One-Stage Leaching of Osmium-Rhenium Containing Lead Cake Using Various Oxidizing Agents

Sintesi Tecnica: Lisciviazione in un unico stadio di torta di piombo contenente osmio-renio utilizzando vari agenti ossidanti

Problematica
Lo studio affronta il recupero di metalli rari preziosi, specificamente l'osmio (Os) e il renio (Re), da torta di piombo, un sottoprodotto solido della lavorazione pirometallurgica dei concentrati di rame in Kazakistan. Sebbene i metodi idrometallurgici siano preferibili a quelli pirometallurgici grazie alle temperature più basse e alla strumentazione più semplice, i metodi esistenti per la lavorazione dei prodotti intermedi solidi (polveri, fanghi e torte) presentano limitazioni significative. Gli approcci precedenti spesso soffrono di un recupero metallico insufficiente, della necessità di processi multi-stadio (come la pre-tostatura) o dell'incapacità di gestire alimentazioni specifiche come la torta di piombo, che differisce chimicamente dal fango di piombo (mancanza di umidità e acido solforico). Inoltre, molti metodi esistenti su scala di laboratorio non riescono a isolare efficacemente l'osmio dalla fase solida in un unico stadio o a produrre un flusso continuo adatto all'applicazione industriale.

Metodologia
I ricercatori hanno sviluppato e testato un'unità di lisciviazione in colonna continua progettata per trattare la torta di piombo contenente osmio-renio in un unico stadio.

• Apparato: È stata utilizzata una colonna di distillazione in vetro con camicia (diametro interno 50 mm, lunghezza utile 920 mm). Il sistema opera con un carico continuo di polpa di torta dall'alto e di soluzione ossidante dal basso, con scarico continuo della polpa di lisciviazione.
• Materia Prima: L'alimentazione era una torta di piombo contenente circa il 59,51% di Pb, l'11,98% di S e tracce di metalli nobili/rari (34 g/t di Os e fino a 1450 g/t di Re). Il piombo era presente principalmente come solfato di piombo (77,64%), con il renio distribuito tra forme idrosolubili, disolfuri (ReS2) e ossidi inferiori, e l'osmio presente come complessi di solfito e ossidi.
• Variabili Sperimentali: Lo studio ha valutato l'efficacia di vari agenti ossidanti: perossido di idrogeno (H2O2), acido solforico (H2SO4), acido nitrico (HNO3), una soluzione di ipoclorito di sodio ("Belizna") e dicromato di potassio (K2Cr2O7).
• Condizioni di Processo: Gli esperimenti sono stati condotti a temperature comprese tra 48°C e 72°C (con particolare attenzione a 60°C). Il rapporto liquido/solido (L/S) è stato variato e la durata della lisciviazione è stata monitorata.
• Analisi: La composizione elementare è stata analizzata tramite spettrometria di assorbimento e di emissione atomica. Le concentrazioni di metalli rari nella fase liquida sono state monitorate fotometricamente. La morfologia e la composizione di fase della torta post-lisciviazione sono state esaminate mediante microscopia elettronica a scansione (SEM) accoppiata a spettroscopia a dispersione di energia (EDS) e spettroscopia a dispersione di lunghezza d'onda (WDS).
• Recupero del Prodotto: Il renio è stato recuperato dalla soluzione acida come perrenato di ammonio (NH4ReO4) tramite adsorbimento e desorbimento a scambio anionico. L'osmio è stato catturato come gas volatile OsO4, condensato in adsorbitori alcalini contenenti NaOH e Na2S per precipitare il solfuro di osmio commerciale (OsS2).

Risultati Chiave
Lo studio ha confrontato le prestazioni di diversi sistemi ossidanti su lotti di torta da 100 grammi:

1. Perossido di Idrogeno e Acido Solforico: L'aumento del consumo di H2O2 e H2SO4 ha migliorato i tassi di recupero. Tuttavia, le variazioni di temperatura (48–72°C) hanno avuto effetti trascurabili sull'efficienza di estrazione.
2. Acido Nitrico: Utilizzato come ossidante, l'acido nitrico non è riuscito a distruggere efficacementamente la matrice minerale della torta. L'analisi SEM ha rivelato che la torta risultante manteneva una microstruttura complessa con impurità, rendendo questo metodo impraticabile per processi in colonna industriali.
3. Dicromato di Potassio (K2Cr2O7): Questo agente ha dimostrato un'elevata efficienza, raggiungendo il 91,2% di recupero del renio e il 98,8% di quello dell'osmio. L'analisi SEM della torta residua ha mostrato solfato di piombo puro (PbSO4) senza impurità rilevabili, indicando la completa decomposizione della matrice originale. Tuttavia, gli autori hanno notato significativi svantaggi: l'alto costo del reagente, la complessità di ottenere il perrenato di ammonio da una soluzione contenente dicromato e il costo della neutralizzazione della soluzione esausta.
4. "Belizna" (Ipoclorito di Sodio): Questo agente ha fornito i risultati più equilibrati. Sotto condizioni quasi ottimali (60 mL di acqua, 70 mL di H2SO4 concentrato, 400 mL di "Belizna", rapporto L/S di 5,3, a 60°C), il sistema ha raggiunto il 99,1% di recupero del renio e il 96,8% di recupero dell'osmio. La produttività specifica era di 100 grammi di torta all'ora. La soluzione risultante era adatta ai normali processi di sorzione-desorbimento senza le complicazioni associate al dicromato.

Significatività e Rivendicazioni
L'articolo sostiene di presentare un processo idrometallurgico innovativo ed efficace per la lisciviazione in un unico stadio di torta di piombo contenente osmio-renio utilizzando un apparato a colonna continua. Il contributo primario è l'identificazione della "Belizna" (ipoclorito di sodio) combinata con l'acido solforico come sistema ossidante ottimale che evita gli svantaggi del dicromato di potassio mantenendo elevati tassi di recupero.

Lo studio dimostra che questo processo a stadio singolo può produrre simultaneamente:

• Una soluzione acida di renio adatta alla produzione di perrenato di ammonio grezzo.
• Solfuro di osmio commerciale.
• Una torta di lisciviazione contenente solfato di piombo, che può essere utilizzata nella metallurgia del piombo.

Gli autori concludono che questo approccio offre un'alternativa promettente e industrialmente sostenibile ai metodi pirometallurgici multi-stadio o ai complessi percorsi idrometallurgici, specificamente adattata per i sottoprodotti solidi della lavorazione dei concentrati di rame in Kazakistan. Il lavoro è supportato dal Comitato Scientifico del Ministero della Scienza e dell'Istruzione Superiore della Repubblica del Kazakistan.