Способы растворения и выщелачивания

Основными способами растворения и выщелачивания, применяемыми в химической технологии, являются: 1) замкнутый периодический про­цесс; 2) прямоточный и противоточный процессы; 3) процесс в неподвиж­ном слое (фильтрационно-проточный или перколяционный).

Замкнутый периодический процесс растворения и выщелачивания про­водится в аппарате с механическим или пневматическим перемешиванием. Пневматическое перемешивание позволяет в случае необходимости исполь­зовать перемешивающий агент (воздух) в качестве окислителя. При до­статочно интенсивном перемешивании твердые частицы быстро движутся с изменяющейся по направлению и величине скоростью, то отставая от потока омывающей их жидкости, то опережая его. В этих условиях воз­никает переменная во времени скорость обтекания, обусловленная инер­цией твердых частиц. При таком инерционном режиме создаются благоприятные условия для ускорения процессов растворения и выщела­чивания, несмотря на то что движущая сила процесса снижается по мере приближения к состоянию равновесия.

При слабом перемешивании твердые частицы находятся в жидкости во взвешенном состоянии, т. е. в течение довольно длительного времени дви­жутся поочередно в восходящем и нисходящем потоках жидкости. При этом вся их поверхность омывается жидкостью, но скорость обтекания в дан­ном случае возникает за счет силы тяжести частиц и уступает по величи­не соответствующим скоростям при инерционном режиме.

Рис.15.12. Схема непрерывного процесса выщелачивания в каскаде аппаратов с мешалками.

Замкнутые нестационарные процессы выщелачивания, проводимые в аппарате с мешалкой, малоэффективны вследствие присущих им недо­статков, общих для всех периодических процессов.

Прямоточный и противоточный процессы растворения и выщелачи­вания, проводимые в аппаратах непрерывного действия, широко рас­пространены. В принципе растворение и выщелачивание можно прово­дить непрерывно в аппарате с мешалкой путем непрерывного подвода в аппарат твердой и жидкой фаз и отвода их из него. Однако осуществление непрерывного процесса таким способом неизбежно приведет к падению интенсивности вследствие того, что поступающий в обработку твердый материал будет взаимодействовать с раствором, концентрация которого в аппарате, вследствие интенсивного перемешивания, близка к концен­трации насыщения. Это вызовет значительное снижение движущей силы и соответственно — скорости выщелачивания по сравнению со средней скоростью (за одну операцию) в периодическом процессе, где аналогичные условия создаются только на конечной стадии процесса. Кроме того, в оди­ночном аппарате возможен «проскок» некоторой части твердых частиц, в результате чего время пребывания может оказаться недостаточным для достижения высокой степени извлечения экстрагируемого вещества.

В связи с этим растворение и выщелачивание проводят в каскаде по­следовательно соединенных аппаратов с мешалками, через которые пуль­па движется самотеком (рис. 15.12). При работе по такой прямоточной схеме движущая сила процесса постепенно снижается от ступени к сту­пени, но не в такой степени, как в одном аппарате с мешалкой, где со свежим растворителем смешивается конечный концентрированный рас­твор. При числе ступеней, обычно не превышающем 3—6, в таких уста­новках достигается достаточно высокая степень извлечения.

Более эффективным является проведение непрерывных процессов вы­щелачивания по принципу противотока. При движении твердых частиц навстречу потоку жидкости в батарее аппаратов на конце установки, где вводится свежий растворитель, последний взаимодействует с выщелочен­ным в значительной степени материалом, а на другом ее конце исходный твердый материал обрабатывается концентрированным раствором. При этом достигается более равномерная работа аппаратов: на конце установ­ки, соответствующем вводу растворителя, удается повысить степень извле­чения из глубины пор твердого материала, а на противоположном кон­це — эффективно использовать концентрированный раствор для экстрак­ции с поверхности кусков (зерен) твердого материала. В итоге повышает­ся концентрация раствора, уменьшается расход растворителя и увеличи­вается производительность аппаратуры.

В противоточных аппаратах мелкие частицы увлекаются жидкостью в направлении, противоположном движению твердой фазы. В связи с этим два прямоточных аппарата могут быть соединены так, чтобы установка вделом работала по принципу противотока.

В процессах выщелачивания конечный раствор должен быть отделен от твердого нерастворимого остатка (шлама), который для этой цели подвергают промывке. Промывка производится на фильтрах, центрифугах и отстойниках. В непрерывных процессах выщелачивания обычно при­меняют противоточные схемы промывки, например на непрерывно дейст­вующих барабанных вакуум-фильтрах.

Согласно рис. 15.13, свежая вода или другой растворитель исполь­зуется сначала для промывки осадка на фильтре 1. Полученные здесь слабоконцентрированные промывные воды направляются в аппарат 2 с ме­шалкой (репульпатор), где тщательно перемешиваются с поступающим с фильтра 3 осадком и промывают его. Эта операция носит название р е п у л ь п а ц и и. Полученная в аппарате 2 пульпа поступает в фильтр 1, откуда фильтрат подается на промывку осадка в фильтр 3. Промывные воды из фильтра 3 перекачиваются в выщелачиватель 4, где они взаимо­действуют в качестве избирательного растворителя с исходным твердым материалом. При описанной противоточной ступенчатой промывке удает­ся использовать указанные выше преимущества противотока.

Рис.15.13. Схема противоточной промывки осадка (шлама) на барабанных