Sementaation käyttö metallien talteenotossa

Abstract

Sementaatio on hydrometallurginen saostusmenetelmä, jossa hydratoitunutta tai kompleksoitunutta metallia saostetaan liuoksesta toisen epäjalomman kiinteän metallin avulla. Ilmiö perustuu metallien hapetus-pelkistysreaktioon. Sementaatiota on hyödynnetty jo vuosisatoja, ja nykypäivänä se on käytössä etenkin jalo- ja raskasmetallien talteenotossa sekä liuospuhdistuksessa.

Tämä tutkielma on laadittu kirjallisuuskatsauksena, johon on koottu yhteen sementaatioilmiön teoriaa sekä termodynamiikkaan ja kinetiikkaan vaikuttavia tekijöitä. Työssä tarkastellaan myös sementaation laitetekniikkaa ja kahta esimerkkiprosessia, kullan talteenottoa ja sinkkielektrolyytin liuospuhdistusta.

Sementaatio on spontaani sähkökemiallinen prosessi. Termodynamiikan keskiössä ovat metallien standardielektrodipotentiaalit. Epäjalompi metalli saostaa jalompaa metallia, kun systeemin kennojännite on positiivista. Systeemin todellinen kennojännite riippuu kuitenkin myös metallien pitoisuuksista, systeemin lämpötilasta sekä epäpuhtauksien läsnäolosta.

Kinetiikkaan eli reaktionopeuteen vaikuttavat kaksi polarisaatiotyyppiä, aktivaatiopolarisaatio sekä aineensiirtopolarisaatio. Aktivaatiopolarisaatio aiheutuu hitaasta sähkökemiallisesta reaktiosta ja aineensiirtopolarisaatio komponenttien rajallisesta diffuusionopeudesta. Sementaation reaktionopeuteen vaikuttavat muun muassa lämpötila, aktivaattorit, muodostuvan saostuman rakenne sekä sementoivan metallin määrä ja partikkelikoko.

Teollisuudessa sementointi toteutetaan useimmiten reaktoreissa suhteellisen matalissa lämpötiloissa ilman lisättyä sähkövirtaa. Käytettäviä reaktoreita ovat muun muassa sekoitusreaktorit sekä petireaktorit. Petireaktoreista yleisimpiä ovat kiintopeti- tai leijupetireaktorit.