又稱浸出。用適當的溶劑處理固體物料(如礦石、精礦或焙砂等),選擇性地溶解其中一種或幾種有價金屬,使之與固體物料中不溶解的組分分離的過程。這是一般濕法冶金流程中的第一步作業。

  浸取劑 常用的工業浸取劑有酸、堿、氨和鹽類等的水溶液。根據所用的浸取劑的不同可分為酸浸、堿浸、氨浸、氰化物浸取、氯化物浸取和有機溶劑(如乙二胺、乙腈)浸取等。浸取劑的選擇主要考慮被處理原料的特性、浸取的效果果和經濟因素等,既要達到浸取率高和選擇性好,又要使用方便、經濟和能再生循環使用。例如,含酸性脈石為主的鈾礦石應采用酸浸,含堿性脈石為主的銅礦則宜采用氨浸。中國株洲冶煉廠和沈陽冶煉廠的濕法煉鋅車間,采用鋅電解的廢液作為鋅精礦焙砂的浸取液。

  浸取的化學熱力學 在濕法冶金中,浸取不僅是溶解過程,常常伴隨有氧化、還原等化學反應,而且大多數涉及液、固、氣三相的多相反應。從物理化學觀點看,浸取過程應在化學熱力學因素較有利的條件下進行。

  在浸取的化學熱力學中,常用水溶液的電勢-pH圖研究浸取反應中各組分平衡的條件及存在范圍。在水溶液中,銅的各種形態穩定存在的熱力學條件,可用25℃時的Cu-H2O系電勢-pH圖說明(見圖)。因為氧線(a)在銅線之上,當有氧存在時,銅在整個pH范圍內都能被氧化,並分別在不同的pH下可得到不同的氧化產物。如果要使銅呈穩定的Cu2+形態進入溶液,顯然要在有氧或其他氧化劑存在的條件下盡可能地使浸取液保持較小的pH。由於氫線(b)在銅線之下,所以當有氫存在時所有呈氧化態的銅都能被氫還原為金屬銅。

  在濕法冶金浸取過程中,除使用Me-H2O系電勢-pH圖外,還發展瞭Me-L-H2O系電勢-pH圖;其中Me表示金屬,L表示NH3、Cl-CN-等。除室溫(25℃)下的電勢-pH圖外,還繪制瞭高溫(100~300℃)電勢-pH圖,以滿足高溫加壓浸取的需要。

  浸取過程動力學 影響浸取速度的因素很多,包括浸取物料的組成、結構和粒度,浸取劑濃度,溫度,攪拌速度和礦漿粘度等。研究浸取過程的速度和反應機理,屬於化學反應動力學的范疇。目的是要查明影響浸取過程的主要因素或控制步驟,探索強化浸取的途徑。

  浸取反應速度取決於反應進行的擴散傳質過程,還是取決於反應進行的動力學過程,一般可通過實驗確定。例如進行浸取溫度效應試驗,測定反應表觀活化能數值,可以作為判別根據之一。總的說來,擴散傳質過程較慢,往往成為浸取過程的控制步驟或決定性因素。如果浸取速度由固液界面的反應控制,則應減小顆粒的粒度。如受外擴散即顆粒外圍流體邊界層的擴散控制,則應加強攪拌速度。

  結合浸取動力學開展反應工程學的研究,建立浸取過程的數學模型,目的是便於工程上應用、設計放大和進行自動化控制。目前已提出的模型有顆粒表面收縮核心模型、顆粒崩解模型、多孔擴散模型和混合模型等。

  浸取過程的強化 浸取過程一般可以在常壓和低於100℃的溫度下進行。為強化浸取過程,50年代以來發展瞭加壓浸取技術,即在密閉的反應容器內進行加壓高溫浸取,主要特點是:①提高浸取溫度,加快浸取速度,從而大大地縮短浸取時間;②加壓浸取能使一些在常溫常壓下不能進行的化學反應成為可能;③加壓可以使某些氣體(如氧氣)或易揮發性的試劑(如氨)在浸取時有更高的分壓,使反應可能在更有利的條件下進行。在處理鋁礦、鈾礦和鎳礦時,工業上已經采用加壓浸取技術。中國鄭州鋁廠使用加壓堿浸法處理鋁土礦生產氧化鋁。加拿大於1981年新建成一座加壓濕法煉鋅廠,直接處理硫化鋅精礦,生產鋅和副產單質硫。

  濕法冶金所用的加壓浸取,一般溫度為100~200℃,壓力為1~50公斤力/厘米2。70年代以來,還研究瞭在更高溫度和壓力下的浸取反應,如在加壓堿浸鋁土礦時,把溫度提高到300℃和壓力提高到100公斤力/厘米2左右,反應可以在幾分鐘內完成。

  浸取方法 浸取的方法較多,如就地浸取、細菌浸取、堆浸和槽浸等。工業上廣泛使用的是槽浸,即先將礦石磨細,有時需要先經氧化或還原焙燒,然後在攪拌槽內加入溶劑浸取。浸取流程可以是一次或多次並流浸取,也可以是多級逆流浸取。浸取設備有浸濾槽和攪拌槽等,後者又分機械攪拌、氣體攪拌和管道反應器等。

  浸取方面的研究工作 例如:①將固體物料進行超細振動研磨,把顆粒磨細到幾微米再進行浸取;②尋找新的催化劑以加速浸取過程,如發現銀離子對某些硫化銅礦浸取有催化作用;③硫化礦的活化浸取,使礦物晶格破壞或轉變後再浸取;④陽極電溶解和陰極電還原析出金屬產品;⑤將有機溶劑或非水溶液用於浸取過程。

  

參考書目

 A.R.Burkin,The Chemistry of Hydrometallurgical Processes,Spon.,London,1966.

 H.Y.Sohn &M.E.Wadsworth,ed.,Rate Processes of Extractive Metallurgy,Plenum,New York,1979.