Выщелачивание – это процесс отделения или извлечения растворенного вещества из вещества-носителя с помощью растворителя . [1]
Выщелачивание — это естественный процесс, который ученые адаптировали для различных применений с помощью различных методов. Конкретные методы экстракции зависят от характеристик растворимости по отношению к материалу сорбента , таких как концентрация, распределение, природа и размер. [1] Выщелачивание может происходить естественным образом из-за растительных веществ (неорганических и органических), [2] [3] выщелачивания растворенных веществ в почве, [4] и при разложении органических материалов. [5] Выщелачивание также может эффективно применяться для улучшения качества воды и удаления загрязнений, [1] [6] , а также для удаления опасных отходов , таких как летучая зола , [7] или редкоземельные элементы (РЗЭ). [8] Понимание характеристик выщелачивания важно для предотвращения или стимулирования процесса выщелачивания и подготовки к нему в случае, когда оно неизбежно. [2]
На идеальной стадии равновесия выщелачивания все растворенное вещество растворяется растворителем, 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]
Существует много типов сценариев выщелачивания; следовательно, масштабы этой темы огромны. [1] [3] [9] Однако в целом эти три вещества можно охарактеризовать как:
Вещества A и B в некоторой степени гомогенны 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 существенно снизится, как только ему потребуется проникнуть через поры вещества А, чтобы продолжить воздействие вещества Б. [1] Это проникновение часто может привести к растворению вещества А, [1] или продукта более одного растворенного вещества, [10] оба неудовлетворительны, если желательно специфическое выщелачивание. При наблюдении за процессом выщелачивания следует учитывать физико-химические и биологические свойства носителя и растворенного вещества , причем некоторые свойства могут быть более важными в зависимости от материала, растворителя и их доступности. [9] Эти конкретные свойства могут включать, помимо прочего:
Общий процесс обычно разбивается на три части: [1]
Биологические вещества могут подвергаться выщелачиванию сами [2] , а также использоваться для выщелачивания в составе веществ-растворителей для извлечения тяжелых металлов . [6] Многие растения испытывают выщелачивание фенольных соединений, углеводов и аминокислот и могут испытывать потерю до 30% массы в результате выщелачивания, [5] только из таких источников воды, как дождь , роса , туман и туман . [2] Эти источники воды считаются растворителем в процессе выщелачивания, а также могут привести к выщелачиванию органических питательных веществ из растений, таких как свободные 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, связанная с вымыванием растений, заключается в том, что пестициды выщелачиваются и переносятся 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]
Биологическое выщелачивание — это термин, который описывает удаление катионов металлов из нерастворимых руд посредством процессов биологического окисления и комплексообразования . [6] Этот процесс проводится в основном для извлечения меди , кобальта , никеля , цинка и урана из нерастворимых сульфидов или оксидов . [6] Процессы биовыщелачивания также можно использовать для повторного использования летучей золы путем восстановления алюминия с помощью серной кислоты . [7]
Угольная зола представляет собой продукт, который при утилизации подвергается сильному выщелачиванию. [7] Хотя повторное использование летучей золы в других материалах, таких как бетон и кирпич, поощряется, большая часть ее в Соединенных Штатах утилизируется в прудах, лагунах , свалках и отвалах шлака. [7] Все эти свалки содержат воду, промывание которой может вызвать выщелачивание многих различных основных элементов , в зависимости от типа летучей золы и места ее образования. [7] Выщелачивание летучей золы имеет значение только в том случае, если летучая зола не была утилизирована должным образом, как, например, в случае с Кингстонским заводом по производству ископаемых в округе Роан , штат Теннесси. [12] Структурный отказ Кингстонского завода по добыче полезных ископаемых в долине Теннесси привел к массовым разрушениям по всей территории и серьезному уровню загрязнения ниже по течению как реки Эмори, так и реки Клинч . [12]
Выщелачивание в почве сильно зависит от характеристик почвы, что затрудняет моделирование. [4] Большая часть выщелачивания происходит в результате инфильтрации воды, эффект промывания очень похож на тот, который описан для процесса выщелачивания биологических веществ. [4] [11] Выщелачивание обычно описывается моделями переноса растворенных веществ, такими как закон Дарси , выражениями массового расхода и понятиями диффузии -дисперсии. [4] Выщелачивание в основном контролируется гидравлической проводимостью почвы, которая зависит от размера частиц и относительной плотности , до которой почва консолидировалась под действием напряжения. [4] Диффузия контролируется другими факторами, такими как размер пор и скелет почвы, извилистость пути потока и распределение растворителя (воды) и растворенных веществ. [4]
Выщелачивание иногда можно использовать для извлечения ценных материалов из продукта/сырья сточных вод. В области минералогии кислотное выщелачивание распространено для извлечения таких металлов , как ванадий, кобальт, никель, марганец, железо и т. д., из сырья/повторно используемых материалов. [13] [14] [15] В последние годы больше внимания уделяется выщелачиванию металлов для извлечения драгоценных металлов из отходов. Например, извлечение ценных металлов из сточных вод. [15]
Из-за разнообразия процессов выщелачивания существует множество различий в данных, которые необходимо собрать с помощью лабораторных методов и моделирования, что затрудняет интерпретацию самих данных. [10] Важен не только указанный процесс выщелачивания, но и направленность самого эксперимента. Например, основное внимание может быть направлено на механизмы, вызывающие выщелачивание, минералогию в целом или по отдельности или на растворитель, вызывающий выщелачивание. [10] Большинство тестов проводится путем оценки потери массы из-за реагента , нагревания или простого промывания водой. [1] Краткое описание различных процессов выщелачивания и соответствующих им лабораторных испытаний можно просмотреть в следующей таблице:
Недавняя работа была проведена с целью выяснить, можно ли с некоторым 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 °С. [16] Реакция имела общую эффективность, превышающую 90%, без вредных побочных продуктов.
Тот же анализ с лимонной кислотой показал аналогичные результаты при оптимальной температуре и концентрации 90 °С и 1,5-молярном растворе лимонной кислоты. [17]
{{cite book}}
: |journal=
игнорируется ( помощь )CS1 maint: расположение ( ссылка )