Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Выщелачивание - это процесс отделения или извлечения растворенного вещества из вещества-носителя с помощью растворителя . [1]

Выщелачивание - это естественный процесс, который ученые адаптировали для множества применений с помощью множества методов. Конкретные методы экстракции зависят от характеристик растворимости материала сорбента, таких как концентрация, распределение, природа и размер. [1] Выщелачивание может происходить естественным путем из-за растительных веществ (неорганических и органических), [2] [3] выщелачивания растворенных веществ в почве [4] и при разложении органических материалов. [5] Выщелачивание также может применяться для улучшения качества воды и удаления загрязняющих веществ [1] [6], а также для удаления опасных отходов.продукты , такие как летучая зола , [7] или редкоземельные элементы (РЗЭ). [8] Понимание характеристик выщелачивания важно для предотвращения или поощрения процесса выщелачивания и подготовки к нему в случае, когда он неизбежен. [2]

На стадии идеального равновесия при выщелачивании все растворенное вещество растворяется в растворителе, оставляя носитель растворенного вещества неизменным. [1] Однако процесс выщелачивания не всегда идеален и может быть довольно сложным для понимания и воспроизведения [6], и часто разные методологии дают разные результаты. [9]

Выщелачивание цементной стены из-за природных погодных явлений.

Процессы выщелачивания [ править ]

Существует много типов сценариев выщелачивания, поэтому охват этой темы огромен. [1] [3] [9] В целом, эти три вещества можно описать как:

  • носитель, вещество А,
  • растворенное вещество, вещество B,
  • и растворитель, вещество C. [1] [8]

Вещества A и B в некоторой степени однородны в системе до введения вещества C. [10] В начале процесса выщелачивания вещество C будет растворять поверхностное вещество B с довольно высокой скоростью. [1] Скорость растворения, однако, существенно снизится, как только ему потребуется проникнуть через поры вещества A, чтобы продолжить нацеливание на вещество B. [1] Это проникновение часто может привести к растворению вещества A, [1] или продукта. более одного растворенного вещества, [10] оба являются неудовлетворительными, если желательно конкретное выщелачивание. На что следует обратить внимание при наблюдении за процессом выщелачиванияпредставляют собой физико-химические и биологические свойства носителя и растворенного вещества, и некоторые свойства могут быть более важными в зависимости от материала, растворителя и их доступности. [9] Эти особые свойства могут включать, но не ограничиваются:

  • Размер частиц [1]
  • Растворитель [1]
  • Температура [1]
  • Агитация [1]
  • Площадь [9]
  • Однородность носителя и растворенного вещества [9]
  • Активность микроорганизмов [9]
  • Минералогия [10]
  • Промежуточные продукты [10]
  • Кристаллическая структура [10]

Общий процесс обычно разбивается и резюмируется на три части: [1]

  1. Растворение поверхностных растворенных веществ растворителем
  2. Распространение внутреннего растворенного вещества через поры носителя для достижения растворителя
  3. Перенос растворенных веществ из системы

Процессы выщелачивания биологических веществ [ править ]

Биологические вещества могут выщелачиваться сами [2], а также могут использоваться для выщелачивания как часть вещества-растворителя для извлечения тяжелых металлов . [6] Многие растения испытывают выщелачивание фенолов, углеводов и аминокислот и могут испытывать до 30% потери массы в результате выщелачивания [5] только из таких источников воды, как дождь , роса , туман и туман . [2] Эти источники воды будут считаться растворителями в процессе выщелачивания, а также могут привести к вымыванию органических питательных веществ из растений, таких каксвободные сахара , пектиновые вещества и сахарные спирты . [2] Это, в свою очередь, может привести к большему разнообразию видов растений, которые могут иметь более прямой доступ к воде. [2] Этот тип выщелачивания часто может привести к удалению нежелательного компонента из твердого вещества водой, этот процесс называется промывкой. [11] Основная проблема выщелачивания растений связана с вымыванием пестицидов и их переносом через ливневые стоки; [3] это необходимо не только для здоровья растений, но и важно контролировать, поскольку пестициды могут быть токсичными для здоровья человека и животных. [3]

Биовыщелачивание - это термин, который описывает удаление катионов металлов из нерастворимых руд посредством процессов биологического окисления и комплексообразования . [6] Этот процесс в основном используется для извлечения меди , кобальта , никеля , цинка и урана из нерастворимых сульфидов или оксидов . [6] Процессы биовыщелачивания также могут быть использованы при повторном использовании летучей золы путем извлечения алюминия с помощью серной кислоты . [7]

Процессы выщелачивания летучей золы [ править ]

Летучая зола угля - это продукт, который во время утилизации подвергается сильному выщелачиванию. [7] Хотя повторное использование летучей золы в других материалах, таких как бетон и кирпич, приветствуется, все же большая часть ее в Соединенных Штатах утилизируется в отстойных прудах, лагунах , свалках и отвалах шлака. [7] Все эти свалки содержат воду, эффекты промывки которой могут вызвать выщелачивание многих различных основных элементов , в зависимости от типа летучей золы и места ее происхождения. [7] Выщелачивание летучей золы имеет значение только в том случае, если летучая зола не утилизируется должным образом, как, например, в случае завода по производству ископаемых в Кингстоне в округе Роан., Теннесси. [12] Tennessee Valley Authority Kingston Fossil завод разрушение конструкции приводит к массовому разрушению всей площади и серьезным уровням загрязнения вниз по течению и к реке Эмори и Клинч - Ривер . [12]

Процессы выщелачивания в почве [ править ]

Выщелачивание в почве сильно зависит от характеристик почвы, что затрудняет моделирование. [4] Большая часть выщелачивания происходит из-за инфильтрации воды, эффект промывки очень похож на описанный для процесса выщелачивания биологических веществ. [4] [11] Выщелачивание обычно описывается моделями переноса растворенного вещества, такими как закон Дарси , выражения массового расхода и понимания диффузии и дисперсии. [4] Выщелачивание в значительной степени контролируется гидравлической проводимостью почвы, которая зависит от размера частиц и относительной плотности.что почва укрепилась в результате стресса. [4] Распространение контролируется другими факторами, такими как размер пор и скелет почвы, извилистость пути потока и распределение растворителя (воды) и растворенных веществ. [4]

Механизмы выщелачивания [ править ]

Из-за разнообразия процессов выщелачивания существует множество вариантов сбора данных с помощью лабораторных методов и моделирования, что затрудняет интерпретацию самих данных. [10] Важен не только конкретный процесс выщелачивания, но и цель самого эксперимента. Например, внимание может быть направлено на механизмы, вызывающие выщелачивание, минералогию в целом или по отдельности или растворитель, вызывающий выщелачивание. [10] Большинство тестов проводится путем оценки потери массы из-за реагента , нагрева или простой промывки водой. [1] Краткое описание различных процессов выщелачивания и соответствующих лабораторных испытаний можно увидеть в следующей таблице:

Таблица 1: Лабораторные испытания различных процессов выщелачивания
Процесс выщелачиванияЛабораторные тесты
Удаление сточных водПакетный тест или тест на колонке [9]
Выщелачивание с растенийt-тест или тест перестановки [5]
Мобилизация катионов металловБиовыщелачивание [6]
Выщелачивание летучей золыИспарение из отстойника [7]
Клеточная экстракцияЛегкие нефтяные фракции, трихлорэтиленовый растворитель или ацетон / эфирный растворитель [1]
Выщелачивание крупных твердых частицСерийный завод [1]
Выщелачивание мелких твердых частицПеремешивание механической мешалкой или сжатым воздухом [1]

Экологически чистое выщелачивание [ править ]

Недавно была проделана некоторая работа, чтобы увидеть, можно ли с определенным успехом использовать органические кислоты для выщелачивания лития и кобальта из отработанных батарей . Эксперименты, проведенные с различными температурами и концентрациями яблочной кислоты, показывают, что оптимальными условиями являются 2,0 м / л органической кислоты при температуре 90 ° C. [13] Реакция имела общую эффективность, превышающую 90%, без вредных побочных продуктов.

4 LiCoO 2 (твердый) + 12 C 4 H 6 O 5 (жидкий) → 4 LiC 4 H 5 O 5 (жидкий) + 4 Co (C 4 H 6 O 5 ) 2 (жидкий) + 6 H 2 O (жидкий ) + O 2 (газ)

Тот же анализ с лимонной кислотой показал аналогичные результаты при оптимальной температуре и концентрации 90 ° C и 1,5 молярном растворе лимонной кислоты. [14]

См. Также [ править ]

  • Фильтрат
  • Выщелачивание ПАВ
  • Сорбция
  • Добыча
  • Химическое выветривание

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r Ричардсон, Дж. Ф.; Harker, JH; Backhurst, JR (2002), Richardson, JF; Harker, JH; Бакхерст, младший (ред.), «ГЛАВА 10 - Выщелачивание» , « Химическая инженерия (пятое издание) , серия« Химическая инженерия », Butterworth-Heinemann, стр. 502–541, doi : 10.1016 / b978-0-08-049064-9.50021- 7 , ISBN 9780080490649
  2. ^ Б с д е е Тьюков, HB (1970). «Выщелачивание веществ из растений». Ежегодный обзор физиологии растений . 21 (1): 305–324. DOI : 10.1146 / annurev.pp.21.060170.001513 . ISSN 0066-4294 . 
  3. ^ а б в г Дубус И.Г .; Beulke, S .; Браун, компакт-диск (2002). «Калибровка моделей выщелачивания пестицидов: критический обзор и руководство по отчетности». Наука о борьбе с вредителями . 58 (8): 745–758. DOI : 10.1002 / ps.526 . ISSN 1526-4998 . PMID 12192898 .  
  4. ^ Б с д е е Addiscott, ТМ; Wagenet, RJ (1985). «Концепции выщелачивания растворенных веществ в почвах: обзор подходов к моделированию». Журнал почвоведения . 36 (3): 411–424. DOI : 10.1111 / j.1365-2389.1985.tb00347.x . ISSN 1365-2389 . 
  5. ^ a b c Bärlocher, Felix (2005), Graça, MAS; Берлохер, Феликс; Гесснер, Миссури (ред.), «ГЛАВА 5 - Выщелачивание», Методы изучения разложения подстилки: Практическое руководство , Springer, Нидерланды, стр. 33–36, DOI : 10.1007 / 1-4020-3466-0_5 , ISBN 9781402034664
  6. ^ a b c d e f Rohwerder, T .; Герке, Т .; Kinzler, K .; Sand, W. (2003). «Обзор биовыщелачивания, часть A: Прогресс в биовыщелачивании: основы и механизмы бактериального окисления сульфидов металлов». Прикладная микробиология и биотехнология . 63 (3): 239–248. DOI : 10.1007 / s00253-003-1448-7 . ISSN 1432-0614 . PMID 14566432 . S2CID 25547087 .   
  7. ^ Б с д е е Iyer, R. (2002). "Химия поверхности выщелачивания золы уноса угля" Журнал опасных материалов . 93 (3): 321–329. DOI : 10.1016 / S0304-3894 (02) 00049-3 . ISSN 0304-3894 . PMID 12137992 .  
  8. ^ a b Peelman, S .; Вс, ЖИ; Sietsma, J .; Ян, Ю. (2016), «ГЛАВА 21 - Выщелачивание редкоземельных элементов: обзор прошлых и современных технологий» , Редкоземельная промышленность , Elsevier, стр. 319–334, doi : 10.1016 / b978-0-12-802328- 0,00021-8 , ISBN 9780128023280, получено 17.10.2019
  9. ^ a b c d e f g Perket, CL; Вебстер, WC (1981). «Литературный обзор процедур лабораторного выщелачивания и экстракции периодического действия». In Conway, R .; Маллой, Б. (ред.). Испытания опасных твердых отходов: первая конференция . Механика усталости и разрушения . (Вест Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International 1981): ASTM. С. 7–7–21. DOI : 10.1520 / stp28826s . ISBN 978-0-8031-0795-3. ISSN  1040-3094 - в разделе « Испытания опасных твердых отходов: первая конференция».CS1 maint: location ( ссылка )
  10. ^ Б с д е е г Проссера, AP (1996). «Обзор неопределенности при сборе и интерпретации данных о выщелачивании». Гидрометаллургия . 41 (2): 119–153. DOI : 10.1016 / 0304-386X (95) 00071-N . ISSN 0304-386X . 
  11. ^ a b Геанкоплис, Кристи (2004). Транспортный процесс и принципы разделения . NJ: Pretense Hall. С. 802–817. ISBN 978-0-13-101367-4.
  12. ^ a b «Разлив шлама летучей золы на Кингстонском заводе по производству ископаемых» , Википедия , 18 ноября 2019 г. , получено 21 ноября 2019 г.
  13. ^ Ли, Ли; Цзин Ге; Ренджи Чен; Фэн Ву; Ши Чен; Сяосяо Чжан (2010). «Экологически чистый выщелачивающий реагент для извлечения кобальта и лития» . Международный журнал интегрированного управления отходами, науки и технологий . Управление отходами. 30 (12): 2615–2621. DOI : 10.1016 / j.wasman.2010.08.008 . PMID 20817431 . Проверено 22 декабря 2011 года . 
  14. ^ Ли, Ли; Цзин Ге; Фэн Ву; Ренджи Чен; Ши Чен; Боронг Ву (2010). «Восстановление кобальта и лития из отработанных ионно-литиевых батарей с использованием органической лимонной кислоты в качестве выщелачивающего вещества». Журнал опасных материалов . 176 (1–3): 288–293. DOI : 10.1016 / j.jhazmat.2009.11.026 . PMID 19954882 .