علم المعادن المائية

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

الاستخلاص المائي للمعادن هو تقنية ضمن مجال استخلاص المعادن ، أي الحصول على المعادن من خاماتها. يستخدم هذا الأسلوب محاليل لاستخلاص المعادن من الخامات، والمُركّزات، والمواد المُعاد تدويرها أو المُتبقية. عادةً ما يكون محلول الاستخلاص مائيًا (قائمًا على الماء)، وغالبًا ما يحتوي على إضافات مثل الأحماض. في حالات مُحددة، يكون مُذيب الاستخلاص غير مائي. [ 1 ] [ 2 ] تشمل تقنيات المعالجة المُكملة للاستخلاص المائي للمعادن: الاستخلاص الحراري للمعادن ، والاستخلاص بالبخار، والاستخلاص الكهربائي للأملاح المنصهرة. يُقسم الاستخلاص المائي للمعادن عادةً إلى ثلاثة مجالات عامة:

  • الترشيح
  • تركيز المحلول وتنقيته
  • استخلاص المعادن أو مركباتها المعدنية

الترشيح

يُعد ثنائي سيانو أورات (I) ([Au(CN) 2 ] − ) ناتجًا عن عملية الترشيح بالكومة لخام الذهب منخفض الجودة. [ 3 ]

تتضمن عملية الترشيح استخدام محاليل مائية لاستخلاص المعادن من المواد الحاملة لها. يُطلق على محلول الاستخلاص اسم " المُرشِّح" . ويتم تحسين المُرشِّح من حيث درجة الحموضة ، وجهد الأكسدة والاختزال ، ووجود عوامل مُخلِّبة ، ودرجة الحرارة. في تطبيق بسيط، يُرشَّح مُعلق من الخام المسحوق في محلول المُرشِّح للحصول على محلول يحتوي على أيونات المعادن المطلوبة. على سبيل المثال، يذوب النحاس في معادنه الكربوناتية، مثل الملاكيت، في حمض الكبريتيك المائي . من ناحية أخرى، فإن معادن كبريتيد النحاس، وهي الأكثر شيوعًا، لا تخضع لعملية الاستخلاص المائي، على الأقل حتى يتم تحميصها. [ 4 ] تُستخدم عملية الاستخلاص المائي لاستخلاص العناصر الأرضية النادرة . [ 5 ]

باستخدام عوامل التخليب، يمكن استخلاص معادن معينة بشكل انتقائي.. [ 6 ]

تتضمن بعض تكوينات مفاعلات الترشيح: الترشيح الموضعي، والترشيح بالكومة، والترشيح في الحوض ، والترشيح في الخزان ، والترشيح في الأوتوكلاف . يُعرف الترشيح الموضعي أيضًا باسم "التعدين بالمحلول"، ويتضمن ضخ محلول الاستخلاص إلى الرواسب. تُعد رواسب اليورانيوم في بيفرلي مثالًا على الترشيح الموضعي.

في عملية استخلاص الذهب بالترشيح الركامي، يُكدّس الخام المسحوق (وأحيانًا المتكتل) على شكل كومة فوق صفيحة غير منفذة. يُرش محلول الترشيح فوق الكومة ويُترك ليتسرب إلى أسفلها. عادةً ما يتضمن تصميم الكومة أحواض تجميع، تسمح بضخ محلول الترشيح "الغني" (أي المحلول الذي يحتوي على معادن ثمينة مذابة) لمزيد من المعالجة. ومن الأمثلة على ذلك عملية استخلاص الذهب بالسيانيد ، حيث تُستخلص الخامات المسحوقة بمحلول سيانيد الصوديوم ، الذي يُذيب الذهب في وجود الهواء، تاركًا وراءه رواسب غير ثمينة في الغالب.

تركيز المحلول وتنقيته

بعد عملية الترشيح، يجب عادةً تركيز أيونات المعادن المراد استخلاصها في سائل الترشيح. بالإضافة إلى ذلك، قد يتطلب الأمر أحيانًا إزالة أيونات المعادن غير المرغوب فيها. [ 1 ]

  • الترسيب هو عملية إزالة انتقائية لمركب من المعدن المستهدف أو إزالة شوائب رئيسية عن طريق ترسيب أحد مركباته. يُرسب النحاس على شكل كبريتيد كوسيلة لتنقية مستخلصات النيكل .
  • الترسيب هو تحويل أيون المعدن إلى المعدن نفسه عن طريق تفاعل أكسدة واختزال . ومن التطبيقات الشائعة إضافة خردة الحديد إلى محلول أيونات النحاس. يذوب الحديد ويترسب معدن النحاس.
  • استخلاص المذيبات
  • التبادل الأيوني
  • اختزال الغاز. معالجة محلول النيكل والأمونيا بالهيدروجين ينتج معدن النيكل على شكل مسحوق.
  • الاستخلاص الكهربائي عملية تحليل كهربائي انتقائية للغاية، وإن كانت مكلفة، تُستخدم لعزل المعادن الثمينة. ويمكن طلاء الذهب كهربائياً من محاليلها.

استخلاص المذيبات

في عملية الاستخلاص بالمذيبات، يُستخدم مزيج من مُستخلص في مذيب (يُسمى أحيانًا مُخففًا ) لاستخلاص أيونات المعادن من طور إلى آخر. يُشار إلى هذا المزيج في عملية الاستخلاص بالمذيبات غالبًا باسم "العضوي" لأن مُكونه الرئيسي (المُخفف) هو نوع من مشتقات الهيدروكربون. يُستخدم حمض ثنائي (2-إيثيل هكسيل) الفوسفوريك (المُستخلص) وفوسفات ثلاثي البوتيل (المُخفف) في الاستخلاص السائل-السائل من المحاليل المائية. [ 7 ] كما يُستخدم مزيج حمض ثنائي (2-إيثيل هكسيل) الفوسفوريك وفوسفات ثلاثي البوتيل في إعادة معالجة الوقود النووي . [ 8 ]

التبادل الأيوني

تُستخدم عوامل التخليب ، والزيوليت الطبيعي ، والكربون المنشط، وراتنجات التبادل الأيوني ، والمواد العضوية السائلة المشبعة بعوامل التخليب، جميعها لتبادل الكاتيونات أو الأنيونات مع المحلول. [ 9 ]

استخلاص المعادن

يُعد استخلاص المعادن الخطوة الأخيرة في عملية المعالجة المائية للمعادن، حيث تُنتج معادن صالحة للبيع كمواد خام. مع ذلك، قد يتطلب الأمر أحيانًا مزيدًا من التكرير لإنتاج معادن فائقة النقاء. تشمل الأنواع الرئيسية لعمليات استخلاص المعادن التحليل الكهربائي، والاختزال الغازي، والترسيب. على سبيل المثال، يُعد النحاس هدفًا رئيسيًا للمعالجة المائية للمعادن، ويمكن الحصول عليه بسهولة عن طريق التحليل الكهربائي. تُختزل أيونات النحاس (Cu²⁺) إلى فلز النحاس (Cu) عند جهود منخفضة ، تاركةً وراءها أيونات معدنية ملوثة مثل الحديد (Fe²⁺ ) والزنك (Zn²⁺ ) .

التحليل الكهربائي

تتضمن عملية الاستخلاص الكهربائي والتكرير الكهربائي على التوالي استعادة وتنقية المعادن باستخدام الترسيب الكهربائي للمعادن عند الكاثود، وإما إذابة المعدن أو تفاعل أكسدة منافس عند الأنود.

تساقط

تتضمن عملية الترسيب في علم استخلاص المعادن بالمعالجة المائية الترسيب الكيميائي للمعادن ومركباتها أو للملوثات من المحاليل المائية. ويحدث الترسيب عندما تتجاوز كمية المادة الموجودة في المحلول الحد الأقصى المحدد بذوبانها، وذلك من خلال إضافة الكواشف أو التبخير أو تغيير الرقم الهيدروجيني أو التحكم في درجة الحرارة.

بحث

تم ربط الببتيدات ذات الألفة العالية لبعض المعادن بجزيئات نانوية مغناطيسية كوسيلة للاستخلاص الانتقائي. [ 10 ]

تاريخ

في الصين خلال القرنين الحادي عشر والثاني عشر، استُخدمت هذه التقنية لاستخراج النحاس، وشكّلت جزءًا كبيرًا من إجمالي إنتاج النحاس. [ 11 ] وفي القرن السابع عشر، استُخدمت للأغراض نفسها في ألمانيا وإسبانيا. [ 12 ]

للمزيد من القراءة

مراجع

  1. 1 2 برنت هيسكي "علم المعادن، دراسة" في موسوعة كيرك-أوتمير للتكنولوجيا الكيميائية، 2000، وايلي-في سي إتش، فاينهايم. doi : 10.1002/0471238961.1921182208091911.a01
  2. ↑ حبشي، ف. (2009). "الاتجاهات الحديثة في علم المعادن الاستخلاصي" . مجلة التعدين والمعادن، القسم ب: علم المعادن . 45 : 1-13 . doi : 10.2298/JMMB0901001H .
  3. ↑ غرينوود، ن.ن.؛ وإيرنشو، أ. (1997). كيمياء العناصر (الطبعة الثانية)، أكسفورد: باتروورث-هاينمان. ISBN 0-7506-3365-4.
  4. ↑ لوسين، أدالبرت (2001). "النحاس". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . doi : 10.1002/14356007.a07_471 . ISBN 978-3-527-30385-4.
  5. ↑ أم، ناميل (يوليو 2017). عملية الاستخلاص الهيدروميتالورجي للعناصر الأرضية النادرة من النفايات: التطبيق الرئيسي للترشيح الحمضي مع رسم تخطيطي . INTECH. ص 41-60 . ISBN  978-953-51-3402-2.
  6. ↑ تاسكر، بيتر أ.؛ تونغ، كريستين س.؛ ويسترا، أرجان ن. (2007). "الاستخلاص المشترك للكاتيونات والأنيونات في استخلاص المعادن الأساسية". مراجعات كيمياء التناسق . 251 ( 13-14 ): 1868-1877 . doi : 10.1016/j.ccr.2007.03.014 .
  7. ↑ شي، فينغ؛ تشانغ، تينغ آن؛ درايسينجر، ديفيد؛ دويل، فيونا (فبراير 2014). "مراجعة نقدية لاستخلاص العناصر الأرضية النادرة من المحاليل المائية باستخدام المذيبات" . هندسة المعادن . 56 : 10-28 . Bibcode : 2014MiEng..56...10X . doi : 10.1016/j.mineng.2013.10.021 .
  8. ↑ بايفا، أ.ب.؛ مالك، ب. (2004). "التطورات الحديثة في كيمياء استخلاص المذيبات المطبقة على إعادة معالجة الوقود النووي المستهلك والنفايات المشعة". مجلة الكيمياء الإشعاعية والنووية . 261 (2): 485-496 . Bibcode : 2004JRNC..261..485P . doi : 10.1023/B:JRNC.0000034890.23325.b5 . S2CID 94173845 . 
  9. ^ دي دارديل ، فرانسوا. أردن، توماس V. (2008). "المبادلات الأيونية". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . دوى : 10.1002/14356007.a14_393.pub2 . رقم ISBN 978-3-527-30385-4.
  10. ↑ سيتينيل، سيبيل؛ شين، وي-تشنغ؛ أمينبور، مارال؛ بهومكار، براسانا؛ وانغ، فينغ؛ بوروجيني، إلهام رافي؛ شارما، كوماكشي؛ نايبي، نيلوفر؛ مونتيماغنو، كارلو (2018-02-20). "التعدين الحيوي لثاني كبريتيد الموليبدينوم باستخدام مواد حيوية ذكية قائمة على الببتيدات" . التقارير العلمية . 8 (1): 3374. doi : 10.1038/s41598-018-21692-4 . ISSN 2045-2322 . PMC 5820330. PMID 29463859 .   
  11. ↑ غولاس، بيتر ج. (1995). "إنجازٌ هام في إنتاج النحاس في عهد أسرة سونغ: عملية ترسيب النحاس". مجلة دراسات سونغ-يوان . 25 : 153.
  12. ↑ حبشي، فتحي (2005). "تاريخ موجز لعلم استخلاص المعادن بالمعالجة المائية". علم استخلاص المعادن بالمعالجة المائية . 79 ( 1-2 ): 15-22 . Bibcode : 2005HydMe..79...15H . doi : 10.1016/j.hydromet.2004.01.008 .