湿式冶金

湿式冶金は、鉱石から金属を抽出する抽出冶金の分野における技術です。湿式冶金では、水溶液を使用して鉱石、濃縮物、リサイクル材料または残留材料から金属を回収します。^{[1] [2]}湿式冶金を補完する処理技術には、乾式冶金、蒸気冶金、溶融塩電気冶金があります。湿式冶金は通常、3つの一般的な領域に分けられます。

• 浸出
• 溶液の濃縮と精製
• 金属または金属化合物の回収

浸出とは、水溶液を用いて金属を含む物質と接触させ、そこから金属を抽出することである。^[3] 11世紀と12世紀の中国では、この技術が銅の抽出に使用され、銅生産の大部分を占めていた。^[4] 17世紀にはドイツとスペインでも同じ目的で使用されていた。^[5]

浸出液の条件は、pH、酸化還元 電位、キレート剤の存在、温度の点で変化し、目的の金属成分が水相に溶解する速度、程度、選択性を最適化する。キレート剤を使用することで、特定の金属を選択的に抽出することができる。これらの剤は典型的にはシッフ塩基のアミンである。^[6]

浸出反応器の基本的な構成は、原位置、ヒープ、バット、タンク、オートクレーブの 5 つです。

原位置浸出は「溶液採掘」とも呼ばれます。このプロセスでは、まず鉱床に穴を掘ります。爆発物または水圧破砕法を使用して、溶液が浸透する鉱床内の開いた経路を作成します。浸出溶液は鉱床にポンプで送り込まれ、鉱石と接触します。その後、溶液は収集され、処理されます。ベバリーのウラン鉱床は原位置浸出の例です。

ヒープ浸出プロセスでは、砕かれた（場合によっては凝集された）鉱石が、不浸透性の層で覆われたヒープに積み上げられます。浸出液はヒープの上部に噴霧され、ヒープを通して下方に浸透します。ヒープの設計には通常、収集サンプが組み込まれており、これにより「含浸」浸出液（つまり、溶解した貴金属を含む溶液）がポンプで汲み上げられ、さらに処理されます。一例として、金のシアン化があります。これは、粉砕された鉱石がシアン化ナトリウム溶液で抽出され、空気の存在下で金が溶解し、貴金属以外の残留物が残ります。

バット浸出では、通常はサイズ縮小と分類が済んだ材料を大きなバット内で浸出液と接触させます。

撹拌タンクは、撹拌浸出とも呼ばれ、通常はサイズ縮小および分類された材料を撹拌タンク内の浸出液と接触させます。撹拌により物質移動が促進され、反応速度が速まります。タンクは直列の反応器として構成されることがよくあります。

オートクレーブ反応器は、高温での反応に使用され、反応速度を高めることができます。同様に、オートクレーブではシステム内でガス状試薬を使用できます。

浸出後、浸出液は通常、回収する金属イオンの濃縮を経る必要があります。さらに、望ましくない金属イオンを除去する必要がある場合もあります。^[1]

• 沈殿とは、対象金属の化合物を選択的に除去すること、またはその化合物の 1 つを沈殿させることによって主要な不純物を除去することです。銅は、ニッケル浸出液を精製する手段として、硫化物として沈殿します。
• セメンテーションとは、酸化還元反応によって金属イオンが金属に変わることです。典型的な応用例としては、スクラップ鉄を銅イオンの溶液に加えることがあります。鉄が溶解し、銅金属が沈殿します。
• 溶媒抽出
• イオン交換
• ガス還元。ニッケルとアンモニアの溶液を水素で処理すると、粉末状のニッケル金属が得られます。
• 電解採取は、貴金属の分離に適用される、特に選択的だが高価な電気分解プロセスです。金は、その溶液から電気メッキすることができます。

溶媒抽出では、希釈剤と抽出剤の混合物を使用して、ある相から別の相に金属を抽出します。溶媒抽出では、主成分 (希釈剤) が何らかの油であるため、この混合物は「有機」と呼ばれることがよくあります。

PLS (浸出液) は、剥離した有機物と混合されて乳化され、分離されます。^[要出典] 金属は PLS から有機物に交換され、変更されます。^{[要説明]結果として生じるストリームは、負荷された有機物と}ラフィネート になります。電解採取を扱う場合、負荷された有機物は、希薄な電解質と混合されて乳化され、分離されます。金属は、有機物から電解質に交換されます。結果として生じるストリームは、剥離した有機物と濃厚な電解質になります。有機ストリームは溶媒抽出プロセスを通じてリサイクルされ、水性ストリームは、それぞれ浸出プロセスと電解採取^[要説明]プロセスを通じて循環されます。^[要出典]

キレート剤、天然ゼオライト、活性炭、樹脂、キレート剤を含浸させた液体有機物はすべて、陽イオンまたは陰イオンを溶液と交換するために使用されます。^[要出典] 選択性と回収率は、使用する試薬と存在する汚染物質によって決まります。

金属回収は湿式冶金プロセスの最終段階であり、原材料として販売するのに適した金属が生産されます。ただし、超高純度の金属を生産するには、さらに精製が必要になる場合があります。金属回収プロセスの主なタイプは、電気分解、ガス還元、沈殿です。たとえば、湿式冶金の主なターゲットは銅であり、これは電気分解によって簡単に得られます。Cu ^{2+イオンは低}電位で銅金属に還元され、Fe ²⁺や Zn ²⁺などの汚染金属イオンが残ります。

電解採取と電解精錬はそれぞれ、陰極での金属の電着と、陽極での 金属の溶解または競合する酸化反応のいずれかを使用して金属を回収および精製するものです。

湿式冶金における沈殿は、水溶液から金属とその化合物、または汚染物質を化学的に沈殿させるものです。試薬の添加、蒸発、pHの変化、または温度操作によって、溶液中に存在する種の量が溶解度によって決まる最大値を超えると、沈殿が進行します。

• 湿式冶金学、BioMineWiki 2017-12-22 にWayback Machineでアーカイブ