Aplicações hidrometalúrgicas: Lixiviação ácida e cáustica de minérios

Uma das principais aplicações para as quais os Reatores de Pressão Parr são usados é no campo da hidrometalurgia ou na extração de metais de seus minérios por lixiviação com ácidos a temperaturas e pressões elevadas. Ao longo dos anos Parr forneceu mais de mil reatores de alta pressão para este específico aplicativo. Existem várias características que são comuns às reações de lixiviação que abordaremos nesta Nota Técnica.

Os reatores com agitação de Parr são amplamente usados em aplicações hidrometalúrgicas, onde a lixiviação ácida de minérios é o método preferido para extrair íons metálicos. Um exemplo amplamente difundido dessa tecnologia é a lixiviação ácida de íons de níquel de minérios de laterita, um primeiro passo no caminho para a produção de aço inoxidável. Para evitar a corrosão dos vasos pelos agressivos ácidos sulfúrico e clorídrico usados neste processo, os vasos são mais comumente construídos de titânio. No entanto, nem todas as extrações são feitas com ácidos. O alumínio, por exemplo, é extraído de minérios de bauxita com o uso de soluções cáusticas onde o material de construção preferido para a embarcação é Inconel ou Monel.

Estas reações são geralmente realizadas usando ácido sulfúrico como agente de lixiviação ácido. Ocasionalmente, o ácido clorídrico é usado. Enquanto as considerações corrosivas são semelhantes para ambos os ácidos nesta aplicação, o ácido sulfúrico é “mais fácil”, ou talvez “menos difícil”, para trabalhar.
O titânio é quase o metal universal escolhido como material de construção para reatores usados ​​neste campo. Enquanto o titânio tem baixa resistência ao sulfúrico puro ou ácido clorídrico, a presença de íons metálicos de alta valência, como férrico, cúprico, níquel, etc., resultante do processo de extração reduz drasticamente o efeitos corrosivos desses ácidos no titânio. Curiosamente, esses mesmos íons têm apenas o efeito oposto nas ligas Hastelloy B-2 e B-3, que oferecem excelentes resistência a esses ácidos na forma pura.
Porque o uso bem-sucedido de titânio para essas extrações depende de a presença de íons metálicos multivalentes, PTFE ou revestimentos de vidro não devem ser usados pois estes permitirão que os vapores de ácido puro destilem sobre o topo do liner e alcancem o paredes do navio. Em alguns casos, pode ser necessário adicionar alguns desses íons no início da corrida para fornecer a resistência até o processo de lixiviação cria uma presença suficiente do minério.
É importante lembrar que o titânio oferece a melhor escolha de material que nós tem para este processo, embora não ofereça resistência completa a estes condições difíceis.

O titânio é geralmente usado em sua versão “sem liga”. Comercialmente puro O titânio vem em dois graus; Grau 2 e Grau 4. O grau 4 tem ligeiramente mais alto teor de ferro (0,3% máx.) e é aproximadamente 30% mais forte do que o Grau 2.
Infelizmente, o Grau 4 não é aprovado para embarcações ASME ou PED Certificado.
Titânio Grau 7 contém 0,15% de paládio. Esta pequena adição de paládio torna esta liga um pouco mais resistente à corrosão a essas condições de lixiviação e significativamente mais caro do que 2ª e 4ª séries. A 7ª série tem o mesmo força como Grau 2. Embora possamos obter Titânio Grau 7 em tamanhos e quantidades adequadas para os cabeçotes e cilindros desses reatores, não podemos obter tubos de Grau 7 ou os pequenos tamanhos necessários para eixos de transmissão e acessórios. Oferecemos unidades híbridas com cabeçotes e cilindros de grau 7 e grau 2 internals.

Força reduzida em altas temperaturas
Porque tem tendência a rastejar, ou esticar ligeiramente, em níveis elevados temperaturas, os níveis de estresse permitidos e, portanto, o máximo permitido as pressões de trabalho do titânio em temperaturas elevadas são cerca de 40% daquelas do mesmo vaso construído em aço inoxidável. O Máximo Operacional A temperatura para vasos de titânio é 316 ° C com base na pressão ASME Valores do código da embarcação.

Titânio e oxigênio

O titânio se oxida rapidamente no ar e produz uma película protetora de óxido. Cru O titânio queima na presença de oxigênio de alta pressão.
Essencialmente, todas as extrações de hidrometalurgia são feitas sob alta pressão atmosfera de oxigênio para manter as condições de lixiviação oxidativa. Muito cuidado deve ser tomado para evitar condições em que o titânio possa ser inflamado no atmosfera de oxigênio. Felizmente, é difícil inflamar o titânio no vapor – ambiente de oxigênio presente dentro do reator. O principal perigo está nas válvulas desses reatores. Aqui, o fluxo rápido de oxigênio puro de alta pressão pode causar ignição; particularmente em peças como válvula agulhas e lacres que se esfregam e podem desgastar o óxido protetor revestir e expor titânio bruto, que pode ser facilmente inflamado sob estes condições. Por este motivo, não fornecemos válvulas de titânio e acessórios para esses reatores. Porque essas válvulas geralmente não são expostas ao líquido fase e não são tão quentes, as válvulas de aço inoxidável geralmente fornecem uma vida útil para esses componentes externos.

Essas pastas de lixiviação são normalmente de fluxo muito livre e não requerem o altos torques associados a polímeros viscosos. Uma boa mistura trifásica é produzido em velocidades de agitação de 600 – 800 rpm. As pastas são, no entanto, bastante abrasivo. As partículas podem ficar presas nas buchas dos pés de PTFE e se desgastar rapidamente afastar o eixo do agitador. Os usuários costumam mover essas buchas para cima e para baixo no eixo para localizar seções não usadas e estender a vida útil desses componentes.
Os drives magnéticos sem pés opcionais, oferecidos para esses reatores eram projetado para superar esse problema especificamente para essas aplicações. Esses não têm impacto na pasta e são mostrados nas Figuras 1 e 2.

Além da unidade magnética sem pés, fizemos duas modificações que os usuários consideram úteis para este aplicativo. A entrada de oxigênio
as válvulas de amostragem de linha e lama descritas abaixo se aplicam a ambas removíveis e reatores de cabeça fixa.

Linha de entrada de oxigênio
A Figura 1 mostra uma linha de entrada de oxigênio onde um tubo (geralmente Liga 20Cb-3) conduz através da cabeça de titânio do reator e descarrega na fase de vapor do navio. Isso elimina qualquer contato possível entre o oxigênio de entrada stream e Titanium Metal. Os tubos são prontamente substituíveis, mas ficam de pé razoavelmente bem para os vapores corrosivos nesses reatores.

Válvula de amostragem de lama

No design mostrado na Figura 2, o tubo de amostra passa diretamente através da cabeça para a válvula de amostra. Isso elimina quaisquer passagens na cabeça que podem reter sólidos e ficar conectado. A válvula de amostra pode ser uma válvula de agulha ou uma esfera válvula. Os usuários que trabalharam com este projeto equipados com uma válvula de esfera e um relatório de recipiente receptor de amostra que eles são capazes de retirar amostras que não são apenas representativo das concentrações da fase líquida, mas também do sólido para proporção de líquido dentro do reator.