procesul de carbonil care exploatează volatilitatea de nichel carbonil.

Rafinare de argint, care este efectuată în urma separării din acest metal în cupru şi topirea de plumb, este deosebit de interesant. În timp ce scopul de metal în procesele de alte electrorafinare este de a produce un produs masiv, dens, cu argint, fin, cum ar fi copac- dendritele sunt formate în mod deliberat. Acest lucru este realizat prin placarea cu metal pe un substrat, cum ar fi otel inoxidabil sau carbon dintr-un electrolit care nu complex cu argint, placare dintr-un electrolit statică, fără includerea de aditivi care să promoveze buna depozite, şi care funcţionează la o mare densitate de curent. Dendritele argint format pe electrozi negative pot fi recoltate cu usurinta, deoarece acestea nu ataşaţi puternic la suprafata electrodului. Electrolitul conţine de obicei 150 g/l de argint ca nitrat de argint şi azotic de acid pentru a face pH 1-1.5. Celula funcţionează la ~ 35 ° C (~ 95 ° F) şi o densitate de curent este ~ 400 A/m 2. Electrozii pozitive sunt exprimate de argint derivate din slimes format în electrorafinare de cupru sau plumb. Metalul electrorefined conţine între 99,9% şi 99,99% argint. The slimes anodice de la rafinarea argint sunt trataţi în continuare pentru a recupera de aur şi platină metale din grupa.

Confirmare

Acest articol a fost, de permisiune, tradus în ucraineană şi postat la: http://science.webhostinggeeks.com/m02-metals-ua

Articole conexe





Pentru alte procese industriale electrolitice vizualizează:



Bibliografie

  • Electrochimie în minerale şi prelucrarea metalelor 8 (Proceedings din cele 8 -lea Simpozion International, De la 217 -lea reuniune a Societatii electrochimice, Vancouver, Canada, douăzeci şi şase au 28 aprilie 2010, Tranzacţii ECS, Vol. 28, Nr. 6), FM Doyle, R. Woods, şi GH Kelsall (editori), ECS, Pennington, NJ 2010.

  • Electrochimie în minerale şi metal VII prelucrare (Proceedings al 7 -lea Simpozion International, De la 209 -lea reuniune a Societatii electrochimice, Denver, Colorado, 8-zece mai 2006, Tranzacţii ECS, Vol. 2, Nr. 2), FM Doyle, GH Kelsall, şi R. Woods (editori), ECS, Pennington, NJ 2006.

  • Electrochimie în minerale şi metal VI prelucrare (Proceedings al 6 -lea Simpozion International, De la 203 -lea reuniune a Societatii electrochimice, Paris, Franţa, douăzeci şi şapte aprilie - două mai 2003, Proceedings ECS, Vol.. 2003-18), FM Doyle, GH Kelsall, şi R. Woods (editori), ECS, Pennington, NJ 2003.

  • Hidrometalurgia 2003 - Conferinţa Internaţională a cincea, în onoarea profesorului Ian Ritchie (două volume), Cuplu C., Alfantazi A., C. Anderson, James A., Dreisinger D., B. şi Harris (editori), metale minerale şi materii Societatea, Warrendale, PA, 2003.

  • Electrochimie în minerale şi metal prelucrare V (Proceedings al 5 -lea Simpozion International, De la 197 -lea reuniune a Societatii electrochimice, Toronto, Canada, 14-optsprezece mai 2000, Proceedings ECS, Vol.. 2000-14), R. Woods FM şi Doyle (editori), ECS, Pennington, NJ 2000.

  • Electrochimie în minerale şi metal IV prelucrare (Proceedings al 4 -lea Simpozion International, De la 189 -lea reuniune a Societatii electrochimice, Los Angeles, California, cinci au 10 mai 1996, Proceedings ECS, Vol.. 96-6), R. Woods, FM Doyle, şi P. Richardson (editori), ECS, Pennington, NJ 1996.

  • Electrochimie industriale (2 -a ediţie), D. Pletcher şi FC Walsh, Kluwer, Dordreck, 1993.

  • Electrochimie în minerale şi metal prelucrare III (Proceedings al 3 -lea Simpozion International, la 181 st reuniune a Societatii electrochimice, St Louis, Missouri, şaptesprezece-douăzeci şi un mai 1992, Proceedings ECS, Vol.. 92-17), R Woods şi. PE Richardson (editori), ECS, Pennington, NJ 1992.

  • Electrochimie în minerale şi metal al II-lea de prelucrare (Proceedings al 2 -a Simpozionului Internaţional, Din direcţia 173 -lea reuniune a Societatii electrochimice, Atlanta, Georgia, mai, 1988, ECS Proceedings, Vol.. 88 - 21), PE Richardson şi R. Woods (editori), ECS, Pennington, NJ 1988.

  • Electrochimie în minerale şi prelucrarea metalelor (Proceedings of 1 st Simpozionul Internaţional, Din direcţia 165 -lea reuniune a Societatii electrochimice, Cincinnati, Ohio, mai, 1984, ECS Proceedings, Vol.. 84 - 10), PE Richardson, S. Srinivasan, Woods şi R. (editori), ECS, Pennington, NJ 1984.

  • Tratat de zboruri pe Electrochimie, Vol.. 2: Prelucrarea electrochimică, M. J.O " Bockris, BE Conway, E. Yeager şi R E. White (editori), Plenul, NY, 1981.

Oferte de electrochimie cărţi, capitole reexaminare, volumele acţiunea, şi textul integral al unor publicaţii istorice sunt de asemenea disponibile în ştiinţă Electrochimie şi Resurse Tehnologiei Informatiei (ESTIR). (Http://electrochem.cwru.edu/estir/)


Enciclopedia este găzduit de către Ernest B. Yeager Centrul pentru Stiinte electrochimice (YCES) şi Departamentul de Inginerie Chimică, Case Western Reserve University, Cleveland, Ohio. Notă de copyright. Editat de Zoltan Nagy ( nagyz@email.unc.edu), Departamentul de de Chimie, Universitatea din Carolina de Nord la Chapel Hill.


Published (Last edited): 14-09-2011 , source: http://electrochem.cwru.edu/encycl/art-m02-metals.htm