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:

1. ekstrakcja,

2. procesy membranowe,

3. filtracja jonowa,

4. wymiana jonowa

3. Metody wydzielania metali z roztworów:

1. elektroliza,

2. cementacja,

3. strącanie trudno rozpuszczalnych związków,

4. 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:

M_aq⁺² + 2HA_org = MA₂ + 2H⁺

M_aq⁺² - metal, faza wodna.

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

MA₂ - kompleks, nie rozpuszcza się we wodzie.

Proces reekstrakcji:

MA₂ + 2H⁺ = M⁺² + 2HA_org

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.

---