Критически оцените современные экстракционные методы переработки минерального сырья

Экстракционные процессы в силу их высокой производительности и возможности полной автоматизации получили широкое промышленное применение. Сегодня процессы экстракции успешно используют в промышленности для разделения близких по свойствам соединений элементов (Ln, Zr и Hf, Nb и Ta, W и Mo, Ga и Al, платиновые металлы), где им нет пока адекватной замены, для извлечения многих элементов из растворов (Re, V, In, Tl, Sr, Li). Дальнейшее развитие процессов экстракции требует решения ряда таких проблем, как создание новых высокоэффективных экстрагентов, обеспечивающих повышение селективности процессов; разработка смесей экстрагентов, позволяющих расширить сферу применения экстракции в технологии; разработка процессов экстракции из пульп и из твердых материалов, существенно повышающих эффективность процесса; создание твердофазных экстрагентов, сочетающих преимущества экстрагентов и ионообменников; создание высокоэффективного экстракционного оборудования и систем его автоматизации и регулирования; дальнейшее развитие теории экстракции. Следует отметить эффективность экстракционных процессов при переработке комплексного минерального сырья, когда образуются растворы сложного солевого состава.

Сущность экстракционного метода заключается в том, что раствор, содержащий соли металлов, подлежащих разделению, приводится в тесное соприкосновение с органической фазой, не смешивающейся с водой. В результате металлы, обычно в виде различных комплексных соединений, в различной степени переходят в органическую фазу. Процесс экстракции включает 3 последовательные стадии: смешение исходной смеси веществ с экстрагентом; механическое разделение (расслаивание) двух образующихся фаз; удаление экстрагента из обеих фаз и его регенерацию с целью повторного использования. После механического разделения получают раствор извлекаемого вещества в экстрагенте (экстракт) и остаток исходного раствора или твердого вещества (рафинат). Важно отметить, что органический растворитель в результате реэкстракции полностью восстанавливается в первоначальном виде и может быть снова использован в процессе экстракции. Полнота извлечения металла, а также разделения металлов при экстрагировании их смеси зависят от следующих факторов: природы органического растворителя, pH раствора, наличия различных добавок в водной фазе.

Преимущества процесса экстракционного извлечения по сравнению с другими методами: 1)более высокие коэффициенты извлечения и разделения; 2)рентабельность извлечения веществ из разбавленных растворов; 3)процесс не требует высоких температур и давлений; 4)простое аппаратурное оформление технологического процесса в виде непрерывной схемы; 5)процесс легко поддается механизации и автоматизации. К недостаткам процесса можно отнести агрессивность среды, а также большой расход и высокую стоимость органического компонента.

Современные экстракционные методы пригодны для абсолютного и относительного концентрирования, извлечения в экстракт микроэлементов или матрицы, индивидуального и группового выделения элементов. Разделение смесей элементов осуществляют прежде всего с помощью избирательных экстрагентов. Например, не составляет труда отделить ртуть и висмут в виде дитизонатов от циркония и алюминия, поскольку ни цирконий, ни алюминий с дитизоном вообще не реагируют. Более типичен случай, когда разделяемые элементы в принципе экстрагируются все, но неодинаково. В этом случае используют другой прием разделения, в основе которого лежит варьирование концентрационных условий: pH, концентрации компонентов системы, включая экстрагент.

7.Дайте характеристику современным электрохимическим методам переработки минерального сырья.Электрохимические методы анализа — группа методов количественного химического анализа, основанные на использовании электролиза.

Электролиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор, либо расплав электролита. Упорядоченное движение ионов в проводящих жидкостях происходит в электрическом поле, которое создаётся электродами — проводниками, соединёнными с полюсами источника электрической энергии. Анодом при электролизе называется положительный электрод, катодом — отрицательный. Положительные ионы — катионы — (ионы металлов, водородные ионы, ионы аммония и др.) — движутся к катоду, отрицательные ионы — анионы — (ионы кислотных остатков и гидроксильной группы) — движутся к аноду. Реакции, происходящие при электролизе на электродах, называются вторичными. Первичными являются реакции диссоциации в электролите. Разделение реакций на первичные и вторичные помогло Майклу Фарадею установить законы электролиза. Явление электролиза широко применяется в современной промышленности. В частности, электролиз является одним из способов промышленного получения алюминия, водорода, а также гидроксида натрия, хлора, хлорорганических соединений, диоксида марганца, пероксида водорода. Большое количество металлов извлекается из руд и подвергается переработке с помощью электролиза (электроэкстракция, электрорафинирование). Также электролиз является основным процессом, благодаря которому функционирует химический источник тока. Электролиз находит применение в очистке сточных вод (процессы электрокоагуляции, электроэкстракции, электрофлотации). Применяется для получения многих веществ (металлов, водорода, хлора и др.), при нанесении металлических покрытий (гальваностегия), воспроизведении формы предметов (гальванопластика).

Электрохимические методы анализа - совокупность методов качественного и количественного анализа, основанных на электрохимических явлениях, происходящих в исследуемой среде или на границе раздела фаз и связанных с изменением структуры, химического состава или концентрации анализируемого вещества. Электрохимические методы анализа делятся на пять основных групп: потенциометрию, вольтамперометрию, кулонометрию, кондуктометрию и диэлектрометрию..Потенциометрия объединяет методы, основанные на измерении эдс обратимых электрохимических цепей, когда потенциал рабочего электрода близок к равновесному значению. Потенциометрия включает редоксметрию, ионометрию и потенциометрическое титрование.

Вольтамперометрия основана на исследовании зависимости тока поляризации от напряжения, прикладываемого к электрохимической ячейке, когда потенциал рабочего электрода значительно отличается от равновесного значения. Кулонометрия объединяет методы анализа, основанные на измерении количества вещества, выделяющегося на электроде в процессе электрохимической реакции в соответствии с Фарадея законами. Различают потенциостатическую и гальваностатическую кулонометрию, причём последняя включает прямой и инверсионный методы, электроанализ и кулонометрическое титрование.К кондуктометрии относятся методы, в которых измеряют электропроводность электролитов (водных и неводных растворов, коллоидных систем, расплавов, твёрдых веществ). Кондуктометрия включает прямые методы анализа (используемые, например, в солемерах) и косвенные (например, в газовом анализе) с применением постоянного или переменного тока (низкой и высокой частоты), а также хронокондуктометрию, низкочастотное и высокочастотное титрование.

Диэлектрометрия объединяет методы анализа, основанные на измерении диэлектрической проницаемости вещества, обусловленной ориентацией в электрическом поле частиц, обладающих дипольным моментом.

 

8.Дайте характеристику технологии извлечения рения из пылей свинцового производства.Уникальные свойства рения предопределили широкое применение его в современных интенсивно развивающихся отраслях техники - атомная, авиакосмическая, ракетная, нефтехимия, энергетическая и др. В 21-м веке главными потребителями этого металла становятся нефтехимия, авиация, космос, что приведет к его дефициту. Бывший Шымкентский свинцовый завод был первым в мире заводом, на котором извлекали рений из пылей, и остается им по настоящее время. Однако в связи с изменением состава перерабатываемого сырья, изменения режима переработки его и прекращения извлечения некоторых металлов из пылей необходимо внести соответствующие коррективы в действующую технологию. Только с пылями медных заводов «Казахмыса» поступает около 3 тонн рения в год. На сегодняшний день АО «Южполиметалл» производит около 600 кг перрената аммония в год. Основные преимущества технологии: · повышение степени извлечения рения из пылей,

· одностадийное извлечение и концентрирование рения, · сокращение расхода реагентов, · сокращение единиц оборудования, · снижение себестоимости производимого перрената аммония.

Технико-экономические показатели в сравнении с аналогами: снижение себестоимости производимой рениевой продукции за счет: ликвидации передела сорбции - десорбции рения,

ликвидации операции выпаривания аммиачных элюатов,

сокращения единиц оборудования, в частности ионообменных колонок, баковой аппаратуры, кристаллизатора,

сокращения расхода реагентов, в частности аммиака,

сокращения расхода энергозатрат, в частности на перекачивание растворов, промывных вод, операцию выпаривания,

сокращение трудозатрат за счет ликвидации некоторых переделов.

Объем необходимого финансирования.

Принцип реализации технологии:

· изучение состава раствора от вскрытия пылей, образующихся при переработке шихты нового свинецсодержащего сырья,

· уточнение технологических параметров экстракционного извлечения рения из растворов,

· уточнение расхода материалов,

· проверка технологических параметров в промышленном масштабе на имеющемся оборудовании,

· внедрение технологии.

Основными потребителями рения и его соединений являются предприятия нефтеперерабатывающей промышленности, космического и авиационного машиностроения, атомной энергетики.

 

9.Опишите флотационные методы обогащения. Флотация — один из методов обогащения полезных ископаемых, который основан на различии способности минералов удерживаться на межфазовой поверхности, обусловленный различием в удельных поверхностных нергиях. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы минералов избирательно закрепляются на границе раздела фаз, обычно газа и воды, и отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых водой) частиц. При флотации пузырьки газа или капли масла прилипают к плохо смачиваемым водой частицам и поднимают их к поверхности. Флотация применяется также для очистки воды от органических веществ и твёрдых взвесей, разделения смесей, ускорения отстаивания в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и др. отраслях промышленности.

Методы флотации. В зависимости от характера и способа образования межфазных границ (вода — масло — газ), на которых происходит закрепление разделяемых компонентов различают несколько видов флотации. - Масляная. При перемешивании измельченной руды с маслом и водой сульфидные минералы избирательно смачиваются маслом и всплывают вместе с ним на поверхность воды, а порода (кварц, полевые шпаты) осаждается.

- Пленочная. Способность гидрофобных минеральных частиц удерживаться на поверхности воды, в то время как гидрофильные тонут в ней, была использована для создания аппаратов плёночной флотации, в процессе которой из тонкого слоя измельченной руды, находящегося на поверхности потока воды, выпадают гидрофильные частицы.

- Пенная — при которой через смесь частиц с водой пропускают мелкие пузырьки воздуха, частицы определённых минералов собираются на поверхности раздела фаз «воздух-жидкость», прилипают к пузырькам воздуха и выносятся с ними на поверхность в составе трехфазной пены (с добавлением пенообразователя, который регулирует устойчивость пены). Пену в дальнейшем сгущают и фильтруют. В качестве жидкости чаще всего используется вода, реже насыщенные растворы солей (разделение солей, входящих в состав калийных руд) или рас
плавы (обогащение серы).

Принципиальная схема процесса флотации:

1 - корпус; 2 - блок перемешивания и аэрации; 3 –пеногонОбласти применения - Обогащение полезных ископаемых (руд цветных металлов, редких и рассеянных элементов, угля, самородной серы);

- Разделение минералов комплексных руд;

- Разделение солей;

- Очистка сточных вод, в частности для выделения капель масел и нефтепродуктов.

- Дрожжевое производство (способ концентрирования)

В мире благодаря флотации вовлекаются в промышленное производство месторождения тонковкрапленных руд и обеспечивается комплексное использование полезных ископаемых. Фабрики выпускают до пяти видов концентратов. В ряде случаев хвосты флотации не являются отходами, а используются в качестве стройматериалов, удобрений для сельского хозяйства и в др. целях. Флотация является ведущим процессом при обогащении руд цветных металлов. Внедряется использование оборотной воды, что снижает загрязнение водоёмов.

 

10.Дайте характеристику технологии электрохимического извлечения теллура из. На основе диоксида теллура получают стекла с высокими показателями преломления, а также специальные стекла пропускающие инфракрасные лучи в очень широком диапозоне. Теллур и их различные соединения используются в составе катализаторов или окислителей в различных процессах органического синтеза, а также в резиновой промышленности – в качестве вулканизаторов и для повышения стойкости и эластичности резины, применяемой для покрытия электрокабелей. Почти половина производимого теллура используется для легирования стали и чугуна. На свинцовых заводах СНГ при рафинировании черного свинца образуется теллуровый щелочной плав, из которого при водном выщелачивании с последующей продувкой воздухом получается теллуровый концентрат 30-60 мас% теллура, содержащий значительные количества тяжелых металлов. В настоящее время предприятие СЦК перерабатывает такой концентрат по сложной гидрометаллургической схеме, включающей сульфатизацию концентрированной серной кислотой, солянокислотное выщелачивание, экстракцию, реэкстракцию, восстановительное осаждение теллура в 2 стадии сульфитом натрия. Общее извлечение в конечный продукт – теллур марки Т-А1-составляет 71,5%. Разработан способ электрохимической переработки теллурсодержащих продуктов свинцового производства, позволяющий за

одну стадию электролиза получить черновой металл, который затем рафинируют электрохимически в 2 стадии с получением марочного теллура Т-А1. Для реализации способа разработаны электролизеры специальной конструкции.

Способ позволяет получить за одну стадию переработки исходного теллурсодержащего продукта черновой металл с содержанием теллура 90-95%. Использование технологии позволяет увеличить извлечение Те по сравнению с существующей технологией на 30-40%. Электрохимическим рафинированием чернового Те в 2 стадии получен Те, по содержанию примесей соответствующий марке Т-А1, составляет 88-93%.

Двуокись теллура, содержащая 68% Те и до 1% Se, выщелачивается 20%-ным раствором каустической соды. Теллур и остаточный селен при этом переходят в раствор; основная масса примесей остается в осадке. Раствор фильтруется и направляется на электролитическое осаждение теллура. Концентрация теллура в электролите составляет 80-100 г/л, каустической соды 60-70 г/л; применяемая плотность тока 105-107 а/м2. Катоды, аноды и электролизные ванны изготавливаются из стали. Электролиз ведется в течение 5 дней. На катоде образуется плотный слой теллура толщиной 3-4 мм. Отработанный электролит, содержащий 40 г/л Те, сливается из ванн и направляется на выщелачивание свежей порции двуокиси теллура.

Теллур, снятый с катодов, плавится и отливается в бруски весом 2,2 – 2,3 кг. Технический теллур содержит до 99% Те; основными примесями в нем являются свинец и висмут.