< Предыдущая		Оглавление		Следующая >

17.2. Физико-химические методы обработки и утилизации отходов

Многие процессы утилизации твердых отходов основаны на изнвлечении компонентов из отходов путем использования процессов растворения, экстрагирования (выщелачивания) и кристаллизации перерабатываемых материалов.

Растворение - массообменный процесс перехода вещества в раснтвор с поверхности частиц. Этот процесс широко используется в практике переработки многих твердых отходов. Обычно растворение проводят с целью разделения систем, состоящих из растворимых и инертных частиц.

При физическом растворении исходное твердое вещество может быть вновь получено кристаллизацией из раствора.

Химическое растворение представляет собой гетенрогенную химическую реакцию, продукты которой растворяются в жидком объеме. Возврат к исходному твердому веществу путем кринсталлизации здесь невозможен. В условиях химического растворения могут образовываться твердые или газообразные продукты реакции, значительно осложняющие кинетику растворения. Экранизация поверхности растворения твердыми продуктами реакции сущестнвенно замедляет процесс, а выделение газообразной фазы ускоряет растворение до определенных пределов, за которыми становится занметным экранирующее действие газовой фазы. Процессы растворенния протекают обычно достаточно быстро. Этому способствует непонсредственный контакт движущейся (перемешиваемой) жидкости с поверхностью растворяющихся частиц.

В большинстве случаев растворимость твердых веществ в жидконстях ограничена. При определенной концентрации раствора, назынваемой концентрацией насыщения (растворимостью), между твердым телом и раствором устанавливается равновесие.

Концентрация насыщения - важнейший физико-химический и технологический параметр, поскольку эта величина указывает на емнкость растворителя, его способность воспринимать растворяющееся вещество. Кроме того, она является фактором, сильно влияющим на скорость растворения.

Возможность самопроизвольного растворения твердого вещества оценивается знаком величины ΔG (изменение энергии Гиббса):

(17.12)

где ΔН_р - изменение энтальпии; Т - абсолютная температура; ΔS - изменение энтропии.

При ΔG < 0 возможно растворение, ΔG= 0 соответствует равнонвесию в системе, при ΔG> 0 вероятен процесс кристаллизации. Раснтворимость твердых веществ в жидкостях обычно ограничена коннцентрацией насыщения C_s. Скорость растворения можно рассматринвать как массообменный процесс:

(17.13)

где G - количество растворенного вещества, кг; К_м - коэффициент массопередачи (константа скорости процесса); S - общая поверхнность растворенных частиц в момент времени t, м²; С_S - концентранция раствора в момент времени t, кг/м³.

Экстрагирование - процесс извлечения одного или нескольких компонентов из твердого материала путем избирательного растворенния в жидкостях (экстрагентах). Извлекаемые компоненты содержатнся в порах твердого тела в виде растворенного вещества или твердой фазы. В первом случае говорят об экстрагировании растворенного венщества, во втором - об экстрагировании твердого вещества.

Этот метод широко используется в практике переработки отвалов горнодобывающей промышленности, некоторых металлургических и топливных шлаков, пиритных огарков, древесных и многих других вторичных материальных ресурсов.

Твердое тело содержит в своем пористом объеме раствор целевого компонента. При взаимодействии с экстрагентом целевой компоннент диффундирует сквозь пористую структуру твердого тела в основную массу жидкости. Диаметр пор, составляющих пористый объем, настолько мал, что жидкость, заключенная в порах, практически ненподвижна. Из этого следует, что механизмом переноса растворенного вещества является молекулярная диффузия. Экстрагирование - меннее интенсивный процесс по сравнению с растворением.

Механизм экстрагирования твердого вещества отличается больншей сложностью и включает в себя три стадии: проникание экстрангента в пористую структуру твердого тела; растворение целевого комнпонента в экстрагенте; диффузия растворенного компонента в основнную массу жидкости.

Конкретные обстоятельства приводят к тому, что каждая из этих стадий может определять скорость все го процесса. Однако чаще всего скорость процесса в целом лимитируется третьей стадией как наибонлее медленной.

Экстрагирование твердого вещества кинетически неравноценно его растворению. В условиях растворения вещество непосредственно контактирует с движущейся жидкостью, благодаря чему сопротивленние массопереносу невелико. В условиях экстрагирования твердого вещества область, содержащая целевой компонент, первоначально занимает весь объем частицы, а с ходом экстрагирования систематинчески сокращается.

Скорость экстрагирования изменяется в ходе процесса и зависит от концентрации реагентов, температуры, величины поверхности твердой фазы:

(17.14)

где G - количество экстрагируемого вещества в твердой фазе; j - конличество выщелачиваемого вещества, переходящее в раствор в единницу времени t с единицы поверхности твердой фазы (поток выщеланчивания, удельная скорость выщелачивания); S - поверхность взаинмодействия фаз.

< Предыдущая		Оглавление		Следующая >