Χημικός Εμπλουτισμός Χημικός εμπλουτισμός είναι η χημική επεξεργασία που στοχεύει στην εκλεκτική δράση χημικών αντιδραστηρίων στα στείρα που συνοδεύουν το χρήσιμο συστατικό του μεταλλεύματος  Εκλεκτική διαλυτοποίηση των στείρων ή του χρήσιμου ορυκτού  Μετατροπή σε οξείδιο με πύρωση και απομάκρυνση ως ευδιάλυτο υδροξείδιο ή άλας

☞ Τα φωσφορούχα μεταλλεύματα (φωσφορίτες): χρήσιμο συστατικό ο φθοριοαπατίτη Ca5F(PO4)3 κύριο σύνδρομο ο ασβεστόλιθος CaCO3 στενή σύνδεση μεταξύ φθοραπατίτη και ασβεστόλιθου  αδύνατη η εφαρμογή φυσικής ή φυσικοχημικής μεθόδου για τον εμπλουτισμό των φωσφοριτών ☺ Μέσω χημικών διεργασιών επιδιώκουμε την εκλεκτική διαλυτοποίηση του CaCO3. CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + CO2 + H2O CaCO3 + 2H3PO4 → Ca(H2PO4)2 + CO2 + H2O CaCO3 + 2CH3COOH → Ca(CH3COO)2 + CO2 + H2O

Φωσφορίτης Κοσμηράς-Ηπείρου Χημική σύσταση %: 13.92 P2O5, 51.62 CaO, 0.39 MgO, 0.76 Al2O3, 0.57 Fe2O3, 0.53 Na2O και 23.25 CO2 Φρανκολίτης: Ca9.51Na0.35Mg0.14(PO4)4.74(CO3)1.26F2.50 Ασβεστίτης: CaCO3 CaCO3 + 2CH3COOH → Ca(CH3COO)2 + CO2↑ + H2O

Χρονος διαλυτοποίησης 0 min 5 min 80 min

1 min 0 min 2 min 3 min 4 min Διαλυτοποίηση σωματιδίων ασβεστίτη Με διάλυμα 1Μ CH3COOH

Πύρωση του φωσφορίτη στους 1000C για να διασπασθεί το CaCO3: Ενυδάτωση του πυρωμένου υλικού: CaO + H2O → Ca(OH)2 Διαλυτοποίηση του Ca(OH)2 με NH4Cl: Ca(OH)2 + 2NH4Cl → CaCl2 + 2NH3 + 2H2O Διήθηση για τον διαχωρισμό του φωσφορούχου ορυκτού από το ευδιάλυτο CaCl2.

Ισομοριακό διάλυμα NH4OH/NH4Cl Εξαγωγή των μετάλλων με άλλες ειδικές μεθόδους Διαλυτοποίηση –απομάκρυνση ZnO με ρυθμιστικό διάλυμα ΝΗ4Cl Ισομοριακό διάλυμα NH4OH/NH4Cl ZnO(s) + 2NH4OH(aq) + 2NH4Cl(aq) → [Zn(NH3)4]Cl2(aq) + 3H2O (g)

Μέθοδο της κυάνωσης: Τα κυανιούχα άλατα του Κ, Na, Ca χρησιμοποιούνται για την κατεργασία μεταλλευμάτων χρυσού και αργύρου, όταν στο μετάλλευμα δεν υπάρχουν άλλα μέταλλα: 2Au + 4KCN + ½ O2 + H2O → 2K[Au(CN)2] + 2KOH Στη συνέχεια η παραλαβή του Au από το διάλυμα μπορεί να γίνει με αντικατάσταση του Au από ηλεκτροθετικότερο μέταλλο π.χ. από Zn: Zn + 2K[Au(CN)2] → 2Au + Zn(CN)2 + 2KCN Η κατεργασία της άμμου του χρυσού με το κυανιούχο διάλυμα γίνεται παρουσία Ο2 με διοχέτευση αέρα, και σε αλκαλικό περιβάλλον για την αποφυγή σχηματισμού του δηλητηριώδους HCN. Το αλκαλικό περιβάλλον επιτυγχάνεται με προσθήκη Ca(OH)2.

Διαλυτοποίηση των ορυκτών με αραιό διάλυμα H2SO4 θειούχα ορυκτά των μετάλλων όπως FeS, CoS, NiS, ZnS με έκλυση H2S: FeS + H2SO4 → FeSO4 + H2S οξείδια των μετάλλων: ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O ανθρακικά άλατα των μετάλλων: CuCO3 + H2SO4 → CuSO4 + CO2 + H2O Το πυκνό H2SO4 οξειδώνει τα θειούχα ορυκτά σε θειϊκές ενώσεις : ZnS + 2 H2SO4 → ZnSO4 + SO2 + S + H2O

Επιτυγχάνεται ανάκτηση καθαρών μετάλλων από αραιά διαλύματα που προέκυψαν από εκχύλιση μεταλλευμάτων που περιέχουν διαλυτά ορυκτά. Η μέθοδος αυτή στηρίζεται σε ένα νέο, ιδιαίτερα εντυπωσιακό κλάδο της μεταλλουργίας που ανεπτύχθη τα τελευταία χρόνια, με την ονομασία Solvent Extraction.

Αλκαλικά διαλύματα Το NaOH χρησιμοποιείται: στη διάλυση του Al2O3. Στο διαχωρισμό μεικτών μεταλλευμάτων π.χ θειούχο μετάλευμα Fe-Cu-Ni με επίδραση NaOH με πίεση και υψηλή θερμοκρασία: FeS + 2NaOH → Fe(OH)2 + Na2S CuS και NiS δεν αντιδρούν

Διαλύματα ΝΗ3 παρουσία O2 χρησιμοποιούνται για τη διάλυση: μεταλλικού Cu : Cu + xNH3 + ½ O2 + H2O → Cu(NH3)x2+ + 2OH- Το αραιό διάλυμα χαλκού γίνεται κατάλληλο διάλυμα, με πολλαπλάσια συγκέντρωση χαλκού, για ηλεκτρανάκτηση (παραγωγή καθαρού χαλκού). Με τη μέθοδο αυτή παράγεται σήμερα το 20% περίπου του χαλκού παγκοσμίως NiS: NiS + 2O2 + 6NH3 → Ni(NH3)62+ + SO42- Διάλυμα ΝΗ3 χρησιμεύει για την παραλαβή Fe2O3 από διάλυμα Fe2+, Ni2+, Co2+: 2FeSO4 + 4NH4OH + ½ O2 →Fe2O3  +2(NH4)2SO4 + 2H2O

Χημική σύσταση (%): P2O5 : 20.47, CaO: 38.08, MgO: 5.47, Fe2O3 : 1.82, Al2O3 : 1.71, SiO2 : 10.47, MnO: 2.41. Χημική σύσταση%: P2O5: 30.81, CaO: 42.75, MgO: 0.47, Fe2O3: 1.02, Al2O3: 1.14, MnO: 0.43 διαλυτοποίηση με αμμωνιακά άλατα  απατίτης και πυριτικά στα στερεά NH4NO3, NH4Cl,

The chemical composition (%): P2O5 : 20. 47, CaO: 38. 08, MgO: 5 The chemical composition (%): P2O5 : 20.47, CaO: 38.08, MgO: 5.47, Fe2O3 : 1.82, Al2O3 : 1.71, SiO2 : 10.47, MnO: 2.41. Sulfurization Προσθήκη Ca(ClO)2 για την οξείδωση του Fe2+ Προσθήκη υγρής αμμωνίας → pH to 7-8 Ίζημα Fe(OH)3 και Al(OH)3 Προσθήκη (NH4)2S → MnS

The chemical composition (%): P2O5 : 20. 47, CaO: 38. 08, MgO: 5 The chemical composition (%): P2O5 : 20.47, CaO: 38.08, MgO: 5.47, Fe2O3 : 1.82, Al2O3 : 1.71, SiO2 : 10.47, MnO: 2.41. Προσθήκη HCl → pH 7 Προσθήκη αερίων NH3 και CO2 → CaCO3 Προσθήκη υγρής αμμωνίας → pH 12 → Mg(OH)2

Εμπλουτισμός μεταλλευμάτων αργύρου στη περιοχή του Λαυρίου Στοές μήκους πολλών χιλιομέτρων καθώς και περισσότερα από 1000 πηγάδια Αξιοποίηση μεταλλεύματος περιεκτικότητας > 7% σε Pb Μετάλλευμα σε Pb 7%-30%, το οδηγούσαν στον εμπλουτισμό. Μεταλλεύματα > 30% Pb πήγαιναν αμέσως για τήξη. Η εκτίμηση για την περιεκτικότητα του Pb γινόταν βάση του βάρους τους. Ο εμπλουτισμός του μεταλλεύματος: Θραύσης με κόπανους και τριβή < 1 mm. Πλυντήρια όπου το νερό παρέσυρε το πιο ελαφρύ κλάσμα. Το βαρύτερο κλάσμα το έλιωναν μέσα σε κατακόρυφα καμίνια τήξης. Ο μόλυβδος, και ο άργυρος σχημάτιζαν τήγμα Τα παραπροϊόντα τήξης ονομάζονται σκωρία ή σκουριά (slag -70-75% σε οξείδια του Si, του Fe και του Ca). Τα λειωμένα υλικά συλλέγονταν σε λακκούβα και μετά τη στερεοποίηση γινόταν εύκολα ο διαχωρισμός τους

Το τελευταίο στάδιο αυτής της διαδικασίας ήταν η κυπέλλωση. Ο διαχωρισμός του Ag από τον Pb επιτυγχάνεται με οξείδωση σε πυρίμαχο σκεύος (κύπελλο) τοποθετημένο σε ειδική θολωτή κάμινο κυπελλώσεως. Ο οξειδωμένος Pb ή λιθάργυρος (λίθος αργύρου) έρεε έξω από τη κάμινο ενώ ο Ag που δεν είχε οξειδωθεί παρέμενε μέσα.

Εμπλουτισμός ουρανίου Τα Μεταλλεύματα του U έχουν περιεκτικότητα 0.1 με 20% σε U3O8 Εμπλουτίζονται επιτόπου σε περιεκτικότητα 65-85% σε U3O8 (UO2.2UO3). Το ουρανιούχο μετάλλευμα υφίσταται οξειδωτική επεξεργασία: όξινο περιβάλλον - FeIII MnO2 αλκαλικό περιβάλλον - Ο2 Το εμπλούτισμα, λόγω του χρώματος, είναι γνωστό ως κίτρινο κέικ (yellow cake). Ο διαχωρισμός γίνεται με ιοντοανταλλακτικές ρητίνες ή εκχύλιση Κίτρινο κέικ (65-85% U3O8)

Το κίτρινο κέικ επεξεργάζεται με ισχυρά οξέα παρουσία φωσρορικού τριβουτυλεστέρα [(C4H9)3PO4, TBT] σε κηροζίνη

Στο καθαρό διάλυμα UO2(NO3)2 προστίθεται ΝΗ3 και καταβυθίζεται διουρανικό αμμώνιο. Το UO2 με επίδραση HF μετατρέπεται σε UF6. Κρύσταλλοι εξαφθοριούχου ουρανίου σε υάλινη αμπούλα

Ο εμπλουτισμός σε 235UF6, από το βαρύτερο 238UF6, λαμβάνει χώρα σε αέρια κατάσταση με δυο μεθόδους: υπερ-φυγοκέντρηση διάχυση Υπερ-φυγοκέντρηση: 50.000-70.000 RPM Κατακόρυφος κύλινδρος με μαγνητική ανάρτηση Διαφορά θερμοκρασίας κατά μήκος του κυλίνδρου για την ροή του UF6 και την συσσώρευση του 235UF6 στο κάτω μέρος του κυλίνδρου Για υψηλό βαθμό εμπλουτισμού σε 235UF6, απαιτείται συστοιχία συσκευών

Atomic Vapor Laser Isotope Separation Ένας νέος ταχύτερος τρόπος εμπλουτισμός σε 235UF6, με απόδοση >20% Μια ακτίνα laser διεγείρει μια συγκεκριμένη στάθμη υπέρλεπτης δομής μόνο στο 235U το οποίο εμπλουτίζεται με ηλεκτροστατικό διαχωρισμό.