HYDROMETALURGICZNE METODY SEPARACJI JONÓW METALI.doc

(54 KB) Pobierz
HYDROMETALURGICZNE METODY SEPARACJI JONÓW METALI

HYDROMETALURGICZNE METODY SEPARACJI JONÓW METALI

 

 

Intensywny rozwój hydrometalurgicznych metod związany jest z:

·         Koniecznością wydobywania i przerobu coraz uboższych rud.

·         Wzrostem zainteresowania złożami polimetalicznymi (konkrecje oceaniczne).

·         Koniecznością pełnego wykorzystania źródła surowcowego.

·         Recyklingiem i odzyskiwaniem metali z haud przy starych hutach, pozostałości poflotacyjnych, ze złomu.

·         Zagrożeniem występującym przy zastosowaniu metod pirometalurgicznych – efekt cieplarniany.

·         Tendencja do budowy małych instalacji.

 

Wady powodujące ograniczenia stosowania metod hydrometalurgicznych:

·         duże zużycie energii,

·         zagrożenia pożarowe,

·         właściwości toksyczne rozpuszczalników i ekstrachentów,

·         zagrożenie możliwością skażenia wód powierzchniowych.

 

Procesy hydrometalurgiczne:

1)     Ługowanie – na hałdach, bioługowanie.

2)     Metody separacji metali:

a)    ekstrakcja,

b)   procesy membranowe,

c)    filtracja jonowa,

d)   wymiana jonowa

3)     Metody wydzielania metali z roztworów:

a)    elektroliza,

b)   cementacja,

c)    strącanie trudno rozpuszczalnych związków,

d)   redukcja ciśnieniowa

 

Ługowanie - proces transportu masy z fazy stałej do fazy ciekłej. Mówiąc prościej jest to wypłukiwanie danej substancji z fazy stałej za pomocą cieczy.

 

Stosowane czynniki ługujące:

·         kwas siarkowy (VI), H2SO4

·         kwas azotowy (V), HNO3

·         kwas solny, HCL

·         NaOH, NH4Cl

 

Ekstrakcja - proces polegający na podziale substancji między dwie nie mieszające się fazy, przebiegający w sposób dynamiczny podczas intensywnego mieszania się faz.

 

Faza wodna: Me2+ (Co2+, Ni2+, Zn2+, Cu2+, Cd2+).

Aniony: siarczany, chlorki, azotany.

Faza organiczna: ekstrahent, rozpuszczalnik organiczny.

 

Ekstrahent – substancja pozwalająca na przejście z fazy ciekłej (np. siarczany) do organicznej (substancja pozwalająca na przejście kationom).

 

Proces ekstrakcji:

Maq+2 + 2HAorg = MA2 + 2H+

Maq+2 – metal, faza wodna.

2HAorg - kwas, ekstrahent, nie rozpuszcza się w wodzie, faza organiczna.

MA2 – kompleks, nie rozpuszcza się we wodzie.

 

Proces reekstrakcji:

MA2 + 2H+ = M+2 + 2HAorg

 

Faza organiczna – roztwór rozpuszczalnika, zawierający kompleksy metali z ekstrahentem.

Faza wodna – roztwór kwasu nieorganicznego, np. HCl, H2SO4 [mocnego].

Ekstrahent – np. kwasy fosforoorganiczne (Cyanex 272).

 

Ekstrahent + Metal = Kompleks

 

Własności ekstrachentów:

·         związki nierozpuszczalne w wodzie,

·         łatwość tworzenia trwałych kompleksów z metalami w fazie organicznej,

·         selektywność względem metali,

·         względna nietoksyczność,

·         możliwość regeneracji.

 

Procesy membranowe:

·         Faza zasilająca: mieszanina soli różnych metali, np. siarczany Cu2+, Ni2+,Co2+,Zn2+, itd.

·         Faza odbierająca: np. roztwór H2SO4, HCl, woda.

·         Membrana: matryca, plastyfikator, przenośnik.

 

Hydrometalurgiczne wydzielanie metali ze zużytych baterii i akumulatorów:

1.    Mechaniczna separacja poszczególnych części baterii (akumulatorów), rozdrabnianie.

2.    Ługowanie materiału elektrodowego ogniw.

3.    Separacja poszczególnych metali za pomocą ekstrakcji.

4.    Wydzielanie metali przy zastosowaniu elektrolizy lub wytrącania rozpuszczalnych soli.

 

Cementacja – jest samorzutnym procesem typu redox, w trakcie którego jony metalu bardziej szlachetnego osadzają się na powierzchni metalu mniej szlachetnego, a metal mniej szlachetny ulega roztworzeniu.

 

Cu2+ + Fe = Cu0 + Fe2+

 

Szereg aktywności metali:

Li > Na > Mg > Al > Zn > Cd > Fe > Ni > Sn > Pb > H > Cu > Ag > Au

 

Elektroliza – do katody (elektrody ujemnej) przyciągane są kationy metalu.

 

 

ODZYSK ALUMINIUM ZE ZŁOMU PUSZEK PO NAPOJACH

 

Glin (aluminium):

·         Temp. topnienia: 660˚C

·         Gęstość: 2,7 [g/cm3]

·         Dobry przewodnik ciepła i elektryczności.

·         Wysoka odporność na korozję (dzięki cienkiej warstwie tlenku na powierzchni).

·         Wytwarza się z rudy boksytu.

·         Stosowany w metalurgii jako odtleniacz.

 

Puszki:

·         Zalety:

§         Lekka.

§         Łatwa w transporcie i przechowywaniu.

§         Świetnie „wypełnia przestrzeń”, jej zawartość zajmuje aż 90% powierzchni potrzebnej na przechowywanie.

§         Pozwala na szybkie chłodzenie napoju.

§         Atrakcyjna wizualnie.

§         Jest surowcem wtórnym, nadającym się w całości do odzysku.

·         W porównaniu z opakowaniem szklanym wielokrotnego użytku puszki zajmują pozycję przegraną, gdyż:

§         Z produkcją aluminium związany jest transport na odległość kilkunastu tysięcy kilometrów, a więc korzyści wynikające z niewielkiej wagi

§         Produkowanie aluminium jest bardzo energiochłonne.

 

·         Użycie 1 tony Al z odzysku pozwala zaoszczędzić 4 tony boksytów i 700 kg ropy naftowej.

·         Odzyskując aluminium ze złomu oszczędzamy 95% energii potrzebnej na wyprodukowanie Al z rudy.

 

Fazy procesu recyklingu opakowań aluminiowych:

1.    Pozyskiwanie odpadów z rynku,

2.    Przygotowanie wsadu (mechaniczne przygotowanie opakowań, zgazowanie farb i lakierów)

3.    Topienie,

4.    Rafinacja ciekłego aluminium,

5.    Oczyszczanie gazów po procesowych,

6.    Odlewanie.

 

Topienie złomu w solach:

Rola soli w topieniu złomu:

§         Ochrona aluminium przed dalszym utlenianiem,

§         Pomoc w usuwaniu tlenku z metalu, tak aby jego krople mogły się łączyć (koalescencja),

Większość soli używanych do tego procesu jest roztworem

NaCl-KCl 50%at. – posiada temp.topnienia 645˚C i małą gęstość.

KCl – jest bardzo tani,

NaCl – posiada małą lepkość i napięcie powierzchniowe, co zwiększa płynność mieszaniny.

Do roztworów zawsze dodaje się do tych soli małą ilość KF, NaF, czyli sole które rozpuszczają tlenek aluminium.

 

Ćw: Określanie wpływu czasu opalania złomu z Alu-puszek na poziom odzysku aluminium.

1.Strzępienie Alu puszek

2.Degradacja lakierów, opalanie T=500˚C, t=2,4,6,8,12 s

3.Topienie w solach: NaCl, KCl, NaF, T=700˚C, t=20min

4.Określanie odzysku.

 

...
Zgłoś jeśli naruszono regulamin