Выщелачивание (химия)
Выщелачивание - это процесс, когда растворенное вещество становятся отстраненным или извлеченным от его носителя с помощью растворителя . [ 1 ]
Выщелачивание - это естественный процесс, который ученые адаптировались для различных применений с различными методами. Конкретные методы экстракции зависят от растворимых характеристик относительно сорбентного материала, такого как концентрация, распределение, природа и размер. [ 1 ] Выщелачивание может происходить естественно из растительных веществ (неорганических и органических), [ 2 ] [ 3 ] выщелачивание растворенного вещества в почве, [ 4 ] и в разложении органических материалов. [ 5 ] Выщелачивание также может быть применено затронуто для повышения качества воды и удаления загрязняющих веществ, [ 1 ] [ 6 ] а также для утилизации опасных отходов , таких как летучая зола , [ 7 ] или редкоземельные элементы (Рис). [ 8 ] Понимание характеристик выщелачивания важно для предотвращения или поощрения процесса выщелачивания и подготовки к нему в тех случаях, когда он неизбежен. [ 2 ]
На идеальной стадии выщелачивания равновесие все растворенное вещество растворяется растворителем, оставляя носитель растворенного вещества неизменным. [ 1 ] Процесс выщелачивания, однако, не всегда идеален и может быть довольно сложным для понимания и воспроизведения, [ 6 ] И часто разные методологии дадут разные результаты. [ 9 ]
Процессы выщелачивания
[ редактировать ]Есть много типов сценариев выщелачивания; Следовательно, степень этой темы огромна. [ 1 ] [ 3 ] [ 9 ] В целом, однако, три вещества можно описать как:
Вещество A и B несколько однородны в системе до введения вещества C. [ 10 ] В начале процесса выщелачивания вещество C будет работать над растворением поверхностного вещества B с довольно высокой скоростью. [ 1 ] Скорость растворения существенно уменьшится, как только ей необходимо проникнуть через поры вещества А, чтобы продолжать нацелить вещество Б. [ 1 ] Это проникновение часто может привести к растворению вещества А, [ 1 ] или продукт более чем одного растворенного, [ 10 ] Оба неудовлетворительно, если желательно конкретное выщелачивание. Физиохимические и биологические свойства носителя и растворенного вещества должны рассматриваться при наблюдении за процессом выщелачивания , и некоторые свойства могут быть более важными в зависимости от материала, растворителя и их доступности. [ 9 ] Эти конкретные свойства могут включать, но не ограничиваются:
- Размер частиц [ 1 ]
- Растворитель [ 1 ]
- Температура [ 1 ]
- Агитация [ 1 ]
- Площадь поверхности [ 9 ]
- Однородность носителя и растворенного вещества [ 9 ]
- Микроорганизм активность [ 9 ]
- Минералогия [ 10 ]
- Промежуточные продукты [ 10 ]
- Кристаллическая структура [ 10 ]
Общий процесс обычно разбивается и суммируется на три части: [ 1 ]
- Растворение поверхностного растворенного вещества растворителем
- Диффузия внутренней части через поры носителя для достижения растворителя
- Передача растворенного растворенного вещества из системы
Процессы выщелачивания для биологических веществ
[ редактировать ]Биологические вещества могут испытывать выщелачивание, [ 2 ] а также использоваться для выщелачивания как часть вещества растворителя для восстановления тяжелых металлов . [ 6 ] Многие растения испытывают выщелачивание фенольных, углеводов и аминокислот , и могут испытывать целых 30% потери массы от выщелачивания, [ 5 ] Просто из источников воды, таких как дождь , роса , туман и туман . [ 2 ] Эти источники воды будут считать растворитель в процессе выщелачивания, а также могут привести к выщелачиванию органических питательных веществ с растениями, такими как свободные сахара , пектические вещества и сахарные спирты . [ 2 ] Это, в свою очередь, может привести к большему разнообразию видов растений, которые могут испытывать 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 забота о выщелачивании растений заключается в том, что пестициды выщелачиваются и переносятся через ливневые стоки ; [ 3 ] Это не только необходимо для здоровья растений, но и важно контролировать, потому что пестициды могут быть токсичными для здоровья человека и животных. [ 3 ]
Биоличинг - это термин, который описывает удаление катионов металлов из нерастворимых руд путем процессов биологического окисления и комплексообразования . [ 6 ] Этот процесс в большинстве случаев выполняется для извлечения меди , кобальта , никеля , цинка и урана из нерастворимых сульфидов или оксидов . [ 6 ] Процессы биоличинга также могут использоваться при повторном использовании летучей золы путем восстановления алюминия с использованием серной кислоты . [ 7 ]
Процессы выщелачивания для летучей золы
[ редактировать ]Угольная летающая зола - это продукт, который испытывает большое количество выщелачивания во время утилизации. [ 7 ] Несмотря на то, что повторное использование летучей золы в других материалах, таких как бетон и кирпичи, поощряется, все еще большая часть в Соединенных Штатах утилизируется в хранении прудов, лагун , свалок и кучей шлаков. [ 7 ] Все эти участки утилизации содержат воду, где эффекты промывки могут вызвать выщелачивание многих различных основных элементов , в зависимости от типа летучей золы и места, где он возник. [ 7 ] Выщелачивание летучей золы только в том случае, если летучая пепела не была утилизирована должным образом, например, в случае с ископаемым заводом Кингстона в округе Роун , штат Теннесси. [ 12 ] Структурная неудача в долине в долине Теннесси приводит к массовым разрушениям по всей территории и серьезным уровням загрязнения вниз по течению как к реке Эмори , так и к реке Клинч . [ 12 ]
Процессы выщелачивания в почве
[ редактировать ]Выщелачивание в почве сильно зависит от характеристик почвы, что затрудняет моделирование усилий. [ 4 ] Большая часть выщелачивания происходит из -за проникновения воды, эффекта промывки, так же, как описанный для процесса выщелачивания биологических веществ. [ 4 ] [ 11 ] Выщелачивание обычно описывается моделями транспортировки растворенного вещества, такими как закон Дарси , выражения массового потока и размышления о диффузии . [ 4 ] Выщелачивание в значительной степени контролируется гидравлической проводимостью почвы, которая зависит от размера частиц и относительной плотности , которую почва была консолидирована через стресс. [ 4 ] Диффузия контролируется другими факторами, такими как размер пор и скелет почвы, извилистость пути потока и распределение растворителя (воды) и растворенных веществ. [ 4 ]
Выщелачивание для добычи минералов
[ редактировать ]Выщелачивание иногда можно использовать для извлечения ценных материалов из продукта/ сырья сточных вод. В области минералогии кислотное выщелачивание является обычным явлением для извлечения металлов, таких как ванадий, кобальт, никель, марганец, железо и т. Д. Из сырья/ повторно используемых материалов. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] В последние годы больше внимания уделялось выщелачиванию металлов для восстановления драгоценных металлов из отходов. Например, извлечение ценных металлов из сточных вод. [ 15 ]
Механизмы выщелачивания
[ редактировать ]Из -за ассортимента процессов выщелачивания существует множество различий в данных, которые должны собираться с помощью лабораторных методов и моделирования, что затрудняет интерпретацию самих данных. [ 10 ] Не только указанный процесс выщелачивания важен, но и в центре внимания самого эксперимента. Например, фокус может быть направлен на механизмы, вызывая выщелачивание, минералогию как группу или индивидуально, или растворитель, который вызывает выщелачивание. [ 10 ] Большинство тестов проводятся путем оценки потери массы из -за реагента , тепла или простой мытья водой. [ 1 ] Краткое изложение различных процессов выщелачивания и их соответствующих лабораторных испытаний можно посмотреть в следующей таблице:
| Процесс выщелачивания | Лабораторные испытания |
|---|---|
| Удаление выщелачивания отходов | Платежный тест или тест столбца [ 9 ] |
| Выщелачивание с растений | Тест Тест или перестановку [ 5 ] |
| Мобилизация металлических катионов | Биоличинг [ 6 ] |
| Выщелачивание летучей золы | Испарение из пруда утилизации [ 7 ] |
| Клеточная экстракция | Легкие нефтяные фракции, растворитель трихлорэтилена или растворитель ацетона/эфира [ 1 ] |
| Грубые твердые вещества выщелачивания | Партийное растение [ 1 ] |
| Прекрасные твердые вещества выщелачивают | Возбуждение механической мешалкой или сжатым воздухом [ 1 ] |
Экологически чистое выщелачивание
[ редактировать ]Некоторые недавние работы были проведены, чтобы увидеть, можно ли использовать органические кислоты для выщелачивания лития и кобальта из отработанных батарей с некоторым успехом. Эксперименты, проводимые с различными температурами и концентрациями яблочной кислоты, показывают, что оптимальные условия составляют 2,0 м/л органической кислоты при температуре 90 ° C. [ 16 ] Реакция имела общую эффективность, превышающую 90% без вредных побочных продуктов.
- 4 LICOO 2 (твердое вещество) + 12 C 4 H 6 O 5 (жидкость) → 4 LIC 4 H 5 O 5 (жидкость) + 4 CO (C 4 H 6 O 5 ) 2 (жидкость) + 6 H 2 O (жидкость ) + O 2 (газ)
Тот же анализ с лимонной кислотой показал аналогичные результаты с оптимальной температурой и концентрацией 90 ° C и 1,5 молярного раствора лимонной кислоты. [ 17 ]
Смотрите также
[ редактировать ]- Извлечение
- Выщелачивание
- Проводник
- Выщелачивание поверхностно -активного вещества
- Сорбция
- Выветривание
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час я Дж k л м не а п Q. ведущий Ричардсон, JF; Харкер, JH; Backhurst, Jr (2002), Ричардсон, JF; Харкер, JH; Backhurst, Jr (Eds.), «Глава 10-выщелачивание» , Химическое инженеризм (пятое издание) , серия химических инженеров, Баттерворт-Хейнеманн, стр. 502–541, doi : 10.1016/b978-0-08-049064-9.50021- 7 , ISBN 9780080490649
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон Tukey, HB (1970). «Выщелачивание веществ с растений». Ежегодный обзор физиологии растений . 21 (1): 305–324. doi : 10.1146/annurev.pp.21.060170.001513 . ISSN 0066-4294 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Дубус, Ig; Beulke, S.; Браун, CD (2002). «Калибровка моделей выщелачивания пестицидов: критический обзор и руководство для отчетности». Наука по борьбе с вредителями . 58 (8): 745–758. doi : 10.1002/ps.526 . ISSN 1526-4998 . PMID 12192898 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон Аддискотт, ТМ; Wagenet, RJ (1985). «Концепции выщелачивания растворенного вещества в почвах: обзор подходов к моделированию». Журнал почвенной науки . 36 (3): 411–424. doi : 10.1111/j.1365-2389.1985.tb00347.x . ISSN 1365-2389 .
- ^ Jump up to: а беременный в Bärlocher, Felix (2005), Граса, MAS; Bärlocher, Felix; Gessner, Mo (Eds.), «Глава 5-выщелачивание», методы изучения разложения мусора: практическое руководство , Springer Netherlands, pp. 33–36, doi : 10.1007/1-4020-3466-0_5 , ISBN 9781402034664
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон Rohwerder, T.; Gehrke, T.; Кинцлер, К.; Sand, W. (2003). «Обзор биоличинга, часть A: Прогресс в биологии: основы и механизмы окисления сульфида бактериального металла». Прикладная микробиология и биотехнология . 63 (3): 239–248. doi : 10.1007/s00253-003-1448-7 . ISSN 1432-0614 . PMID 14566432 . S2CID 25547087 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон Айер Р. (2002). «Поверхностная химия выщелачивания угольного летучей золы». Журнал опасных материалов . 93 (3): 321–329. doi : 10.1016/s0304-3894 (02) 00049-3 . ISSN 0304-3894 . PMID 12137992 .
- ^ Jump up to: а беременный Peelman, S.; Солнце, Чжи; Sietsma, J.; Yang, Y. (2016), «Глава 21-Выщелачивание редкоземельных элементов: обзор прошлых и настоящих технологий» , «Индустрия редкоземельных земель » , Elsevier, с. 319–334, doi : 10.1016/b978-0-12-802328- 0,00021-8 , ISBN 9780128023280 Получено 2019-10-17
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин Perket, cl; Webster, WC (1981). «Обзор литературы пакетного лабораторного выщелачивания и процедур добычи». В Конвей, Р.; Маллой, Б. (ред.). Опасные испытания твердых отходов: первая конференция . (West Conshochen, PA: ASTM International 1981): ASTM. С. 7–7–21. doi : 10.1520/stp28826s . ISBN 978-0-8031-0795-3 Полем ISSN 1040-3094 -Via In в опасных испытаниях твердых отходов: первая конференция.
{{cite book}}:|journal=Игнорируется ( помощь ) CS1 Maint: местоположение ( ссылка ) - ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин Prosser, AP (1996). «Обзор неопределенности в сборе и интерпретации данных выщелачивания». Гидрометаллургия . 41 (2): 119–153. doi : 10.1016/0304-386x (95) 00071-N . ISSN 0304-386X .
- ^ Jump up to: а беременный Geankoplis, Christie (2004). Транспортный процесс и принципы разделения . Нью -Джерси: Притворство. С. 802–817. ISBN 978-0-13-101367-4 .
- ^ Jump up to: а беременный «Кингстон ископаемого растения угольная муха ловли пепла разлив» , Arc.Ask3.Ru , 2019-11-18 , извлеченные 2019-11-21
- ^ Xiong, Yuting; Ван, Лин; Ван, Лонг; Ли, Шен; Ян, Гохуа; Цао, Чонг; Лю, Шусиан; Ни, Yimiao; Цзя, Ланбо (2023-07-01). «Оптимизация и кинетический анализ прямого выщелачивания кислоты ванадия из конвертера ванадиевого шлака под атмосферным давлением» . Инженерная инженерия . 198 : 108091. DOI : 10.1016/j.mineng.2023.108091 . ISSN 0892-6875 . S2CID 258423709 .
- ^ Balázs Illés, István; Kékesi, Tamás (2023-10-01). «Извлечение соединений CO, NI, MN и FE из отработанных литий-ионных аккумуляторов путем восстановительного выщелачивания и комбинированного окислительного окисления в хлоридных средах» . Инженерная инженерия . 201 : 108169. DOI : 10.1016/j.mineng.2023.108169 . ISSN 0892-6875 .
- ^ Jump up to: а беременный Гу, Кунхон; Чжэн, Вейпенг; Дин, Бодонг; Хан, Джунвей; Цинь, Венцин (2022-08-01). «Комплексная добыча ценных металлов из традиционных литиевых аккумуляторов посредством обжарки и выщелачивания: термодинамические и кинетические исследования» . Инженерная инженерия . 186 : 107736. DOI : 10.1016/j.mineng.2022.107736 . ISSN 0892-6875 . S2CID 250639975 .
- ^ Ли, Ли; Jing ge; Ренджи Чен; Фэн wu; Ши Чен; Xiaoxiao Zhang (2010). «Экологический реагент для выщелачивания для восстановления кобальта и лития» . Международный журнал интегрированного управления отходами, науки и техники . Управление отходами. 30 (12): 2615–2621. doi : 10.1016/j.wasman.2010.08.008 . PMID 20817431 . Получено 22 декабря 2011 года .
- ^ Ли, Ли; Jing ge; Фэн wu; Ренджи Чен; Ши Чен; Боронг Ву (2010). «Восстановление кобальта и лития из отработанных литий -ионных батарей с использованием органической лимонной кислоты в качестве выщелачивающего средства». Журнал опасных материалов . 176 (1–3): 288–293. doi : 10.1016/j.jhazmat.2009.11.026 . PMID 19954882 . S2CID 17075350 .
| Базы данных управления авторитетом : национальный |
|---|
