ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Растворение и выщелачивание из "Технология минеральных удобрений " Быстрое перемещение газа относительно поверхности реагирующих с ним твердых частиц или быстрое перемещение твердых частиц в атмосфере газа (например, при обжиге в распыленном состоянии) также ускоряет процесс вследствие уменьшения диффузионных сопротивлений у границы раздела твердое — газ. [c.37] Влажность шихты имеет иногда большое значение. Выделяющийся при обжиге влажной шихты водяной пар может оказать влияние не только на скорость, но и на характер химических процессов. Присутствие влаги может иногда ускорить обжиг (например, когда гидратированное вещество имеет более низкую температуру плавления, чем обезвоженное), но может привести и к распаду уже образовавшихся продуктов реакции, а также к спеканию материалов. Обжиг влажной шихты требует повышенного расхода топлива из-за дополнительной затраты тепла на испарение влаги. [c.37] Наконец, интенсификации. обжига способствуют все мероприятия, ведущие к улучшению условий, теплопередачи и, следовательно, кускорению нагрева шихты. Например, вследствие плохой теплопроводности шихты прогрев ее до температуры реакции осуществляется тем быстрее, чем меньше ее масса, приходящаяся на единицу площади теплопередающей поверхности. Поэтому при обжиге материала в печи периодического действия небольшими порциями продолжительность каждой операции обжига сокращается, а общая производительность печи может иногда оказаться большей, чем при загрузке в нее больших количеств шихты. По этой же причине через печи непрерывного действия часто выгоднее пропускать материал тонким слоем, но с большей скоростью. [c.37] Строго говоря, любой процесс растворения твердого тела в жидкости, сольватацию, следует рассматривать как химическую реакцию. Удобнее, однако, ввести следующее разграничение. В ряде случаев растворения, которые мы будем называть физическим рас-тборекмеи , под действием жидкой фазы происходит лишь разрушение кристаллической решетки — отщепление частиц твердого вещества и переход их в раствор. Процесс физического растворения обратим, поскольку возможна обратная кристаллизация твердого вещества из раствора. Растворение, происходящее под действием химически активного вещества, наз одящегося в жидкой фазе, или когда сам растворитель химически взаимодействует с растворимым так, что цроцесс является необратимым, т. е. выделить растворяемое вещество из полученного раствора кристаллизацией невозможно, мы будем называть химическим растворением. [c.37] Во всех случаях растворения жидкая фаза перемещается относительно твердой поверхности растворяющегося вещества. Даже в случае отсутствия внешних причин, вызывающих движение твердой и жидкой фаз (перемешивание или другой способ организации потока растворителя или растворяемого), происходит естественная конвекция жидкости вследствие того, что плотность жидкой фазы неодинакова в различных точках внутри раствора. [c.38] Независимо от характера движения жидкости, у границы раздела фаз всегда существует диффузионный слой жидкости. Он представляет собой некоторое сопротивление диффузии частиц растворяемого вещества в массу раствора, а в случае химического растворения-диффузии химически активного растворителя к поверхности растворяющегося вещества и диффузии в раствор образующегося на этой поверхности продукта реакции. Поэтому скорость растворения кристаллических тел в жидкостях определяется главным образом законами диффузии. Интенсивность растворения, как и всякого гетерогенного процесса, зависит от величины поверхности контакта фаз — чем мельче кристаллы, тем больше их удельная поверхность и тем быстрее они растворяются. Мелкие кристаллы растворяются быстрее также и потому, что в них относительная доля материала (ионов, молекул), находящаяся у вершин пространственных углов и ребер, значительно больше, чем в крупных. Затрата же энергии на разрушение вершин и реВер кристалла, отнесенная к единице массы, меньше, чем на разрушение граней. С наименьшей скоростью растворяются наиболее развитые грани кристалла. Различной скоростью растворения отдельных элементов кристалла, в том числе разных его граней, объясняется и изменение его формы в процессе растворения — грани и ре Йра искривляются. Существенную роль при этом играют также неравномерно распределенные в кристалле примеси, делающие его неоднородным. [c.38] Возможны и такие случаи химического растворения, сопровождающиеся очень медленной реакцией на поверхности кристалла, когда скорость растворения постоянна и зависит только от энергии кристаллической решетки, а также и случаи с более сложными кинетическими закономерностями, чем приведенные выше. [c.39] Коэффициенты скорости растворения, входящие в уравнения кинетики, зависят от величины коэффициентов диффузии веществ в растворе, от толщины диффузионных слоев, от энергии кристаллических решеток, а иногда и от растворимости вещества. [c.39] Частым случаем химического растворения в солевой технологии является кислотное разложение минералов. Здесь скорость растворения зависит от концентрации кислоты и пропорциональна активности действующего раствора, т. е. концентрации в нем ионов водорода. В тех случаях, когда в результате кислотного разложения минерала в раствор переходит соль, придающая ему буферные свойства, скорость растворения резко замедляется. Это объясняется тем, что активность буферного раствора уменьшается в процессе растворения не только вследствие расходования кислоты на разложение минерала, но и из-за роста отношения концентрации образующейся соли к концентрации кислоты. Вследствие этого раствор, в котором еще имеется кислота, может оказаться непригодным для дальнейшего растворения минерала, пока из этого раствора не будет выделена хотя бы некоторая часть содержащейся в нем соли. [c.39] Когда разложение минерала растворителем сопровождается пересыщением раствора продуктом реакции, последний кристаллизуется на поверхности зерен растворяющегося вещества, покрывая их кристаллической коркой. Эта корка затрудняет доступ растворителя к реакционной поверхности, и процесс замедляется, а при образовании плотной, непроницаемой корки может совсем прекратиться задолго до израсходования реагирующих компонентов. [c.39] Поэтому, когда невозможно избежать покрытия зерна растворяемого вещества слоем продукта реакции, существенным является выбор таких условий растворения, при которых покрывающая корка формируется рыхлой, пористой, проницаемой для растворителя, не обладающей чрезмерно большим диффузионным сопротивлением. [c.40] Выщелачиванием называется извлечение из твердой смеси растворимой ее части с помощью растворителя. Процессы выщелачивания принципиально ничем не отличаются от процессов растворения. Они протекают несколько медленнее из-за того, что присутствие нерастворимой части твердого вещества затрудняет контакт между растворимым и растворителем. Процесс тормозится дополнительным сопротивлением, связанным с диффузией растворителя внутрь частиц твердого материала. Очевидно, что чем более пористым является твердый материал, тем легче из него выщелачивается растворимый компонент. [c.40] Понятно поэтому, например, стремление получать в производстве возможно более пористые спеки, если они должны подвергнуться в дальнейшем выщелачиванию. Характер получаемых спеков зависит от химического состава и величины зерен исходных материалов, а также от температуры обжига. При обжиге материалов, сопровождающемся образованием значительных количеств расплава, после остывания получается прочный, малопористый спек, называемый клинкером. Выщелачивание из такого материала растворимых соединений идет с большим трудом. В солевой технологии часто получают спеки, пористость которых весьма велика (30—50%). Такие спеки легко поддаются мокрой обработке, но они значительно менее прочны, чем клинкеры. Это обстоятельство иногда затрудняет применение для выщелачивания таких аппаратов, в которые твердый материал загружается толстым слоем, так как нижние слои его раздавливаются под тяжестью верхних, что увеличивает сопротивление потоку циркулирующей жидкости. Прочность спека, а также скорость выщелачивания зависят не только от степени пористости, но и от размера пор. Чем мельче поры, тем медленнее идет процесс. Выщелачивание иногда проводят под давлением, которое облегчает проникновение жидкости в поры твердого материала. [c.40] Повышение температуры является наиболее эффективным средством, ускоряющим процессы растворения и выщелачивания. Так как процессы растворения в основном являются диффузионными, то температурный коэффициент их скорости практически совпадает с температурным коэффициентом диффузии при повышении температуры на 10 скорость растворения увеличивается в 1,5—2 раза. Повышение температуры способствует уменьшению вязкости раствора и, следовательно, уменьшению толщины диффузионного слоя и его сопротивления массопередаче. С другой стороны, при повышении температуры возрастает предельная растворимость большинства веществ хо и, следовательно, увеличивается движущая сила физического растворения хо—х, а поэтому и скорость растворения. [c.40] Вернуться к основной статье