Выщелачиванием (экстрагированием)

Выделение компонентов из твердых отходов

Этот метод широко используется в практике переработки отвалов горнодобывающей промышленности, некоторых металлургических и топливных шлаков, пиритных огарков, древесных и многих других BMP. Метод основан на извлечении одного или нескольких компонентов из комплексного твердого материала путем его (их) избирательного растворения в жидкости-экстрагенте.

В зависимости от характера физико-химических процессов, протекающих при выщелачивании, различают простое растворение (целевой компонент извлекается в раствор в составе присутствующего в исходном материале соединения) и выщелачивание с химической реакцией (целевой компонент, находящийся в исходном материале в составе малорастворимого соединения, переходит в хорошо растворимую форму).

Скорость выщелачивания обычно изменяется в ходе процесса и зависит от концентрации реагентов, температуры, интенсивности перемешивания, величины поверхности твердой фазы и других факторов.

При выборе экстрагента (растворителя) к нему предъявляют ряд требований в отношении селективности, величины коэффициентов распределения и диффузии, плотности, горючести, коррозионной активности, токсичности и ряда других показателей. На процесс выщелачивания обычно существенное влияние оказывают такие параметры, как концентрация экстрагента, размер и пористость зерен обрабатываемого материала, интенсивность гидродинамики, температура, наложение различных силовых полей (ультразвуковых, постоянных электрических, электромагнитных, высокочастотных, центробежных и других) и в некоторых случаях присутствие различных микроорганизмов (бактериальное выщелачивание).

Процессы экстракции могут быть периодическими и непрерывными. Периодические процессы проводят настаиванием (обработкой залитого экстрагентом материала в течение определенного времени с последующим сливом экстрагента и заменой его свежим) или вытеснением - перколяцией (образующийся экстракт непрерывно вытесняется из слоя материала чистым растворителем). Более прогрессивное непрерывное экстрагирование проводят путем многоступенчатого контакта прямоточным, противоточным и комбинированным способами.

Используемые для реализации процессов экстракции аппараты характеризуются весьма большим разнообразием конструкций. Экстракторы классифицируют по способу действия (периодические и непрерывно действующие), по направлению движения растворителя и твердой фазы (противо- и прямоточные, с процессом полного смешения, с процессом в слое и комбинированные), по характеру циркуляции растворителя (с однократным прохождением, с рециркуляцией и оросительные) и по ряду других принципов.

При расчете производительности реактора выщелачивания любого типа основываются на заданной степени извлечения или остаточном содержании целевого компонента в обрабатываемом твердом материале С_ост, определяя необходимое время выщелачивания τ₀ по кинетической кривой С_ост=ƒ(τ).

При этом производительность аппарата по пульпе для заданных условий выщелачивания определяют по формуле:

Q=VС_ост /(τ₀+ Δτ), (5.21)

где V – полезная емкость реактора; Δτ – суммарное время загрузки, выхода на режим и выгрузки реактора.

Максимальная производительность непрерывно действующего реактора выщелачивания полного смешения при непрерывном распределении частиц по времени пребывания и небольших величинах Q/V и τ₀ может быть определена с использованием выражения

Q=VC_oст/ ƒ(τ).dτ. (5.22)

Оценка производительности периодически- и непрерывно действующего реакторов, проводимая соответственно по выражениям (5.21) и (5.22) при равных значениях V и τ₀, позволяет заключить, что в первом случае она гораздо выше. Увеличения производительности единичных непрерывно действующих реакторов достигают объединяя их в прямоточный каскад, что обеспечивает снижение выхода твердых частиц с малым временем пребывания. Более рациональная с позиций кинетики организация противоточного каскада требует разделения твердой и жидкой фаз после каждого аппарата выщелачивания.