Выщелачивание

ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ, избирательное извлечение одного или нескольких составляющих твёрдого материала (руд, концентратов, техногенного сырья и др.) с помощью жидкого, обычно водного, реагента. Первоначально выщелачиванием назывался процесс извлечения калиевой щёлочи (поташа) из смешанной с водой древесной золы, использовавшийся в производстве мыла. Для выщелачивания используют преимущественно водные растворы химических реагентов - кислот, щелочей, солей. Избирательность выщелачивания обеспечивается соответствующим подбором реагентов и условий процесса (концентрация реагентов, температура и так далее). Выщелачивание - головная операция гидрометаллургии, широко используемая для извлечения цветных и редких металлов. В значительной степени определяет технико-экономические показатели всей технологической схемы извлечения металла из сырья в конечную продукцию. В гидрометаллургических схемах выщелачиванию предшествует стадия подготовки рудного материала (механическая и химическая обработка). После выщелачивания металлсодержащие растворы перерабатывают осаждением, цементацией, сорбцией, экстракцией и другими методами для получения товарных продуктов.

Выбор способа выщелачивания определяется природой, составом и состоянием (свойствами) перерабатываемого материала. Выщелачивание пористых и крупнозернистых материалов, не склонных к слёживанию и образованию нефильтрующего слоя, осуществляют просачиванием (перколяцией) растворителя через неподвижный слой твёрдого материала. Широко используются перколяционное выщелачивание и его разновидности - кучное и подземное. Собственно перколяционное выщелачивание применяют для переработки относительно крупных кусков руды. Проводится в перколяторах - сосудах с «ложным» дном, на которое укладывается слой руды. Выщелачивающий раствор проходит через слой либо сверху вниз, либо (чаще) снизу вверх. Кучное выщелачивание применяют для переработки массивов (в кучах) бедного сырья, например, некондиционных руд, вскрышных пород; слой материала, расположенный на открытой наклонной площадке и подвергаемый дополнительному воздействию естественных факторов (солнечного света, воздуха, атмосферных осадков), орошают выщелачивающим раствором. Подземное выщелачивание используют для извлечения металлов непосредственно в месте залегания рудного материала. Выщелачивающий раствор по скважинам подаётся в пласт, а металлсодержащий раствор через другие скважины выводится на поверхность. Процесс эффективен при достаточной проницаемости руды для раствора (при необходимости руду разрыхляют путём взрывов). Выщелачивание перколяционное, кучное и подземное проводят также с участием микроорганизмов (смотри Бактериальное выщелачивание). Высокая скорость выщелачивания достигается в аппаратах с интенсивным механическим или пневматическим перемешиванием (так называемое агитационное выщелачивание).

Выщелачивание включает транспорт (подвод) реагирующих веществ из раствора к поверхности обрабатываемого материала, химическую реакцию и транспорт (отвод) растворимых продуктов реакции от поверхности в объём раствора (если выщелачивание протекает с участием газообразного реагента, то добавляется стадия растворения газа). Стадии транспорта, кроме диффузии через прилегающий к поверхности твёрдой фазы слой раствора, могут включать также диффузию через оболочку твёрдых продуктов реакции или через пористый остаточный слой невыщелачиваемого материала. Скорость выщелачивания растёт при увеличении удельной поверхности выщелачиваемого материала, повышении концентрации реагента в растворе (или давления - при участии газообразного реагента) и понижении концентрации растворимого продукта в случае обратимой реакции, а также при повышении температуры, приводящей к увеличению скорости химических реакций и диффузии. При замедленном транспорте выщелачивание заметно ускоряется при уменьшении толщины диффузионного слоя раствора или твёрдой оболочки.

Интенсификация выщелачивания достигается: измельчением сравнительно крупнодисперсных материалов (при переработке плотного твёрдого продукта выщелачивание совмещают с измельчением в шаровых или стержневых мельницах); повышением температуры (а также давления и участия газообразного реагента при автоклавном выщелачивании); увеличением концентрации реагента при использовании противоточного многостадийного выщелачивания; понижением концентрации извлекаемого металла из раствора при сорбционном выщелачивании; уменьшением толщины диффузионного слоя при проведении выщелачивания в кипящем слое; увеличением скорости жидкости относительно поверхности твёрдых частиц в аппаратах с возвратно-поступательным движением пульпы (при сообщении пульпе низкочастотных пульсаций, воздействии на неё вибрации, возбуждении упругих колебаний звукового и ультразвукового диапазона) и др.

Литературу смотри при статье Гидрометаллургия.

Г. М. Вольдман.