L'idromele è una delle tre principali filiali della metallurgia estrattiva, insieme alla pirometallurgia (basata sul calore) e alla terra elettromeleurgia.

Comprendere l'idromeleurgia: Principi e vantaggi fondamentali

L'idromeleurgia si basa sulla dissoluzione selettiva dei metalli di destinazione in un solvente acquoso, spesso una soluzione acida, di base o di sale. La forza di guida chimica fondamentale è la stabilità relativa degli ioni metallici in soluzione, regolata da potenziale di ossidazione-riduzione (Eh) e pH.

  1. Imparare:[] Contattare il minerale con un lixiviant (agente di rilascio) per sciogliere il metallo di interesse. Il residuo solido viene scartato, e la soluzione di leach incinta (PLS) trasporta il metallo disciolto.
  2. Purificazione della Soluzione:[] Eliminare impurità come ferro, alluminio, silice o altri ioni metallici che possono co-dissolvere. Ciò è ottenuto attraverso tecniche come l'estrazione del solvente, lo scambio ioni, o precipitazione selettiva.
  3. Ricupero del metallo:[ Estrazione del metallo puro o di un intermedio di alta qualità dalla soluzione purificata, tipicamente elettro-presa, cementazione, precipitazioni o riduzione con gas.

I vantaggi dell'idromeleurgia sono ben documentati. Può trattare i minerali con i gradi inferiori allo 0,1% rame o 0,5 g/t oro, che sarebbe non economico in una sbavatura. Le basse temperature di funzionamento (tipicamente inferiori a 250°C) riducono il consumo energetico ed evitano la formazione di gas tossici come SO2.

Il processo di leaching in dettaglio

La reazione chimica tra il minerale solido e il lixiviant avviene all'interfaccia solido-liquido; la cinetica è influenzata dalla temperatura, dalla concentrazione di reagenti, dalle dimensioni delle particelle, dall'agitazione e dalla presenza di ossidanti o di reducinti. Le reazioni di leaching possono essere classificate con il tipo di trasformazione chimica: acidolisi, carnazione, ossidazione.

Chimica di Leaching

Per un solfido metallico come la chalcopyrite (CuFeS2), la dissoluzione richiede un ossidante per rompere il legame solforato. In rame l'affinamento del heap, l'acido solforico è combinato con il ferro ferrico (Fe3+) come l'ossidante. La reazione può essere scritta come:

CuFeS2 + 4Fe3+ → Cu2+ + 5Fe2+ + 2S0

Lo zolfo elementare è un sottoprodotto, che può essere ossidato per solfare se le condizioni permettono. Per l'oro, il cianuro di leaching si basa sulla formazione di un complesso stabile di cianidi oro: 4Au + 8NaCN + O2 + 2H2O → 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH pH evolution]]].

Tipi di formazione

La selezione di un metodo di leaching dipende dal grado di minerale, dalla mineralogia, dalla permeabilità e dalla scala economica.

Leaching di Heap

Il prelievo di minerali è il metodo più ampiamente applicato per i minerali di rame e oro di bassa qualità. Il minerale di colata è impilato in ascensori (tipicamente 2-10 m di altezza) su un liner impermeabile (solitamente HDPE), formando un pad di leach che può abbracciare centinaia di ettari. Il lixiviant è distribuito tramite dripper o sprinkler e percolates attraverso il minerale, sciogliendo i metalli di destinazione raccolte nelle settimane

In-Situ Leaching (ISL)

Viene utilizzato per l'uranio (ad esempio, in Kazakistan, che produce oltre il 40% di uranio globale tramite ISL) e per il rame in alcuni depositi fratturati. Il lissiviante scorre attraverso il minerale, scioglie il metallo e viene pompato di nuovo alla superficie tramite pozzi di produzione.

Serbatoio (aggregato) Leaching

Per i minerali o i concentrati di alta qualità, il leaching del serbatoio fornisce la cinetica più veloce. Il minerale di fine terra (P80 75–150 μm) è mescolato con il lixiviant in una serie di vasi agitati (tipicamente 4–8 serbatoi in serie). I tempi di permanenza variano da 6 a 48 ore.

Agenti di leaching comuni e le loro applicazioni

La scelta del lixiviant è dettata dalla stabilità chimica del minerale, dalla chimica della soluzione del metallo e dai vincoli ambientali/economici.

Leaching acido

L'acido solforico (H2SO4) è di gran lunga il più comune lixiviant a causa del suo basso costo, la disponibilità e la capacità di dissolvere molti minerali di ossido e solfuro secondario. È usato per gli ossidi di rame (crisocolla, malachite, azurite), minerali di uranio, e per i nichel più tardiiti (acido ad alta pressione che leaching).

Cianuro di leaching

Le soluzioni alcalini per il cianuro restano il metodo dominante per l'estrazione dell'oro e dell'argento nonostante le preoccupazioni per la tossicità. Le concentrazioni di cianuro di sodio (NaCN) sono tipicamente 0,01-0,5%. Il processo è sicuro quando il pH viene mantenuto sopra 10 per sopprimere il gas HCN.

Lixiviganti alternativi

A causa dei rischi ambientali del cianuro e dei limiti di leaching acido, sono stati sviluppati diversi lixiviants alternativi.

  • Thiosulfate:[] Usato come alternativa atossica per l'accreditamento dell'oro. Richiede un'ione cuprico come catalizzatore e forma un complesso stabile di oro-tiosolfato. L'adozione commerciale sta crescendo, soprattutto per minerali preg-robbing carbonaceous.
  • Thiourea:[] Leaches oro in condizioni acide, ma è più costoso e meno selettivo del cianuro.
  • Chloride/Hypochlorite:[] Usato per l'estrazione dell'oro da concentrati (il processo "Intec") e per l'allenamento di piombo, bismuth e altri metalli come chloro-complexes.
  • I liquidi ionici e solventi eutettici profondi:[ I solventi verdi emergenti con selettività sintonizzata. Non sono ancora commerciali per metalli ingombranti ma mostrano promessa per terre rare e metalli a batteria.

Bioleader

Bioleaching utilizza microrganismi come Acidithiobacillus ferrooxidans] per catalizzare l'ossidazione dei minerali solfidali, rilasciando metalli in soluzione.

Soluzione Purificazione e recupero dei metalli

Dopo l'adesione, il PLS contiene il metallo di destinazione con varie impurità, la soluzione deve essere concentrata e purificata prima della fase finale di recupero dei metalli. La scelta della tecnologia dipende dalla concentrazione dei metalli, dalla selettività e dalla scala economica.

Estrazione del solvente (SX)

SX è il cavalletto di lavoro per la purificazione del rame e dell'uranio. Il PLS è contattato con un solvente organico contenente un estrattore specifico del metallo (ad esempio, idrossiossimi per il rame). I trasferimenti di metallo alla fase organica, mentre le impurità rimangono nel rafinato acquoso. Il organico caricato viene quindi spogliato con un acido concentrato per produrre una soluzione acquosa ad alta purezza adatta al cambiamento elettro-

Ion Exchange (IX)

IX utilizza perle di resina solide che assorbono selettivamente gli ioni metallici dalla soluzione. È particolarmente utile per soluzioni diluite (ad esempio, liquori di uranio ISL, oro dalle soluzioni di cianuro e terre rare). Dopo il caricamento, la resina è elutata con un piccolo volume di forte reagente, producendo una soluzione concentrata. IX può ottenere un recupero molto elevato (>99%) e gestire tassi di flusso variabile.

Precipitazione e Cementazione

La precisione è il metodo più semplice: l'aggiunta di un reagente che forma un composto insolubile con il metallo. Il rame può essere precipitato come Cu2S con solfuro di idrogeno, o come Cu(OH)2 con calce. La polvere di zinco è usata per la cementazione dell'oro (il processo di Merrill-Crowe): ]2[Au(CN)2]]− + Zn →

Elettro-premiato (EW)

EW è la deposizione elettrolitica del metallo da soluzione a catodo. È il passo finale per le piante SX-EW in rame (che producono catodo di purezza 99,99%), per elettrolanciatura di zinco, e per soluzioni di cianuro d'oro combinate con la rimozione di ossigeno disciolto. Le moderne celle EW utilizzano vuoti in acciaio inossidabile con la rimozione periodica del deposito metallico. Il consumo energetico è alto (1,5–3,5 kWh/kg per rame), ma la Combin è completamente è la Combin è la composizione.

Vantaggi e considerazioni ambientali

L’idromeleurgia offre chiari vantaggi ambientali sulla pirometallurgia: nessuna emissioni di SO2, minore impronta di carbonio, e la capacità di trattare i minerali sul sito minerario senza concentrati di spedizione per i fondelli. Tuttavia, non è senza sfide ambientali. I grandi volumi di acque reflue (PLS, rafiLDnate, lava soluzioni) richiedono un’attenta gestione.

Un altro vantaggio è la capacità di combinare il recupero del metallo con il riciclaggio delle risorse: l'idromeleurgia è fondamentale per il riciclaggio dell'e-waste, il riciclaggio della batteria agli ioni di litio (ad esempio, utilizzando l'imbracatura per recuperare Li, Co, Ni, Mn), e l'estrazione mineraria urbana.

Sfide e direzioni future

Nonostante la sua maturità, l'idrometalurgia affronta sfide in corso. Leaching cinetics per alcuni minerali (ad esempio, chalcopyrite) rimangono lenti, richiedendo alte temperature o pressioni, che aumentano i costi. La presenza di minerali gangue può consumare reagenti e ostacolare il trasferimento di massa.

Gli sviluppi futuri sono probabilmente incentrati su:

  • Ricupero in situ (ISR)[] per terre di rame, oro e rare, riducendo l'impronta superficiale e eliminando i codeing.
  • Noduli polimetallici di tipo dep-sea: Lavorazione idrometallurgica dei noduli manganesi contenenti Ni, Co, Cu e Mn utilizzando l'irraggiamento selettivo con acido ammoniaca o solforico.
  • Leaching elettrochimico:] Utilizzando l'elettrolisi per generare i lixiviant in situ, riducendo il consumo di reagente.
  • Intensificazione della procedura:[ Reattori ad alta temperatura, lisciviazione ad ultrasuoni e riscaldamento a microonde per accelerare la cinetica.
  • Chimica verde:[] Lixiviant atossici come aminoacidi (glicina), polisaccaridi o solventi a base bio.

L'integrazione dell'idromeleurgia con pirometallurgia (processi ibridi) sta anche acquisendo interesse — ad esempio, l'ossidazione arrostimento o pressione per abbattere le matrici refrattarie prima di leaching. Come l'industria transizioni a minerali di qualità inferiore e materiali riciclati, l'importanza dell'idromeleurgia aumenterà solo.