Способы контакта руды и растворителя

Тема 9. Кинетика выщелачивания

Для химического и физического растворения характерно наличие трех стадий процесса:

I - подвод растворителя к поверхности минерала;

II - взаимодействие растворителя с минералом;

III - отвод продуктов реакции от поверхности раздела фаз.

Определяющей стадией кинетики может быть любая. Если процесс определяет I или III стадии (доставка растворителя или отвод), то это диффузный режим растворения, наиболее часто встречается при выщелачивании, характеризуется V_I (V_III) < V_II. диффузионный режим характеризуется зависимостью интенсивности растворения от скорости и направления движения растворителя, его вязкости, коэффициента диффузии.

Расстояние на котором концентрация растворителя убывает от С_о (в объеме раствора) до С_п (на поверхности зерна) называется диффузным слоем.

Скорость выщелачивания в диффузном режиме определяется по формуле:

ν=k_vS(C_п-C_о),

где k_v – константа скорости растворения

S - поверхность растворяемого минерала

С_п – концентрация вещества у поверхности минерала

С_о – концентрация в объеме раствора.

Если растворение является результатом химического взаимодействия раствора реагента с поверхностью минерала и определяющей стадией является скорость именно этого взаимодействия, то процесс протекает в кинетическом режиме V_х < V_диф.

Такое возможно, но реже (для реакции комплексообразования) С_п = С_о – диффузного слоя нет. Скорость растворения описывается уравнением:

ν = kSCⁿ

k - константа химической реакции

S - поверхность твердой фазы

C - концентрация реагента

n - порядок реакции

Влияние t° в этом режиме значительнее.

V растворения ↑ при повышении t° на 10°С ~ в 2-3 раза.

Возможны переходные режимы.

Например, если в отсутствии перемешивания: V_x > V_д, т.е. лимитирует диффузия. Но, применив перемешивание процесс можно перевести из диффузного в химический.

Требования, предъявляемые к растворителю:

1. Максимально селективен по отношению к полезному минералу;

2. Дешевый;

3. Доступный;

4. Безвредный.

1. Агитация – перемешивание измельченной руды с растворителем

- механическое – чан – агитатор центробежный тип (мешалка);

- пневматическое – пачук.

2. Перколяция – просачивание растворителя через неподвижный слой руды:

- контактный чан;

- кучное выщелачивание;

- подземное выщелачивание.

Как говорилось выше, фазовые переходы продолжительны по времени, т.е. малые скорости растворения минералов. Это основное препятствие для широкого применения наземного и подземного выщелачивания. Причина – труднорастворимые минеральные образования.

Способы интенсификации выщелачивания

1. Подогрев растворителя

2. Перевод труднорастворимых минералов в легкорастворимые за счет обжига, спекания руды.

3. Воздействие электрических полей различной частоты.

4. Воздействие ультразвука или вибрации

5. Увеличение поверхности за счет дробления или измельчения п. иск.

Использование бактерий. рН 1÷4 – в наземных условиях, 5÷6 – наземных и подземных условиях.

Тема 10 Агитационное выщелачивание [уран]

Крупность исходного материала менее 0,2 мм, время выщелачивания 1-24 ч.

Область применения для окисленных медных, урановых, Au-содержащих руд, хвостов флотации, Au-содержащих флотоконцентратов, труднообогатимых продуктов.

Достоинства: высокая скорость процесса, высокое извлечение; недостатки - требуется тонкий помол.

Аппараты с механическим перемешиванием чаще используют для вскрытия концентратов и отходов производства, так как они имеют сравнительно малый объем (до 75 м³).

Они представляют собой цилиндрические емкости с плоским, сферическим или коническим днищем. Диаметр аппарата, как правило, равен его высоте. Для устранения закручивания и появления воронки в центре аппарата укрепляется циркуляционная труба (дефлектор) диаметром d = (0,1−0,2)Дапп, на трубе могут быть расположены отверстия по винтовой линии для циркуляции пульпы и раствора. Пропеллерная мешалка располагается у нижней открытой части трубы (Рисунок 31а).

Рисунок 31 - Агитатор с механическим перемешиванием.

1 – пропеллерная мешалка, 2 – дефлектор.

При вращении мешалки чаще всего в дефлекторе образуется восходящий поток, а вблизи корпуса аппарата нисходящий поток. Регулярно организованная циркуляция пульпы предотвращает оседание твердых частиц пульпы на днище аппарата. Предотвращение образования воронки можно добиться также установкой продольных ребер на корпусе (Рисунок 31 б).

При работе аппарата в каскаде ввод и вывод рудной пульпы производятся через боковые штуцеры в верхней части аппарата.

Чан служит только для выщелачивания, а разделение твердой и жидкой фаз, отмывку твердой фазы проводят в других аппаратах.

Для выщелачивания бедных руд, когда перерабатываются огромные массы рудного материала, чаще используются аппараты с пневматическим перемешиванием (пачуки) большого объема (до 600 и более кубометров).

Они представляют собой цилиндры с коническим днищем (конусность 60°C), высота аппарата в 2–3 раза больше диаметра (Рисунок 32). Чаще всего в центре пачука укрепляется циркулятор, диаметр которого в 5–10 раз меньше диаметра пачука. Нижний конец циркулятора должен быть расположен не далее 0,5 м от днища аппарата, верхний конец циркулятора находится немного ниже уровня зеркала пульпы. Оба конца циркулятора должны иметь раструбы с загнутыми концами – это сокращает расход энергии на перемешивание.

Снизу в циркулятор подается сжатый воздух под давлением 200–300 кПа. Плотность образующейся в циркуляторе пульпо–воздушной смеси значительно меньше плотности пульпы в объеме аппарата, поэтому пульповоздушная смесь вытесняется вверх, в циркуляторе создается восходящий поток, а вдоль стенок аппарата – нисходящий поток. Регулярная циркуляция предотвращает оседание твердых частиц на днище аппарата. Воздух не только перемешивает пульпу, но и аэрирует ее, способствуя осуществлению в аппарате окислительных процессов.

Для вывода пульпы из аппарата пачуки иногда снабжают дополнительным аэрлифтом. При отсутствии аэрлифтного подъема для организации самотека пульпы каждый последующий аппарат каскада располагается на 0,1–0,2 м ниже предыдущего. Расход воздуха на перемешивание составляет 1−1,2 м³/час на 1м³ пульпы. На рис. 12.2 представлены некоторые конструкции пачуков.

Рисунок 32 - Схема аппаратов с пневматическим перемешиванием (типа Пачука) с циркулятором (а) и со свободным и транспортным аэролифтами (б).

1 – корпус; 2 – центральная циркуляционная труба; 3 – патрубок для подачи

пульпы; 4 – отражатель; 5 – слив для пульпы; 6 – транспортный аэрлифт; 7 –

свободный аэрлифт.

Расход энергии на перемешивание в пачуках несколько больше, чем в реакторах с механическим перемешиванием. Но пачуки предпочтительнее, так как они просты по конструкции, экономичнее в ремонте и обслуживании, могут применяться для вязких и грубых пульп, обеспечивают высокую производительность и аэрацию пульп. В пачуках имеет место бактериальное выщелачивание, т.к. перемешивание воздухом создает благоприятные условия для обеспечения жизнедеятельности бактерий.