ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Растворение и выщелачивание из "Технология минеральных удобрений Издание 3" Наконец, интенсификации обжига способствуют все мероприятия, ведущие к улучшению условий теплопередачи и, следовательно, к ускорению 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.39] Строго говоря, любой процесс растворения твердого тела в жидкости, сольватацию, можно рассматривать как химическую реакцию. Удобнее, однако, ввести следующее разграничение. В ряде случаев растворения, которые мы будем называть физическим растворением, 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, находящегося в жидкой фазе, или когда сам растворитель химически взаимодействует с растворимыми так, что процесс является необратимым, т. е. выделить растворяемое вещество из полученного раствора кристаллизацией невозможно, мы будем называть химическим растворением. [c.39] 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.39] 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 ребер 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 ребра искривляются. Существенную роль при этом играют также неравномерно распределенные в кристалле примеси, делающие его неоднородным. [c.40] 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.41] 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.41] 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 водородных ионов. 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.41] 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.42] 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.42] Несмотря на то, что нагревание в большинстве случаев ускоряет процесс растворения, этим приемом пользуются далеко не всегда, ибо он связан с затратой тепловой энергии. [c.43] Движущая сила растворения зависит от концентрации вещества в растворе. Чем концентрация меньше, тем быстрее идет растворение. Наибольшую скорость процесс имеет при применении чистого растворителя и при получении слабых растворов. Однако в производственных условиях стремятся обычно получать концентрированные растворы, так как они требуют меньших объемов аппаратуры, меньшего расхода энергии на перемещение, на нагрев или охлаждение ит. п. Выбор конечной концентрации получаемого раствора зависит от ряда техникоэкономических соображений. [c.43] Процессы выщелачивания организуют обычно противоточ-ным методом, при котором уходящий из выщелачивателя шлам (мелкодисперсный нерастворимый остаток) встречается со свежим растворителем или слабым раствором. Это обеспечивает уменьшение потерь ценного вещества, остающегося в жидкости, смачивающей шлам. При прямоточном выщелачивании, во избежание больших потерь раствора, шлам, выгружаемый из растворителя, подвергается дополнительной промывке. [c.43] Ускорению процессов растворения и выщелачивания способствует увеличение относительной скорости перемещения твердой и жидкой фаз, что приводит к уменьшению диффузионного сопротивления. Для этого жидкий поток пропускают через слой подвижного или неподвижного твердого материала или интенсивно перемешивают фазы. В случае химического растворения перемешивание способствует также удалению твердых нерастворимых продуктов реакции с поверхности кусочков растворяющегося вещества и облегчает, таким образом, контакт, между растворяемым и растворителем. Помимо этого, перемешивание выравнивает концентрацию в массе раствора. [c.43] Вернуться к основной статье