Гідрометалургія (від гидро... і металургія ), витягання металів з руд, концентратів і відходів різних виробництв водними розчинами хімічних реагентів з подальшим виділенням металів з розчинів.
На можливість вживання гідрометалургійних процесів для витягання металів з руд вказував М. В. Ломоносов (1763). Значний внесок у розвиток Р. вніс російський вчений П. Р. Багратіон, що створив теорію ціанування золота (1843). На початку 20 ст промислове значення придбала Р. міді. Пізніше були розроблені гідрометалургійні способи здобуття багатьох ін. металів.
Р. включає ряд основних технологічних операцій, що виконуються в певній послідовності. Механічна обробка руди — дроблення і подрібнення з метою повного або часткового розкриття зерен мінералів, що містять витягуваний метал. Зміна хімічного складу руди або концентрату для підготовки їх до вилуговуванню — що хлорує, окислювальних, сульфатізірующий або відновне випалення, спікання. Мета — розкладання хімічних сполук витягуваного металу і переведення їх в розчинну форму. Вилуговування — переведення витягуваного металу у водний розчин. Ця операція інколи здійснюється попутно в процесі мокрого подрібнення (у млинах, класифікаторах ) або в спеціальній апаратурі (чани для вилуговування, автоклави ). Відділення металовмісного розчину від подрібненого матеріалу обезводненням і промиванням в згущувачах, на фільтрах. Підготовка розчинів до виділення з них з'єднань або металів відділенням зважених часток (освітлення) або хімічним осадженням супутніх металів і домішок. Осадження металів або їх з'єднань з розчинів електролізом (мідь, цинк і ін.), відновленням більш електронегативним металом — цементацією (мідь, срібло, золото і ін.), сорбцією іонообмінними смолами або вугіллям, рідинною екстракцією з'єднань металу органічними розчинниками з подальшою реекстракцией у водний розчин і осадженням з нього чистого металу або хімічної сполуки. Переробка осаду з метою подальшого очищення виділеного з'єднання або чорнового металу або безпосереднє здобуття готового товарного металу може здійснюватися: перекристалізацією, сублімацією, прожаренням, переплавкою, електролізом з водних або розплавлених середовищ.
При хімічних взаємодії металу з розчинником нейтральний атом металу переходить в іонний стан, утворюючи розчинне з'єднання. Розчинення відбувається легко в разі вилуговування руд або концентратів, в яких метал присутній в окисленій (іонною) формі. Прикладом можуть служити окислені мідні і уранові руди, обпалені цинкові концентрати, продукти хлоруючого випалення. В деяких випадках для витягання металу розчинником необхідне попереднє окислення киснем або ін. окислювачем (наприклад, при содовому вилуговуванні руд, що містять 4-валентний уран, для переведення останнього в 6-валентний). При розчиненні металів (самородних або відновлених) неминуче окислення їх для переходу в іонний стан. Окислення металу з одночасною іонізацією окислювача (наприклад, розчиненого у воді молекулярного кисню) в разі благородніших металів термодинамічно можливо лише при витраті енергії, яка, наприклад, може бути отримана при утворенні комплексного іона (ціанування золота і срібла, аміачне вилуговування металевої міді, нікелю).
Розчинення мінералів з різними видами хімічному зв'язку в кристалічній решітці (ковалентна, металева, іонна) характерний для вилуговування сульфідів, арсенідов, селенідов, теллурідов. Розчинення цих мінералів, якщо заздалегідь не проведено окислювальне випалення, в більшості випадків також вимагає окислення в пульпі, наприклад при аміачному вилуговуванні мідно-нікелевих сульфідних руд в автоклаві під тиском кисню або повітря. Перенесення розчинника і видалення продуктів реакції відбувається в об'ємі розчину конвекцією (турбулентною дифузією), а в шарі на кордоні з мінералом — молекулярною (тепловий) дифузією. Зазвичай реакція, що відбувається при гідрометалургійному витяганні, знаходиться в дифузійної області; визначальним чинником є швидкість дифузії речовини, лімітуюча перебіг реакції. Зростання швидкості розчинення мінералу відбувається при збільшенні його відносної поверхні (т. е. міри подрібнення), при прискоренні перемішування і при підвищенні температури.
Форма поверхні і розмір часток мінералу, що розчиняється, визначають функціональну залежність кількості металу, що розчинився, від часу контакту з розчином; тому вони впливають на міру витягання і на об'єм апаратів для вилуговування.
Розчинниками для вилуговування з'єднань є переважно сірчана кислота (ванадій мідь, цинк), сода (ванадій в карбонатних рудах, молібден, вольфрам), їдкий натр (глинозем, вольфрам), аміак (мідь, нікель), ціаністі солі (золото, срібло), сірчистий натрій (сурма, ртуть), розчини хлору і хлоридів (благородні метали, свинець, рідкі метали), тіосульфати (золото, срібло).
Для рідинної екстракції застосовують різні з'єднання (наприклад, розчин трібутілфосфата і ді-2-этилгексилфосфата в гасі і ін.). Після екстракції очищене з'єднання металу витягується з органічного розчинника водним розчином, часто з добавкою кислоти або ін. реагенту. З розчину метали осідають методом цементації або вугіллям, або воднем під тиском. Застосовуються також аніоніти або катіоніти. Після сорбції з'єднання металу знімається розчинником з іоніту і останній піддається регенерації.
При великих масштабах гідрометалургійного виробництва (наприклад, при вилуговуванні міді з окислених крупнокускових руд) обробка інколи здійснюється зрошуванням штабелів руди слабкими розчинами сірчаної кислоти. Медьсодержащие розчини дренуються в збірні резервуари, а потім в цементатори. Для роздроблених і розсортованих песькових фракцій руд (наприклад, золотих) застосовується просочування розчину в чанах через шар завантаження, що добре фільтрує. Для інтенсифікації цього процесу розчин інколи заздалегідь насичують повітрям, створюють вакуум під днищем, що фільтрує. Для вилуговування тонкоподрібненого матеріалу застосовують чани для перемішування (механічною, пневматичною і пневмомеханічною) пульпи. Для безперервного вилуговування зазвичай їх сполучають послідовно.
Інколи можливі комбіновані схеми вилуговування: зернистого класифікованого матеріалу — просочуванням, відокремленого дрібного матеріалу (шламу ) — перемішуванням. В окремих випадках можливо і інше апаратурне оформлення вилуговування, наприклад в автоклавах безперервної і періодичної дії. Вилуговування кислими розчинами виробляється в сталевій гумованій, керамічній або ін. кислототривкій апаратурі; для лужних розчинів придатна сталева, інколи дерев'яна апаратура. Методи рідинної екстракції або доповнюють вилуговування, або застосовуються для непосредственоого витягання з'єднань металів з руд. Екстракція виробляється за принципом протитечії в екстракційних колонках (екстракт і розчин, що відходить, безперервно видаляють у різних напрямах). Обезводнення і промивання виробляються в згущувачах (гребкові з центральним і периферичним приводом, багатоярусні) і фільтрах (вакуум-фільтри і фільтр-пресси безперервної і періодичної дії). Осадження з розчинів виробляється в апаратах, конструкція яких залежить від осаджувача. Для хімічних (розчинних) осаджувачів застосовують реактори і фільтри. Порошкоподібні осаджувачі (цинковий, алюмінієвий пил) вводяться в змішувачі з розчином, осадження потім може продовжуватися усередині перекачуючого насоса, в трубопроводі і через шар осаджувача на фільтрі. Можна облягати метал або його з'єднання в самій пульпі (наприклад, зануренням в пульпу сітчастих корзин з іонітом). Порошкові осаджувачі після контакту з розчином можна виділяти флотацією . Осадження кусковими осаджувачами (залізо для міді, цинкова стружка або вугілля для золота) виробляють в жолобах або ящиках з перегородками для зигзагоподібного руху розчину вгору і вниз через шар осаджувача. Можливе виділення домішок (наприклад, залоза) гідролізом з очищеного розчину з подальшим здобуттям основного металу (наприклад, цинку) осадженням на катоді електролізом з нерозчинними анодами. Див. також Благородні метали .
Літ.: Основи металургії, т. 1—5, М., 1961—68; Автоклавні процеси в кольоровій металургії, М., 1969; Burkin A. R., The chemistry of hydrometallurgical processes, L., 1966; Habashi F., Principles of extractive metallurgy, v. 1—2, N. Y. — L. — P., 1969—70.
