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.
walbo48