Извлечение пирита и свинца: обзор

Добавляя к своему бесчисленному арсеналу применений,
Пирит
является эффективной и важной частью производства и извлечения свинца. В зависимости от профилей пористости или окислительно-восстановительного химического состава пирита, промышленные включения пирита в стехиометрических и субстехиометрических количествах пирита (обработанного или необработанного) обеспечивают комплексные свойства удаления свинца из водного раствора и несут исключительную ответственность за смещение равновесия вправо при выплавке свинца. Кроме того, пирит находит применение в кальцинированной или огаренной форме для удаления металлов (включая свинец) из водного раствора, например, в хвостах горнодобывающей промышленности.

Пирит в процессе плавки свинца

Нет сомнений в том, что плавка, какой бы простой она ни казалась, является сложным процессом. Многие компоненты добавляются в плавильный цех вместе с рудой и/или переработанным металлом. Ниже приведено химическое уравнение превращения оксида свинца (PbO, первичная руда) в металл (1). Используя тепло и комбинацию восстановительных и окислительных добавок, процесс является эффективным и результативным. Пути восстановления и окисления, описанные ниже, имеют решающее значение и не будут функционировать без пирита. Пирит здесь действует как восстановитель.

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

Несмотря на высокие температуры, при которых эти реакции протекают, они термодинамически благоприятны при 1100 °C(2), как видно из значений свободной энергии Гиббса (ΔG), приведенных выше. Здесь очень сильно действует выталкивание равновесия, когда образующиеся виды железа смещают равновесие вправо, когда они растворяются в шлаке. Этот эффект дополнительно модулируется тем, что диоксид серы легко и быстро теряется в атмосфере. Не показан карбонат натрия, который добавляется для связывания триоксида серы и превращения его в сульфат натрия и углекислый газ (SO 3 to Na 2 SO4 + CO2), который попадает в шлак и исчезает в атмосфере соответственно (3). Теоретически можно использовать элементарную серу, но с ней сложнее обращаться, чем
с пиритом
, и она имеет более низкую температуру плавления и кипения, что делает ее менее эффективной (4).

shutterstock_1671212602 широкий

Вторичное удаление свинца

Из-за отсутствия необходимости в окислительно-восстановительной химии для вторичного удаления свинца (т.е. свинца, который был получен по большей части из отходов), пирит не играет здесь никакой роли, если свинец не расплавляется и не добавляется в обычный (первичный) процесс выделения свинца. Свинец, как и многие другие металлы, бесконечно пригоден для вторичной переработки при условии удаления примесей.

процесс литья металла с красным высокотемпературным огнем на заводе по производству металлических частей
медная проволока, используемая при изготовлении оксида меди

Обжиг хлорированием

Обжиг хлорированием — это метод извлечения ценных металлов из хвостов. При обжиге хвостохранилищ (например, при добыче свинца, золота и серебра) и последующем воздействии на этот материал атмосферы с высоким содержанием хлора ценные металлы легко образуют свои хлоридные соли in situ, которые затем легко отделяются и затем дехлорируются. Пирит был предложен в качестве материала для улучшения превращения источника хлорида (хлорида кальция) в элементарный хлор (5) в соответствии со следующей формулой:

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

Газообразный хлор может затем вступать в реакцию с любым присутствующим металлом (например, свинцом, золотом и т. д., который находится в низкой концентрации и широко рассеивается в хвостах) с образованием хлорида этого металла:

М + Cl 2 → MCl2 (или другие хлориды металла, где 'М' - металл)

Хлор в конечном итоге образуется путем простого термического разложения хлорида кальция, но пирит усиливает его. Использование пирита также имеет более широкое применение при очистке различных металлических хвостов, включая цианид (6). В целом, преимущество использования простого в обращении и относительно недорогого пирита для улучшения процесса хлорида кальция приносит дивиденды.

Пирит и кислоты

Как упоминалось в других обсуждениях на этом сайте, пирит в целом устойчив к кислотам и основаниям. Это означает, что его можно использовать в еще более широком спектре применений. Одним из методов извлечения галенита из свинцовой руды является окисление его пиритом и концентрированной азотной кислотой. Этот метод «мокрой химии» вводит свинец в водную фазу по сравнению с использованием печи и плавлением руды. Следовательно, он может иметь более низкое энергопотребление. При нагревании галенитовой руды пиритом и азотной кислотой сульфид свинца выщелачивается в водную фазу, в конечном итоге образуя угольный узел -PbSO4. Из-за соответствующих температур окисление легко осуществляется кислотой, при этом также образуется небольшое количество плюмбожарозита (7). Этот метод может быть особенно привлекательным, если свинец в конечном итоге требуется в качестве более высокосульфидного/сульфатного свинца, а не элементарного или расплавленного свинца. Любой современный химик предпочел бы использовать более прямой путь, если требуется сульфид/сульфат, что полностью исключает необходимость в доменной печи. Сульфат свинца (ii) имеет перспективное применение в хранении электроэнергии и аккумуляторах.

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

Обработанный пирит: дальнейшее применение

В то время как многие из преобладающих применений пирита используют его в сырой, необработанной форме, есть много других, где простой процесс, такой как обжиг, может открыть больше дверей. Температура плавления пирита 1 177 °C означает, что температура обжига должна быть значительно ниже этой температуры. Образование пиритного шлака - фактически процесс обжига с последующим десульфурированием - также имеет скромный спектр применений.

Кальцинированный пирит

Как и в случае с другими материалами, подвергающимися обжигу, термообработанный пирит становится более пористым и поликристаллическим, что придает ему свойства, особенно хорошо подходящие для извлечения загрязняющих веществ или металлов. Было продемонстрировано, что кальцинированный пирит эффективен при удалении ртути (8) и меди (9) из хвостов шахт и дренажа. В сельском хозяйстве пирит в кальцинированной форме может удалять умеренно высокие концентрации ионов аммония, фосфата и нитрита из стоячей и сточной воды, предотвращая ее попадание в водотоки и защищая от эвтрофикации (10).

Возвращаясь к свинцу и его извлечению из водного раствора, мы сталкиваемся с похожей историей: пористый кальцинированный пирит эффективен для удаления свинца. В одном исследовании рассматривалось, как кальцинированный пирит может поддерживаться в колоннах с неподвижным слоем и пропускать по ним водные растворы одиночного и смешанного металлического характера. Помимо того, что пирит способен удалять медь, он способен удалять 73,7 мг г-1 свинца (мг свинца на грамм кальцинированного пирита) из одного раствора металла, что составляет около 1000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 КПД 15%. Когда это было применено к раствору нескольких металлов, содержащему кадмий и цинк в дополнение к меди и свинцу, эффективность изолированного удаления свинца упала до 2,5% (11). Авторы описывают механизм действия как осаждение и растворение путем образования ковеллита и галенита in situ, как описано выше.

Самородок железных пиритов дураков золото

Пиритовый шлак

Существует интерес к преобразованию оксидов металлов в их эквивалентные сульфиды, которые могут иметь применение в области хранения энергии. Вулканизация - это процесс, более часто связанный с производством каучука - и правильно относящийся к обработке натурального каучука серой на твердость - но исследователи продемонстрировали, что оксид свинца может быть вулканизирован (то есть обработан серой для превращения в сульфид) с использованием пирита. При совместном нагревании при 900 °C оксид и пирит превращаются в сульфид на почти полных уровнях конверсии, обеспечивая PbS в высокочистой кристаллической форме (11).

Консультирование по оксиду марганца

  • Извлечение свинца является важным промышленным процессом, поэтому предотвращение потерь в водотоках и окружающей среде в целом имеет решающее значение
  • В рамках производства свинцовой плавки пирит добавляется для того, чтобы оксид свинца восстановился до металлического свинца
  • Пирит способен улучшить обжиг хлорированием, процесс удаления металлов и драгоценных металлов в небольших количествах из хвостов, например, при производстве свинца
  • В случае с кислотами пирит предлагает подход «мокрой химии» к извлечению свинца, избегая необходимости плавки
  • При промышленной очистке и переработке отходов горнодобывающей промышленности кальцинированный пирит может служить «губкой» для удаления свинца из сточных вод; Огаренный пирит действует аналогичным образом для удаления свинца из водного раствора
  • Пиритный огарок - это форма пирита, которая эффективна при удалении металлов, в том числе свинца, из раствора, эффективна для различных металлов при значениях рН выше 6
Пириты порошок в кастрюле

Ссылки

1 Z. Szczygiel et al., JOM, 1998, 4, 55
2 Х. Ван и Д. Шутер, Энвирон. Технологий., 2000, 21, 561

3 Э. Р. Коул и А. Ю. Ли, Гидрометаллургия, 1984, 12, 49

4 C. Zschiesche et al., Проблемы и возможности процесса плавки свинца для сложных кормовых смесей, в: B. Davis et al. (eds), Extraction 2018, Оттава, 2018

5 X. Guo et al., Сен. Очистительное средство. Технологий., 2020 250 , 117168

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

7 Р. Г. Зарате и Г. Т. Лапидус, Гидрометаллургия, 2012, 115, 57

8 Лю. и др., Минералы, 2019, 9, 74

9 T. Chen et al., Горняк. Водный энв., 2019 36, 397

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

11 Y. Yang et al., Ind. Англ. Хим. Res., 2014, 53, 18180

12 А. Йокилааксо и др., Металлы, 2019, 9, 911
13 D. Chen et al., Горняк. Процесс. Экстракт. Металлург., 2012, 127, 79

14 T. J. Chan et al., Ironmaking and Steelmaking, 2013 40, 430

15 D. Bendz et al., Аппл. Геохим., 2017, 85, 106