استعادة البايرايت والرصاص: نظرة عامة

إضافة إلى ترسانة الاستخدامات التي لا تعد ولا تحصى ،
البايرايت
هو جزء فعال وأساسي من إنتاج واستعادة الرصاص. بالاعتماد على ملامح المسامية أو كيمياء الأكسدة والاختزال في البايرايت ، توفر الشوائب الصناعية للبيريت بكميات متكافئة وشبه متكافئة من البايرايت (المعالجة أو غير المعالجة) خصائص شاملة لإزالة الرصاص من محلول مائي وهي وحدها المسؤولة عن دفع التوازن إلى اليمين في صهر الرصاص. بالإضافة إلى ذلك ، يجد البايرايت استخدامات في شكله المكلس أو المكلس لإزالة المعادن (بما في ذلك الرصاص) من محلول مائي كما هو الحال في مخلفات التعدين.

البايرايت في عملية صهر الرصاص

لا شك أن الصهر ، بقدر ما قد يبدو بسيطا ، عملية معقدة. يتم إضافة العديد من المكونات إلى المصهر جنبا إلى جنب مع الخام و / أو المعدن المعاد تدويره. الموضح أدناه هو المعادلة الكيميائية لتحويل أكسيد الرصاص (PbO ، الخام الأساسي) إلى المعدن (1). باستخدام الحرارة ومجموعة من المضافات المختزلة والأكسدة ، تكون العملية فعالة وفعالة. تعتبر مسارات الاختزال والأكسدة أدناه حاسمة ، ولن تعمل بدون البايرايت. البايرايت هنا بمثابة مختزل.

2 FeS 2 + 15 PbO → Fe2O 3 + 4 SO3 + 15 Pb ميكروغرام = -23804 كيلو كالوري مول -1
FeS 2 + 5 PbO → FeO + 2 SO2 + 5 Pb ميكروغرام = -9548 كيلو كالوري مول -1

على الرغم من درجات الحرارة المرتفعة التي يتم فيها إجراء هذه التفاعلات ، إلا أنها مواتية ديناميكيا حراريا عند 1100 درجة مئوية (2) ، كما يتضح من قيم جيبس للطاقة الحرة (ΔG) المذكورة أعلاه. يؤثر دفع الاتزان إلى حد كبير هنا، حيث يؤثر إنتاج أنواع الحديد في دفع الاتزان إلى اليمين أثناء ذوبانه في الخبث. يتم تعديل هذا التأثير بشكل أكبر من خلال فقدان ثاني أكسيد الكبريت بسهولة وسرعة في الغلاف الجوي. لا تظهر كربونات الصوديوم التي تضاف لعزل ثالث أكسيد الكبريت وتحويله إلى كبريتات الصوديوم وثاني أكسيد الكربون (SO 3 إلى Na 2 SO4 + CO2) الذي يدخل الخبث ويختفي في الغلاف الجوي على التوالي (3). يمكن نظريا استخدام عنصر الكبريت ، ولكن من الصعب التعامل معه من
البايرايت
وله نقطة انصهار وغليان أقل ، مما يجعله أقل كفاءة (4).

shutterstock_1671212602 واسعة

إزالة الرصاص الثانوي

بسبب عدم الحاجة إلى كيمياء الأكسدة والاختزال للإزالة الثانوية للرصاص (أي الرصاص المشتق من مصادر الخردة في الغالب) ، ليس للبيريت دور يلعبه هنا ما لم يتم صهر الرصاص وإضافته إلى عملية عزل الرصاص التقليدية (الأولية). الرصاص ، مثل العديد من المعادن الأخرى ، قابل لإعادة التدوير بشكل لا نهائي بشرط إزالة الشوائب.

عملية الصب المعدنية مع الأحمر ارتفاع درجة الحرارة النار في مصنع جزء معدني
الأسلاك النحاسية المستخدمة في صنع أكسيد النحاس

تحميص الكلور

التحميص بالكلور هو طريقة لاستخراج المعادن عالية القيمة من المخلفات. وعن طريق تحميص مواد المخلفات (من تعدين الرصاص والذهب والفضة، على سبيل المثال) ثم إخضاع هذه المادة لجو غني بالكلور، تشكل المعادن ذات القيمة العالية بسهولة أملاح الكلوريد في الموقع، والتي يمكن بعد ذلك فصلها بسهولة وإزالة الكلور منها لاحقا. تم اقتراح البايرايت كمادة لتعزيز تحويل مصدر الكلوريد (كلوريد الكالسيوم) إلى الكلور الأولي (5) ، وفقا للصيغة التالية:

CaCl2 + FeS 2 + O 2 → CaSO4 + Fe 2 O3 + Cl 2

قد يتفاعل غاز الكلور بعد ذلك مع أي معدن موجود (مثل الرصاص والذهب وما إلى ذلك ، يكون بتركيز منخفض ومنتشر على نطاق واسع من خلال المخلفات) لتشكيل كلوريد هذا المعدن:

M + Cl 2 → MCl2 (أو كلوريدات أخرى من المعدن ، حيث "M" هو معدن)

سيتم إنتاج الكلور في النهاية عن طريق التحلل الحراري البسيط لكلوريد الكالسيوم ، لكن البايرايت يعزز ذلك. استخدام البايرايت له أيضا تطبيقات أوسع في تنظيف المخلفات المعدنية المختلفة ، بما في ذلك السيانيد (6). بشكل عام ، فإن ميزة القدرة على استخدام البيريت سهل الاستخدام وغير مكلف نسبيا لتعزيز عملية كلوريد الكالسيوم تؤتي ثمارها.

البايرايت والأحماض

كما ذكر في مناقشات أخرى على هذا الموقع ، فإن البايرايت يتحمل على نطاق واسع الأحماض والقواعد. هذا يعني أنه يمكن استخدامه في مجموعة أوسع من التطبيقات. تتمثل إحدى طرق استخراج خام الرصاص في أكسدته بالبيريت وحمض النيتريك المركز. تأخذ طريقة "الكيمياء الرطبة" هذه زمام المبادرة في المرحلة المائية مقارنة باستخدام الفرن وإذابة الخام. لذلك ، قد يكون لها متطلبات طاقة أقل. عند تسخين خام الجالينا باستخدام البايرايت وحمض النيتريك ، يتسرب كبريتيد الرصاص إلى المرحلة المائية ، مما يؤدي في النهاية إلى إنتاج anglesite - PbSO4. بسبب درجات الحرارة المعنية ، يتم إجراء الأكسدة بسهولة بواسطة الحمض ، مع تكوين كمية صغيرة من البرقوق أيضا (7). قد تكون هذه الطريقة جذابة بشكل خاص إذا كان الرصاص مطلوبا في النهاية ككبريتيد / كبريتات أعلى بدلا من الرصاص الأولي أو المنصهر. يفضل أي كيميائي حديث استخدام طريق أكثر مباشرة إذا كان الكبريتيد / الكبريتات مطلوبا - مما يلغي تماما الحاجة إلى الفرن العالي. كبريتات الرصاص (ii) لها استخدامات واعدة في التخزين الكهربائي والبطاريات.

Lead-Ingot-Block-Plate-Billet-Lead-Metal-Plumbum-Ingot

البايرايت المعالج: تطبيقات أخرى

في حين أن العديد من التطبيقات السائدة للبيريت تستخدمه في شكله الخام غير المعالج ، إلا أن هناك العديد من التطبيقات الأخرى حيث يمكن لعملية بسيطة مثل التكليس أن تفتح المزيد من الأبواب. تعني نقطة انصهار البايرايت البالغة 1177 درجة مئوية أن درجات حرارة التكليس يجب أن تكون أقل بكثير من ذلك. تشكيل جمرة البايرايت - عملية تحميص فعالة تليها إزالة الكبريت - له أيضا مجموعة متواضعة من الاستخدامات.

البايرايت المكلس

كما هو الحال مع المواد الأخرى التي تخضع للتكليس ، سيصبح البيريت المعالج حراريا أكثر مسامية ومتعدد الكريستالات - مما يمنحه خصائص مناسبة بشكل خاص لاستعادة الملوثات أو المعادن. وقد ثبت أن البايرايت المكلس فعال في إزالة الزئبق (8) والنحاس (9) من مخلفات المناجم والصرف. في الزراعة ، يمكن للبيريت في شكله المكلس إزالة تركيزات عالية معتدلة من أيونات الأمونيوم والفوسفات والنتريت من المياه الدائمة والجريان السطحي ، مما يمنع خروجه إلى مجاري المياه ويحمي من التخثث (10).

بالعودة إلى الرصاص ، واستعادته من محلول مائي ، يتم تقديمنا بقصة مماثلة: البايرايت المكلس المسامي فعال في إزالة الرصاص. نظرت إحدى الدراسات في كيفية دعم البايرايت المكلس في أعمدة السرير الثابت وتمرير المحاليل المائية ذات الطابع المعدني الفردي والمختلط فوقها. بالإضافة إلى القدرة على إزالة النحاس ، تمكن البايرايت من إزالة 73.7 مجم جم -1 من الرصاص (ملغ من الرصاص لكل غرام من البايرايت المكلس) من محلول معدني واحد ، يمثل حوالي سيركا. كفاءة 15٪.. عندما تم تطبيق هذا على محلول متعدد المعادن يحتوي على الكادميوم والزنك بالإضافة إلى النحاس والرصاص ، انخفضت كفاءة إزالة الرصاص المعزول إلى 2.5٪ (11). يصف المؤلفون آلية التشغيل بأنها آلية الترسيب والذوبان عن طريق تكوين الكوفيليت والجالينا في الموقع ، كما هو موضح سابقا.

الحديد البيريت شذرات الحمقى الذهب

بيريت جمرة

كان هناك اهتمام بتحويل أكاسيد المعادن إلى الكبريتيدات المكافئة لها ، والتي قد يكون لها تطبيقات في مجال تخزين الطاقة. الفلكنة هي عملية مرتبطة بشكل أكثر شيوعا بإنتاج المطاط - وتشير بشكل صحيح إلى معالجة المطاط الطبيعي بالكبريت من أجل الصلابة - لكن الباحثين أثبتوا أنه يمكن فلكن أكسيد الرصاص يمكن فلكنته (أي معالجته بالكبريت لتحويله إلى كبريتيد) باستخدام البايرايت. عند تسخينه معا عند 900 درجة مئوية ، يتحول الأكسيد والبيريت إلى كبريتيد عند مستويات تحويل شبه كاملة ، مما يوفر PbS في شكل بلوري عالي النقاء (11).

موجز

  • يعد استرداد الرصاص عملية صناعية أساسية - ضمان منع الخسائر في مجاري المياه والبيئة بشكل عام أمر بالغ الأهمية
  • كجزء من إنتاج صهر الرصاص ، يضاف البايرايت لضمان تقليل أكسيد الرصاص إلى الرصاص المعدني
  • البايرايت قادر على تعزيز التحميص بالكلور ، وهي عملية لإزالة المعادن والمعادن الثمينة بكميات صغيرة من المخلفات ، على سبيل المثال من إنتاج الرصاص
  • مع الأحماض ، يقدم البايرايت نهج "الكيمياء الرطبة" لاستخراج الرصاص ، وتجنب الحاجة إلى الصهر
  • في عمليات التنظيف الصناعي ومعالجة نفايات التعدين ، قد يكون البيريت المكلس بمثابة "إسفنجة" لإزالة الرصاص من مياه الجريان السطحي ؛ يعمل البايرايت بطريقة مماثلة لإزالة الرصاص من محلول مائي
  • جمرة البايرايت هي شكل من أشكال البايرايت الفعال في إزالة المعادن - بما في ذلك الرصاص - من المحلول ، وهو فعال لمجموعة متنوعة من المعادن عند قيم الأس الهيدروجيني أعلى من 6
مسحوق البيريتس في وعاء

مراجع

1 Z. Szczygiel et al., JOM, 1998, 4, 55
2 H. وانغ و D. مطلق النار ، Environ. التكنولوجيا., 2000, 21, 561

3 إ. ر. كول و أ. ي. لي ، علم المعادن المائية ، 1984 ، 12 ، 49

4 C. Zschiesche et al. ، تحديات وفرص عملية صهر الرصاص لخليط الأعلاف المعقدة ، في: B. Davis et al. (محرران) ، استخراج 2018 ، أوتاوا ، 2018

5 X. Guo et al., سبتمبر. بوريفيكات. التكنولوجيا., 2020 250 , 117168

6 دبليو وانغ وآخرون ، ج. منظف برود ، 2021 ، 302 ، 126846

7 R. G. Zárate و G. T. Lapidus ، علم المعادن المائية ، 2012 ، 115 ، 57

8 P. Liu et al. ، المعادن ، 2019 ، 9 ، 74

9 ت. تشين وآخرون ، عامل المنجم. بيئة المياه., 2019 36, 397

(10) ج. غو وآخرون، الحياه الفطريه. القرار., 2021, 194, 110708

11 ي. يانغ وآخرون، الصناعيه. المهندس. الكيمياء. القرار., 2014, 53, 18180

12 أ. جوكيلاكسو وآخرون ، المعادن ، 2019 ، 9 ، 911
(13) د. تشين وآخرون، عامل المنجم. بروس. استخرج. ميتالورغ., 2012, 127, 79,

14 T. J. Chan et al. ، صناعة الحديد وصناعة الصلب ، 2013 40 ، 430

(15) د. بيندز وآخرون، (آبل) جيوكيم., 2017, 85, 106,