ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ
, извлечение одного или неск. компонентов из твердых
тел (руд, концентратов, промежут. продуктов, иногда отходов произ-ва) водным
р-ром, содержащим щелочь, к-ту или др. реагент, а также с использованием
определенных видов бактерий; частный случай экстрагирования
из твердой
фазы. Обычно В. сопровождается хим. р-цией, в результате к-рой извлекаемый
компонент переходит из формы, не растворимой в воде, в растворимую.
В гидрометаллургич. схемах переработки рудного сырья В. обычно проводят
после измельчения руды и ее обогащения. Иногда перед В. руды и концентраты
обжигают в окислит. атмосфере (на воздухе) или в присут. добавок (CaO,
CaSO4, H2SO4, сульфатов, хлоридов, фторосиликатов
и др.), что способствует вскрытию минералов и переводу их в иные, легкорастворимые
хим. соединения. Вслед за В. проводят разделение жидкой и твердой фаз путем
отстаивания, фильтрации и др. методами.
Чаще всего применяют агитационное В. Его проводят в реакторах с мех.
(с помощью мешалок), пневматич. (путем подачи воздуха, острого пара или
др. газов) или комбиниров. перемешиванием. Важное значение имеет размер
частиц твердого в-ва и его концентрация в системе. Увеличение степени измельчения
до определенного предела повышает скорость процесса и конечную степень
извлечения благодаря росту пов-сти контакта фаз и большей доступности заблокированных
пустой породой включений растворяемого минерала. Однако слишком тонкий
помол приводит к повышению вязкости смеси, резко усложняет послед. разделение
фаз и требует большого расхода энергии. Средний размер частиц при В. редко
бывает менее 50-75 мкм. При понижении концентрации твердой фазы облегчается
перемешивание, однако при этом повышается расход выщелачивающего реагента
и затрудняется послед. фильтрация. При малом кол-ве жидкости система становится
слишком вязкой и плотной. Обычно соотношение по массе жидкой и твердой
фаз при В. составляет от 0,7 до 6 (чаще всего 1-2) и зависит от состава
выщелачиваемого материала, р-римости извлекаемого соед. и др. факторов.
Для снижения расхода реагентов и повышения степени извлечения агитационное
В. проводят в прямо- или противоточных каскадах из 3-5 аппаратов (ступеней).
Применяют также процессы в псевдоожиженном слое твердого материала, при
к-ром сжижающим агентом служит выщелачивающий р-р, и в движущемся с большой
скоростью потоке пульпы (струйное В.).
В. проводят также при повыш. давлении в автоклавах. При этом повышается
т-ра процесса, его скорость, увеличивается степень извлечения, снижается
расход реагентов, резко сокращается длительность процесса. Кроме того,
повышение давления увеличивает р-римостъ О2, что ускоряет окисление
извлекаемых компонентов воздухом. Так, при окислит. В. сульфидов металлов
в автоклавах в присут. воздуха они окисляются до сульфатов, в результате
чего сокращается расход необходимой для В. H2SO4.
Автоклавы для В. могут работать при 200-300 °С и давл. 16-80 МПа. Они бывают
горизонтальными (с мех. перемешиванием) и вертикальными (с перемешиванием
и обогревом острым паром).
В.-сравнительно медленный процесс, поэтому его интенсифицируют путем
мех., ультразвукового и термич. активирования твердых в-в, наложением электрич.
полей, с помощью вибраций и пульсаций. С целью интенсификации В. иногда
проводят одновременно с ионным обменом.
В., осуществляемое путем просачивания р-ра через слой твердого пористого
материала, наз. перколяционным. Скорость просачивания зависит от пористости
(отношение объема пор к общему объему), содержания мелких (иловых) частиц
в твердом материале и высоты слоя. При проведении процесса в спец. аппаратах
- перколяторах скорость просачивания должна быть не ниже 2 см/с. В. в перколяторах
- малоинтенсивный процесс; используют его редко.
Более широко применяют перколяционный процесс для кучного и подземного
В. в сочетании с ионообменным извлечением металла. При кучном В. материал
(напр., старые отвалы, гранулированный рудный концентрат), уложенный в
бурты на водонепроницаемом, слегка наклонном основании, обрабатывают жидким
реагентом. По истечении длит. времени (от суток до месяцев) накопившийся
в сборниках р-р перерабатывают. Более интенсивный процесс этого типа-В.
с замесом. Жидкий реагент и твердый материал перемешивают в винтовом конвейере,
к-рый одновременно служит и для укладки материала в бурты.
Подземное В. состоит в подаче выщелачивающего р-ра под землю непосредственно
в рудное тело или в слой специально подготовленной руды и выкачивании р-ра,
просочившегося через слой руды, на пов-сть. Известны два осн. варианта
подземного В. - скважинный (бесшахтный) и шахтный. В первом случае используют
систему определенным образом расположенных скважин для подачи выщелачивающего
р-ра и выкачивания продукционного р-ра, во втором - старые или специально
созданные шахты, подготовленные подземные камеры с обрушенной рудой, а
для сбора продукционного р-ра - штольни или штреки. При разработке месторождений
руд радиоактивных и цветных металлов часто применяют комбиниров. системы
подземного В.: из элементов скважинных и шахтных систем В.; из элементов
систем шахтного В. и к.-л. другого типа В.
Подземное В., применяемое обычно при глубине залегания рудного тела
не более 600 м, позволяет резко сократить объемы капитальных вложений и
сроки стр-ва предприятий, повысить в 2-4 раза производительность труда,
значительно уменьшить вредное воздействие на природу (не нарушать ландшафт,
резко снизить кол-ва твердых отходов и вредных в-в, выносимых на пов-сть
земли, сравнительно просто восстанавливать отработанные участки).
Несмотря на определенные требования при выборе участков для подземного
В. (наличие подстилающих водонепроницаемых горных пород, высокая проницаемость
самого рудного тела, удобная гидрологич. обстановка и др.), таким путем
в нек-рых странах добывают до 10% U и до 18% Си.
При бактериальном В. используется способность ав-тотрофных бактерий
(Thiobacillus ferrooxidant, Ferrobacillus thiooxidant и др.) поглощать
для своей жизнедеятельности энергию, выделяемую при окислении сульфидов
и тиосульфатов металлов, серы, а также при переходе Fe2+ в Fe3+.
Указанные бактерии содержат в-ва, катализирующие эти р-ции. В результате
образуется H2SO4 или соли Fe3+, к-рые
можно применять как реагенты для В. наиб. активность бактерий наблюдается
при 30-35 °С и определенной кислотности среды. Бактериальное В. сочетают
с подземным, культивируя бактерии перед подачей под землю в спец. емкостях.
В. используют в технологии цветных (Al, Au, Cd, Сu, In, Т1 и др.) и
редких (Be, Li, Mo, Nb, Re, W, Та, U и др.) металлов, при получении В,
Ge, Se, Те. Кучное В. применяют для извлечения Ag, Au, Сu, U, подземное
- U, Си, Ag, Co, Fe, Ni и др., бактериальное - Сu и U; последний способ
перспективен для переработки силикатных руд, содержащих Al, As, Mn, Ni
и др. металлы.
Лит.: Плаксин И. Н., Юхтанов Д. М., Гидрометаллургия, М., 1949;
Автоклавные процессы в цветной металлургии, М., 1969; Каравай ко Г. И.,
Кузнецов СИ., Голомзик А. И., Роль микроорганизмов в выщелачивании металлов
из руд, М., 1972; Добыча урана методом подземного выщелачивания, под ред.
В.А. Мамилова, М., 1980; Плаксин И. Н., Гидрометаллургия. Избр. труды,
М., 1972; Полькин СИ., Адамов Э. В., Панин В. В., Технология бактериального
выщелачивания цветных и редких металлов, М., 1982; Романков П. Г., Курочки
на М. И., Экстрагирование из твердых материалов, Л., 1983; Зелик ман А.
Н., Вольдман Г. М., Беляевекая Л. В., Теория гидрометаллургических процессов,
2 изд., М., 1983. Б. В. Громов, Э. Г. Раков.