В процеса на топене на цветни метали, като мед, олово и цинк, се генерират странични-продукти, съдържащи благородни метали като злато, сребро, платина и паладий (напр. анодна тиня, шлака от топене и димен прах). Ако тези странични -продукти се изхвърлят директно, това не само води до загуба на ресурси, но може също така да представлява риск за околната среда. Промишлеността използва основно три вида технологии-пирометалургични процеси, хидрометалургични процеси и комбинирани процеси-за постигане на ефективно възстановяване на благородни метали. Всеки от тези процеси има свои технически характеристики и подходящи сценарии, като заедно поддържат „рециклирането на ресурси“ и „увеличаването на стойността“ в индустрията на цветната металургия.
1. Пирометалургичен процес: традиционна високо{1}}ефективна технология за възстановяване, движена от висока температура
Пирометалургичният процес е класическа техника, която използва принципа на „отделяне при топене при висока-температура“ за обогатяване и пречистване на благородни метали от странични-продукти. Благодарение на своята зряла технология и голям капацитет за обработка, той остава основният избор за възстановяване на благородни метали от аноден шлам (основният страничен -продукт, съдържащ благородни метали при топенето на мед и олово).
Основен принцип
Чрез нагряване при високи температури (1200-1500 градуса), основните метали (като мед, олово и калай) в страничните -продукти се топят, за да образуват „шлака“ или „сплав“, докато благородни метали (злато, сребро, платина, паладий) с високи точки на топене и плътност се утаяват и концентрират в разтопената система, образувайки „олово“ кюлчета“ (оловна сплав, съдържаща благородни метали) или „необработено злато“. Последващите процеси на рафиниране (като електролиза и купелация) дават благородни метали с висока чистота.
Типичен процес (като пример е обработката на слуз с меден анод)
Предварителна обработка за печене: Изпичане на анодната тиня при 600-800 градуса за отстраняване на летливи примеси като сяра, селен и телур, предотвратявайки генерирането на вредни газове по време на последващо топене.
Редукционно топене: Добавяне на редуциращи агенти като кокс и железни стърготини, смесването им с изпечения аноден шлам и подаването им в реверберационна пещ или конвертор. При високи температури неблагородните метали образуват шлака, докато благородните метали се утаяват като „оловни кюлчета“.
Купелно рафиниране: Изпращане на оловния кюл в купелационна пещ и нагряването му във въздуха, за да се окисли оловото в оловен оксид (който се отстранява с шлаката), оставяйки след себе си „златната-сребърна сплав“.
Електролитно пречистване: Златната-сребърна сплав се обработва с азотна киселина за отделяне на среброто и с хлорид за отделяне на златото, последвано от електролиза за получаване на злато и сребро с чистота над 99,99%. Платината и паладият се извличат допълнително от отпадъчните разтвори.
Предимства и подходящи сценарии
Предимства: Large processing capacity (single furnace can handle tens of tons of anode slime per day), high recovery rates for precious metals (generally >98% за злато и сребро) и силна стабилност на процеса с минимално въздействие от колебанията в състава на страничните-продукти.
Подходящи сценарии: Странични-продукти, съдържащи лесно топими неблагородни метали като олово и мед (напр. шлам от медни аноди, прах от димни газове при топене на олово), особено подходящи за широкомащабно-промишлено възстановяване.
2. Хидрометалургичен процес: Прецизна технология за разделяне чрез химическо разтваряне
Хидрометалургичният процес използва принципа на „селективно разтваряне с химически реагенти“ за извличане на благородни метали от странични-продукти с помощта на киселини, основи или комплексообразуващи агенти, последвано от утаяване, адсорбция или електролиза за разделяне и пречистване. Поради ползите си за околната среда и прецизното отделяне на примесите, през последните години се прилага все повече при възстановяването на странични продукти с нисък-качество и сложен състав-.
Основен принцип
Специфични реагенти (като цианиди, тиокарбамид, царска вода, хлориди) се избират въз основа на състава на страничните-продукти, за да образуват разтворими комплекси (напр. златен цианиден комплекс, сребърен тиокарбамиден комплекс) при стайна или ниска температура (50-90 градуса), докато основните примеси (като желязо, алуминий и силиций) остават неразтворими или утайка. След това благородните метали се извличат от разтвора чрез изместване на цинков прах, адсорбция с активен въглен или електроотлагане.
Типичен процес (като пример за обработка на шлака от топене)
Предварителна обработка: Раздробяване и смилане на шлаката от топене до фини частици (под 200 меша) за увеличаване на контактната площ с реагентите.
Излугване: Излугване на шлаката с разредена сярна киселина или солна киселина за извличане на неблагородни метали (напр. желязо, цинк), филтриране за получаване на "благородна шлака" и след това излугване на ценната шлака с разтвор на натриев цианид (или разтвор на тиокарбамид) за получаване на инфилтрат, съдържащ благородни метали.
Разделяне и възстановяване: Добавяне на цинков прах към инфилтрата за изместване на златото и среброто, образувайки "златна кал". Ако присъстват платина и паладий, те могат да бъдат разделени чрез адсорбция на йонообменна смола.
Пречистване: Златната кал се измива-с киселина, за да се отстранят примесите и след това се пречиства чрез електролиза или топене, за да се получи чисто злато и сребро.
Предимства и подходящи сценарии
Предимства: Ниска консумация на енергия (не се изисква високо{0}}температурно нагряване), добро екологично представяне (замърсяването може да бъде намалено чрез рециклиране на отпадъчни води), високи нива на възстановяване на благородни метали с нис-качество (напр. съдържание на злато в шлаката<5g/t), and simultaneous recovery of platinum and palladium.
Подходящи сценарии: Ниско{0}}качествена шлака от топене, ценна шлака, съдържаща-за-топене примеси като силиций и алуминий, и зони с високи екологични изисквания (напр. топилни инсталации в близост до водоизточници).
3. Комбиниран процес: Ефективна комбинация от "Физическо обогатяване + химическо пречистване"
Комбинираният процес първо използва техники за физическо обогатяване (като флотация и гравитационно разделяне) за обогатяване на благородни метали от странични -продукти, последвано от хидрометалургични или пирометалургични процеси за пречистване. Този подход балансира „ниско-разходно обогатяване“ и „високо-възстановяване на чистота“, което го прави особено подходящ за работа със сложни състави и фино вградени благородни метали в-странични продукти (напр. фино-зърнест димен прах от топене и нисък-отпадъци).
Основен принцип
Чрез използване на разликите във физическите свойства между благородните метали и примесите (като плътност, магнетизъм и хидрофобност на повърхността), процесът на обогатяване концентрира благородните метали в „концентрат“ (увеличавайки качеството на благородния метал с 10-100 пъти), намалявайки обема на материала за последващо топене или химическо третиране, като по този начин намалява разходите. След това характеристиките на концентрата диктуват дали да се използват пирометалургични или хидрометалургични процеси за възстановяване на благородни метали с висока чистота.
Типичен процес (като пример за обработка на фино-зърнест димен прах)
Обогатяване с гравитационно разделяне: Смесване на прах от димни газове с вода за създаване на суспензия, използване на разклащащи маси или центробежни концентратори за отделяне на по-леки примеси (като силициев диоксид) от по-тежки благородни метали (плътност на златото 19,3 g/cm³), като се получават груби концентрати от благородни метали.
Флотационно пречистване: Добавяне на колектори (напр. ксантат) към грубия концентрат, за да се направи повърхността на минералите от благороден метал хидрофобна, което им позволява да се прикрепят към въздушните мехурчета и да образуват "флотационни концентрати" (по-нататъшно повишаване на качеството на благородния метал).
Хидрометалургично рафиниране: Излужване на флотационния концентрат с царска вода, последвано от екстракция с разтворител (напр. използване на дибутил карбамат за извличане на злато) за отделяне на злато, сребро, платина и паладий, като в крайна сметка се получават продукти от чист благороден метал.
Предимства и подходящи сценарии
Предимства: Ниска цена за първоначално физическо обогатяване, минимална консумация на последващи химични реагенти, високи общи нива на възстановяване (5%-10% по-високи от единични хидрометалургични или пирометалургични процеси) и възможност за обработка на фини-зърнести и ниско-степенни странични продукти, които трудно се възстановяват с други методи.
Подходящи сценарии: фино-зърнест прах от димни газове, ниско{1}}отпадъци, съдържащи благородни метали, и сложни странични-продукти с благородни метали, вградени в пустинни минерали.
Сравнителен анализ на трите процеса и тенденции в прилагането на индустрията
| Тип процес | Основни предимства | Основни недостатъци | Типични приложими странични-продукти | Степен на възстановяване на благородния метал |
|---|---|---|---|---|
| Пирометалургичен | Голям капацитет за обработка, силна стабилност | Висока консумация на енергия, трябва да се справят с димни газове с висока{0}}температура | Меден/оловен аноден шлам, високо{0}}качествен прах от димни газове | >98% |
| Хидрометалургичен | Ниска консумация на енергия, добра екологична ефективност | Дълго време за обработка, високи разходи за реагенти | Ниско{0}}качествена шлака от топене, ценна шлака | 95%-98% |
| Комбиниран процес | Ниска цена, висока степен на възстановяване | Множество етапи на процеса изискват поддържащо оборудване за обогатяване | Фин{0}}зърнест прах от димни газове, ниско{1}}качествени отпадъци | 96%-99% |
Понастоящем пирометалургичният процес все още доминира при възстановяването на високо-качествен,-аноден шлам, но подобрява екологичните си характеристики чрез технологии за „оползотворяване на отпадъчна топлина“ и „пречистване на димни газове“. Хидрометалургичният процес се надгражда до „излугване без-цианид“ (като излужване с тиокарбамид и хлорид), за да се намали използването на силно токсични реагенти. Комбинираният процес се превръща в основно направление за оползотворяване на ниско-качествени и сложни странични-продукти, особено при насърчаването на целите за „двоен въглерод“, тъй като неговите характеристики „ниска консумация на енергия и високо рециклиране“ са в по-голямо съответствие с нуждите за устойчиво развитие на индустрията.
Чрез гъвкавото прилагане на тези три процеса благородните метали в страничните-продукти от металургията на цветните метали могат да бъдат ефективно възстановени, повишавайки икономическите ползи за предприятията и постигайки рециклиране на ресурси, което превръща отпадъците в ценни материали, осигурявайки стабилни доставки на суровини за индустрията за благородни метали (като бижута, електроника и нова енергия).
