Pemulihan Pyrite Dan Plumbum: Gambaran Keseluruhan

Menambah lagi senjata kegunaannya,
Pyrite
adalah bahagian yang berkesan dan penting dalam pengeluaran dan pemulihan plumbum. Bergantung kepada profil keliangan atau kimia redoks pyrite, kemasukan industri pirit dalam kuantiti stoichiometrik dan sub-stoichiometrik pirit (dirawat atau tidak dirawat) menyediakan sifat penyingkiran plumbum yang komprehensif daripada larutan akueus dan bertanggungjawab sepenuhnya untuk menolak keseimbangan ke kanan dalam peleburan plumbum. Selain itu, pyrite mendapati penggunaan dalam bentuk kalsined atau cindered untuk penyingkiran logam (termasuk plumbum) daripada larutan berair seperti dalam ekor perlombongan.

Pyrite Dalam Proses Peleburan Plumbum

Tidak syak lagi bahawa peleburan, semudah yang kelihatannya, adalah proses yang kompleks. Banyak komponen ditambah kepada peleburan di samping bijih dan / atau logam kitar semula. Ditunjukkan di bawah adalah persamaan kimia menukar oksida plumbum (PbO, bijih utama) kepada logam (1). Menggunakan haba dan gabungan bahan tambahan pengurangan dan oksidatif, proses ini berkesan dan cekap. Laluan pengurangan dan pengoksidaan di bawah adalah penting, dan tidak akan berfungsi tanpa pirit. Pyrite di sini bertindak sebagai pengurangan.

2 FeS 2 + 15 PbO → Fe2O 3 + 4 SO3 + 15 Pb ΔG = -23,804 kcal mol-1
FeS 2 + 5 PbO → FeO + 2 SO2 + 5 Pb ΔG = -9,548 kcal mol-1

Walaupun suhu tinggi di mana tindak balas ini dijalankan, ia adalah termodinamik yang menguntungkan pada 1,100 °C(2), seperti yang dapat dilihat daripada nilai tenaga bebas Gibbs (ΔG) yang dipetik di atas. Menolak keseimbangan sangat berkesan di sini, dengan spesies besi yang dihasilkan mempunyai kesan menolak keseimbangan ke kanan kerana mereka larut dalam sanga. Kesan ini dimodulasikan lagi oleh sulfur dioksida yang mudah dan cepat hilang ke atmosfera. Tidak ditunjukkan ialah natrium karbonat yang ditambah kepada sequester sulfur trioksida dan menukarnya kepada natrium sulfat dan karbon dioksida (SO 3 kepada Na 2 SO4 +CO2) yang memasuki sanga dan hilang ke atmosfera masing-masing (3). Sulfur unsur secara teorinya boleh digunakan, tetapi ia lebih sukar untuk dikendalikan daripada
Pyrite
dan mempunyai takat lebur dan didih yang lebih rendah, menjadikannya kurang cekap (4).

shutterstock_1671212602 Wide

Penyingkiran plumbum sekunder

Kerana kekurangan keperluan kimia redoks untuk penyingkiran sekunder plumbum (iaitu plumbum yang telah diperolehi daripada sumber sekerap di sebahagian besar), pyrite tidak mempunyai bahagian untuk bermain di sini melainkan plumbum cair dan ditambah ke dalam proses pengasingan plumbum konvensional (utama). Plumbum, seperti banyak logam lain, boleh dikitar semula tanpa had yang menyediakan kekotoran boleh dikeluarkan.

logam pemutus proses dengan api suhu tinggi merah di kilang bahagian logam
dawai tembaga digunakan dalam pembuatan tembaga oksida

Pemanggang Pengklorinan

Pemanggang pengklorinan adalah kaedah untuk mengekstrak logam bernilai tinggi daripada ekor. Dengan memanggang bahan tailings (dari perlombongan plumbum, emas dan perak, sebagai contoh) dan kemudian menundukkan bahan ini ke atmosfera yang kaya klorin, logam bernilai tinggi mudah membentuk garam klorida mereka di situ, yang kemudiannya mudah dipisahkan dan dinyahklorinasi kemudian. Pyrite telah dicadangkan sebagai bahan untuk meningkatkan penukaran sumber klorida (kalsium klorida) ke dalam unsur klorin(5), mengikut formula berikut:

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

Gas klorin kemudiannya boleh bertindak balas dengan mana-mana logam yang hadir (seperti plumbum, emas, dan lain-lain, yang berkepekatan rendah dan tersebar secara meluas melalui ekor) untuk membentuk klorida logam itu:

M + Cl 2 → MCl2 (atau klorida logam lain, di mana 'M' adalah logam)

Klorin akhirnya akan dihasilkan oleh penguraian haba mudah kalsium klorida, tetapi pirit meningkatkan ini. Penggunaan pirit juga mempunyai aplikasi yang lebih luas dalam pembersihan pelbagai ekor logam, termasuk sianida (6). Secara keseluruhan, kelebihan dapat menggunakan pirit yang mudah dikendalikan dan agak murah untuk meningkatkan proses kalsium klorida membayar dividen.

Pirit Dan Asid

Seperti yang dinyatakan dalam perbincangan lain di laman web ini, pyrite secara amnya bertolak ansur dengan asid dan asas. Ini bermakna ia boleh digunakan dalam spektrum aplikasi yang lebih luas. Salah satu kaedah untuk pengekstrakan galena bijih plumbum ialah mengoksidakannya dengan pyrite dan asid nitrik pekat. Kaedah 'kimia basah' ini membawa kepada fasa berair berbanding menggunakan relau dan mencairkan bijih ke bawah. Oleh itu, ia mungkin mempunyai keperluan tenaga yang lebih rendah. Dalam memanaskan bijih galena dengan asid pirit dan nitrik, plumbum sulfida leaches ke dalam fasa berair, akhirnya menghasilkan anglesite - PbSO4. Kerana suhu yang terlibat, pengoksidaan mudah dilakukan oleh asid, dengan sedikit plumbojarosite juga terbentuk (7). Kaedah ini mungkin sangat menarik jika plumbum akhirnya diperlukan sebagai sulfida / sulfat yang lebih tinggi berbanding dengan plumbum unsur atau lebur. Mana-mana ahli kimia moden lebih suka menggunakan laluan yang lebih langsung jika ia adalah sulfida / sulfat yang diperlukan - sepenuhnya menafikan keperluan untuk relau letupan. Plumbum (ii) sulfat mempunyai kegunaan yang menjanjikan dalam penyimpanan elektrik dan bateri.

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

Pirite Dirawat: Permohonan Lanjut

Walaupun banyak aplikasi semasa untuk pyrite menggunakannya dalam bentuk mentah, tidak dirawat, terdapat banyak lagi di mana proses mudah seperti kalsinasi boleh membuka lebih banyak pintu. Takat lebur Pyrite 1,177 °C bermakna suhu kalsinasi mestilah jauh di bawah ini. Pembentukan cinder pirit - berkesan proses pemanggang diikuti dengan penyahsulfurisasi - juga mempunyai pelbagai kegunaan yang sederhana.

Calcined Pyrite

Seperti bahan-bahan lain yang menjalani kalsinasi, haba yang dirawat pirit akan menjadi lebih berliang dan polihabluran - mampu dengan sifat-sifat yang sangat sesuai untuk pemulihan bahan cemar atau logam. Pyrite kalsined telah ditunjukkan sebagai berkesan untuk mengeluarkan merkuri(8) dan tembaga(9) dari ekor lombong dan saliran. Dalam bidang pertanian, pirit dalam bentuk kalsinnya boleh mengeluarkan kepekatan ammonium, fosfat dan ion nitrit yang sederhana tinggi daripada air berdiri dan mengalir, menghalang kemasukannya ke dalam kursus air dan melindungi daripada eutrophication (10).

Bergerak kembali ke plumbum, dan pemulihannya dari penyelesaian berair, kami dibentangkan dengan cerita yang sama: pirit kalsined berliang berkesan untuk menghilangkan plumbum. Satu kajian melihat bagaimana pirit kalsined boleh disokong dalam lajur katil tetap dan mempunyai penyelesaian berair watak logam tunggal dan campuran yang melepasi mereka. Selain dapat mengeluarkan tembaga, pyrite dapat mengeluarkan 73.7 mg g-1 plumbum (mg plumbum per gram pirit kalsined) daripada larutan logam tunggal, mewakili circa. Kecekapan 15%. Apabila ini digunakan untuk larutan pelbagai logam yang mengandungi kadmium dan zink sebagai tambahan kepada tembaga dan plumbum, kecekapan untuk penyingkiran plumbum terpencil menurun kepada 2.5% (11). Penulis menggambarkan mekanisme operasi sebagai pemendakan dan pembubaran melalui pembentukan covellite galena in situ, seperti yang diterangkan sebelum ini.

Besi Pyupacara bungkal bodoh emas

Pyrite Cinder

Terdapat minat dalam penukaran oksida logam kepada sulfida setara mereka, yang mungkin mempunyai aplikasi dalam bidang penyimpanan tenaga. Vulcanisation adalah proses yang lebih biasa dikaitkan dengan pengeluaran getah - dan betul merujuk kepada rawatan getah asli dengan sulfur untuk kekerasan - tetapi penyelidik telah menunjukkan bahawa oksida plumbum boleh divulkan (iaitu dirawat dengan sulfur untuk penukaran ke dalam sulfida) menggunakan pirit. Apabila dipanaskan bersama-sama pada suhu 900 °C, oksida dan pirit menukar kepada sulfida pada tahap penukaran yang hampir lengkap, mampu PBS dalam bentuk kristal yang sangat tulen (11).

Ringkasan

  • Pemulihan plumbum adalah proses perindustrian yang penting - memastikan pencegahan kerugian kepada kursus air dan alam sekitar secara amnya adalah penting
  • Sebagai sebahagian daripada pengeluaran peleburan plumbum, pirit ditambah untuk memastikan oksida plumbum dikurangkan kepada plumbum logam
  • Pyrite mampu meningkatkan pemanggang pengklorinan, proses untuk mengeluarkan logam dan logam berharga dalam kuantiti yang kecil dari ekor, contohnya dari pengeluaran plumbum
  • Dengan asid, pirit menawarkan pendekatan 'kimia basah' untuk pengekstrakan plumbum, mengelakkan keperluan peleburan
  • Dalam operasi pembersihan industri dan rawatan sisa perlombongan, pirit kalsined boleh berfungsi sebagai 'span' untuk mengeluarkan plumbum daripada air larian; Pyrite cindered bertindak dengan cara yang sama untuk mengeluarkan plumbum daripada larutan berair
  • Pyrite cinder adalah satu bentuk pirit yang berkesan untuk penyingkiran logam - termasuk plumbum - dari larutan, berkesan untuk pelbagai logam pada nilai pH di atas 6
Serbuk pyupacara dalam periuk

Rujukan

1 Z. Szczygiel et al., JOM, 1998, 4, 55
2 H. Wang dan D. Penembak, Environ. Tech., 2000, 21, 561

3 E. R. Cole dan A. Y. Lee, Hydrometallurgy, 1984, 12, 49

4 C. Zschiesche et al., Cabaran dan Peluang Proses Peleburan Plumbum untuk Campuran Suapan Kompleks, dalam: B. Davis et al. (eds), Pengekstrakan 2018, Ottawa, 2018

5 X. Guo et al., Sep. Purificat. Tech., 2020 250 , 117168

6 W. Wang et al., J. Cleaner Prod., 2021, 302, 126846

7 R. G. Zárate dan G. T. Lapidus, Hydrometallurgy, 2012, 115, 57

8 P. Liu et al., Mineral, 2019, 9, 74

9 T. Chen et al., Pelombong. Air Env., 2019 36, 397

10 J. Guo et al., Env. Res., 2021, 194, 110708

11 Y. Yang et al., Ind. Eng. Chem. Res., 2014, 53, 18180

12 A. Jokilaakso et al., Logam, 2019, 9, 911
13 D. Chen et al., Pelombong. Proces. Cabutan. Metallurg., 2012, 127, 79

14 T. J. Chan et al., Pembuatan Besi dan Pembuatan Keluli, 2013 40, 430

15 D. Bendz et al., APPL. Geochem., 2017, 85, 106