概述
水冶金(Hydrometallurgy)是提取冶金領域的一部份,包含了用水化學(aqueous chemistry)把礦物從礦物中復原,濃縮金屬或回收剩餘材料。
內容
水冶金可分為三方面典型的方面:
浸析
浸析包含用有浸出劑的水溶液與帶有價值金屬的材料接觸的過程。溶液中的浸出劑可是酸性或鹼性的,浸出劑的類別和濃度一般都要根據要復原金屬的類別選擇。在浸出過程中,溶液的氧化勢,溫度和pH值是重要的參數,而常常使所要的金屬成份在水相中溶解得最好的參數。
三種基本浸出技術是原地(in-situ)浸出;堆(Heap)浸出,和大桶(Vat)浸出。
(1)原地浸出
原地浸出也稱“溶液採礦”。過程之初包含鑽洞到礦內沉積物。爆炸或液壓破裂用來產生溶液滲入沉積物的通道。浸出溶液抽入沉積物,讓它和礦接觸,然後收集這些溶液並加工。貝維林(Beverley)鈾沉積的開採是原地浸出的一個例子。
(2)堆浸析
在堆浸析過程中,粉碎(有時集合的顆粒)的礦料堆成一堆,它由不可滲透的層所組成。浸析溶液從堆頂噴下,讓它往下浸透整堆。設計時一般把堆和收集坑連在一起。坑可收集溶解了有用金屬的溶液(稱為”充滿“液),並可用泵抽到下一過程。
(3)大桶浸析
大桶浸析包括把一般已經減小了尺寸和分類的材料在大罐或大桶中與浸析液接觸。大桶一般都裝有攪拌器,使固體顆粒在大桶內懸浮以改善顆粒和液體的接觸。經過大桶浸析後,浸析後的固體和“充滿”的溶液在進行下一步之前分開。
溶液濃縮和淨化
經過浸析後,浸析的溶液一般都把要復原的金屬離子濃縮。由於在浸析的過程中有些不要的金屬也進入溶液中,因此,溶液常常要淨化一消除哪些不要的成份。用來濃縮和淨化溶液的過程包括:沉積、滲碳(Cementation)、溶劑提取、離子交換溶劑提取。
一種稀析的混合提取劑從一種相到另一相提取金屬,在溶劑提取中,這種混合劑常稱為“有機物”,因為它的主要成份是油。
PLS(“充滿”的浸析溶液)和“有機物”混合到乳化劑中,就可分離金屬;金屬從PLS交換到有機物內,最後形成有負載的有機物和提余液。電解沉積時,有負載的有機物和電解液一起混到乳化劑中,金屬從有機物交換到電解液。然後用電解方法就可從電解液提取金屬。
離子交換
螯合劑(Chelate),天然的沸石,活性碳,樹脂和液體有機漬碳所有都用來與溶液交換陰離子或陽離子。選擇性和復原是反應物和所含雜質的函式。
金屬復原
金屬交換是水冶金的最後過程。在金屬復原的步驟,常直接生產適合作為原材料出售的金屬。但有時要求高純度金屬時,則需要精煉。金屬復原的最初類型是電解,氣體還原和沉積。
電解
在陰極上沉積金屬和溶解或進行氧化反應在陽極上的金屬是復原和純化金屬的電沉積和純化的過程。
沉積
沉積在水冶金水中包括金屬和它的化合物的化學沉積或雜質從水溶液的化學沉積。
加溶劑,蒸發,pH變化,或溫度變化;任何一種參數改變,使超過溶解的極限,沉積都會發生。為了增加沉積的效率,常用加晶種的辦法使溶液加快晶化。