Выщелачивание

ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ (а. leaching, lixiviation; н. Auslaugung; ф. lixiviation, lessivage; и. lixiviacion) — перевод в раствор, обычно водный, одного или нескольких компонентов твёрдого материала. В технике с целью извлечения металла (иногда удаления вредных примесей) выщелачиванию подвергают руды и продукты их обогащения (концентраты, промпродукты, хвосты), продукты пирометаллургического передела (огарки, штейны, анодные шламы и т.д.), а также отходы, образующиеся при обработке металлов и сплавов.

Выщелачивание широко используют в производстве урана, золота, меди, цинка, молибдена, вольфрама, алюминия и других металлов. При необходимости перед выщелачиванием (или во время него) материал подвергают дроблению и измельчению, а также химической обработке, т.н. вскрытию, для перевода извлекаемого компонента из труднорастворимого соединения в легкорастворимое. Для этого используют различные виды обжига (окислительный, восстановительный, хлорирующий, сульфатизирующий), спекание, окисление или восстановление в пульпе. Пример вскрытия: окислительный обжиг сульфидных концентратов, в процессе которого металл переходит в форму окисла, легко растворяющегося в водных растворах щелочей (выщелачивание молибдена) или кислот (выщелачивание цинка).

Обычно выщелачивание осуществляют с помощью водных растворов неорганических кислот (серной, соляной, азотной), щелочей (едкий натр, аммиак) и солей (углекислый натрий или аммоний, цианиды и др.). Растворитель выбирается исходя из свойств и состава материала, с учётом селективности, токсичности, стабильности состава, коррозионного действия, возможности регенерации и других свойств, а также его стоимости и дефицитности. Иногда выщелачивание представляет собой простое растворение (например, водное выщелачивание соединений тяжёлых металлов после сульфатизирующего или хлорирующего обжига). В большинстве случаев растворение при выщелачивании сопровождается следующими процессами: комплексообразованием (например, при цианировании золота, обработке сульфидов никеля аммиачными растворами); обменной реакцией (при выщелачивании окислов или карбонатов металлов растворами кислот); окислительно-восстановительной реакцией (при выщелачивании электроотрицательных металлов кислотами; выщелачивании сульфидов кислыми растворами).

Процесс выщелачивания состоит из трёх стадий: подвода реагирующих веществ к твёрдой поверхности; химической реакции; отвода растворимых продуктов реакции в раствор. Чаще всего выщелачивание протекает в диффузионной области, т. е. скорость процесса контролируют первая и третья стадии. Однако возможны также кинетический режим, при котором самой медленной стадией является химическая реакция (и следовательно, скорость выщелачивания определяется закономерностями химической кинетики), а также смешанный диффузионно-кинетический режим. Выщелачивание ускоряется при уменьшении размера частиц материала, увеличении температуры (особенно при кинетическом режиме), а в диффузионной области — при увеличении интенсивности перемешивания.

Выщелачивание осуществляют различными способами в зависимости от природы, состава и состояния материала, подвергаемого обработке. Например, выщелачивание золотых, урановых руд и сульфидных концентратов проводят при перемешивании пульпы (смеси мелких твёрдых частиц с растворителем) — т.н. выщелачивание перемешиванием; выщелачивание меди из окисленных руд, алюминатов из спечённых бокситов и других пористых и зернистых материалов, не склонных к слёживанию и образованию нефильтрующего слоя, проводят просачиванием растворителя через неподвижный слой твёрдого материала — т.н. выщелачивание перколяцией. Для выщелачивания перемешиванием используют ёмкости, оборудованные механическими, пневматическими или пневмомеханическими перемешивающими устройствами (мешалками, эрлифтами и др.). При выщелачивании перколяцией обрабатываемый материал загружают в чан с ложным днищем, покрытым фильтровальной тканью, или укладывают штабелями на заранее подготовленные площадки — т.н. кучное выщелачивание. Этот способ выщелачивания применяется для извлечения меди и урана из некондиционных руд и вскрышных пород и представляет собой единственный экономически оправданный способ переработки бедного сырья. Выщелачивание перколяцией по существу происходит также при т.н. выщелачивании подземном, производимом непосредственно на месте залегания рудного материала.

Повышение эффективности выщелачивания возможно за счёт механохимических, ультразвуковых, термических воздействий, при совмещении выщелачивания с ионным обменом (т.н. сорбционное выщелачивание), при воздействии высоких температур (до 300°С) и давлений (до 0,5 МПа), достигаемых в автоклавах (автоклавное выщелачивание), а также благодаря воздействию определенных видов бактерий. См. также бактериальное выщелачивание.