Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






дәріс. Сорбциялық және экстракциялық процестер



Бұл процестер бөлінетін металдың мөлшері 1 % дейін сұйытылған ерітін­ді­лерді шоғарландыру немесе поликомпоненттік ерітіндіден металды селективті бөлу үшін қолданылады. Шөгілдіру процестерімен салыстырғанда сорбциялық-экстракциялық технологияны қолданудың бірқатар артықшылығы бар:

– қосалқы өнімдер болмайды;

– рН, тотығу-тотықсыздану жағдайын өзгерту, кешен түзегішті енгізу есебінен металды бөліп алу селективтігі мен оны реттеу мүмкіндігі артады;

– барынша жинақы аппаратура қолданылады;

– автоматты басқарылатын үздіксіз режим жүзеге асырылады.

Сорбциялық және экстракциялық процестердің тиімділігі металдың бөліну дәрежесімен, ерітіндінің тазалығы мен шоғырлануымен анықталады. Бұл кезде реагенттің максимал сыйымдылығы мен селективтігі, кинетикалық көрсеткіштер қамтамасыз етілуі керек. Ең маңызды технологиялық параметрге жататындар: сыйымдылық, сатылар саны, жанасу ұзақтығы, реагентті бірмезгілде тиеу көлемі.

Сорбциялық процестер. Сорбция – еріген заттың арнайы заттармен (сорбенттермен) сіңірілуі. Гидрометал­лур­гияда иониттердің маңызы зор – жасанды жоғары молекулярлы органикалық қосылыстар. Ион текті топтар типімен және олардың иондану дәрежесімен (рКа) ерекшеленетін иониттердің төрт типі белгілі:

· күшті қышқылды катиониттер мен жоғары негізді аниониттер;

· әлсіз қышқылды катиониттер мен төменгі негізді аниониттер

· амфотерлік иониттер (амфолиттер);

· жартылай функционалды сипатты катиониттер мен аниониттер, олардың алмасу сыйымдылықтары рН (катиониттер үшін) және рОН (аниониттер үшін) жоғарылауымен үздіксіз артады.

Иониттердің негізгі технологиялық сипаттамалары:

– сыйымдылық (толық алмасу сыйымдылығы, статикалық алмасу сыйымдылығы, динамикалық (жұмысшы) алмасу сыйымдылығы;

– тығыздығы, ісінуі;

– гранулометриялық құрамы;



– механикалық, термиялық, химиялық және радиациялық тұрақтылығы.

Иониттердің жоғарғы меншікті сыйымдылығы, сіңіру жылдамдығы, десорбция және регенерациялануы, ме­ханикалық, химиялық, термиялық тұрақтылығы болуы керек.

Сорбенттен иондарды жуу үшін қолданылатын ерітінді элюент деп, ал процесс – элюация деп аталады. Сорбентті жұмысшы нысанға өткізу үшін қолданылатын ерітінді – регенера­т, ал процесс – регенерация. Сорбциялық өңдеуден кейінгі ерітінді рафинат деп аталады.

Сорбциялық технология бірқатар бірізді операциялардан тұрады:

– бастапқы сорбентті дайындау;

– сорбцияның өзі;

– элюирлеу (десорбция), сыртқы реагент көмегімен бөлінетін компоненттің тазартылған немесе шоғырланған ерітіндісін (элюат) алу;

– қайта қолдану үшін сорбентті регенерациялау.

Сорбциялық процестер үшін кезеңді, жартылай үздіксіз және үздіксіз әрекеттегі, сорбенттер қабаты қозғалмайтын, қозғалыстағы, тұтас және жүзгінді аппаратура қолданылады; аппараттарда фазалардың қозғалысы тоғыспалы, паралель және қарсы ағысты жүреді.

Ең қарапайым аппарат сорбенттің тұтас қабаты болатын колонна (сүзгіш). Бірнеше колонна сорбция циклінде, бір-екі колонна – жуу циклінде және бірнеше колонна – десорбция мен регенерация циклінде болады. Сорбция және десорбция циклдері кезектеседі. Қаныққан сорбентті колонналар жууға, десорбцияға (регенерацияға) бағытталған, ал регенерацияланған сорбентті ко­лонналар сорб­ция цикліне қосылады. Бастапқы ерітінді немесе элюент аппараттың жоғарғы да, төменгі де бөлімінен беріле алады. Ионитті элюенттен жуу үшін су қолданылады.



Үздіксіз ион алмасу. Тәжірибеде берілген технологиялық көрсеткіштерді алу үшін бірізді жұмыс істейтін колонналар каскадты қолданады. Бұл процесті жартылай үздіксіз етуге мүмкіндік береді. Мысалы, төрт колоннаны қолдану кезінде үшеуінде сорбция жүреді, ал төртіншісінде – элюирлеу. Сорбентті, осы металды бөліп алу кезіндегі тепе-теңдікті орнықтыратын уа­қыттың 80 % құрайтын кезеңге дейін әрбір аппаратта ұстау қажет. Бұл уақыт әртүрлі жүйе үшін 10 минуттан 10 сағатқа дейін жетеді. Сор­бент аппараттан аппаратқа үздіксіз беріліп отырады. Ерітінділер сорбентке қарсы үздіксіз қозғалыста болады. Қарсы ағын олардың түйісу уақытын 2–5 ретке дейін қысқартуға мүмкіндік береді. Сорбенттің бірмезгілде тиелу көлемі едәуір төмендейді, сорбент сыйымдылығы толығырақ пайдаланылады және регене­ра­циялаушы материалдар аз шығындалады. Нәтижесінде тасталатын ері­тінділер көлемі азаяды. Колонналардың қайта қосылу кезеңдігі – 1-2 тәулікте бір рет. Бір сорбциялық циклде өңделетін ерітінділердің мөлшері, ерітін­дідегі металл концентрациясына тәуелді, сорбенттің 300–500 көлемін құрайды.

Активтенген көмірде сорбциялау. Олар ағаштан алынады. Технология кар­бонизация және активация сатысынан тұрады. Түпкілікті өнім дамыған беттікті кеуекті материалды көрсетеді. Құрылымы күрделі органикалық полимер құрылымына ұқсас. Ол ұнтақ түрінде немесе мөлшері 1,5-4,0 мкм түйірлер нысанында қолданылады; 1 г активтенген көмір хлоридты немесе цианидті ерітінділерді өңдеу кезінде 0,04 г дейін Au және 0,02 г дейін Ag сіңіреді:

 

4Au3+ + ЗС + 6Н2O = 4Аu + ЗСO2 + 12Н+. (50)

 

Көмірдің шығыны ерітіндідегі Аu мөлшеріне тәуелді және 600-800 г/г жетеді.

Экстракция. (лат. extractіo – бөліп алу) – таңдап алынған еріткіштер көмегімен сұйық немесе қатты заттардан бір немесе бірнеше құраушыларын бөліп алу әдісі. Экстракциялау процесі үш сатыдан тұрады:

1) заттардың бастапқы қоспасын экстрагентпен араластыру;

2) түзілген екі фазаны механикалық жолмен ажырату;

3) екі фазадағы экстрагентті пайдалану үшін бөліп алу.

Механикалық жолмен бөлгенде заттың экстрагенттегі ерітіндісі (экстракт) және бастапқы ерітіндінің қалдығы (рафинад) алынады. Олардан экстрагентті дистилдеу, буландыру, кристалдау, т.б. әдістермен алады. Экстракциялау үшін алынған экстрагенттердің келесідей ерекшеліктері болуы керек: таңдамалылығы, жылдам қалпына келуі, бастапқы еріткіштен тығыздығы немесе тұтқырлығы бойынша өзгешелігі, ұшқыштығының аз болуы, улы болмауы, т.б. Экстракциялаудың артықшылығы: жұмыстық температураның төмен болуы, сұйытылған ерітіндіден бағалы құраушыны немесе қажетсіз қоспаны бөліп алу тиімділігі, қайнау температурасы жақын заттарды бөлу және ректификациялы біріктіру мүмкіндігі, т.б. жатады.

Экстракциялау мұнай өнімдерінен ароматтық көмірсутектерді, минералдық кендерден металдарды, өсімдік шикізаттарынан органикалық қосылыстарды, т.б. бөліп алу үшін қолданылады. Экстракциялау аналитикалық химияда: элементтерді химиялық талдау, оларды бөлу және тазалау, т.б. үшін қолданылады. Онда экстрагент ретінде спирт, кетон, жай және күрделі эфирлер, аминдер, т.б. қосылыстар пайдаланылады.

Экстракция процесін сипаттау кезінде қолданылатын негізгі терминдердің мәнін ескертейік:

– экстрагент – органикалық фазада еритін, тәжірибеде сулы фазада ерімей­тін, бөліп алынатын металмен тұз немесе кешен түзейтін органикалық зат;

– сұйылтқыш – экстрагентті ерітуге арналған органикалық сұйық;

– экстракт, рафинат – экстракция өнімдері (органикалық, сулы фазадағы);

– реэкстракт – қаныққан металлорганикалық фазаның реэкстракциясынан кейін алынған, байытылған сулы фаза;

– синергизм – екі және одан көп экстрагенттерді бірге қолдануға негізделген, экстракция көрсеткіштеріндегі ауытқу.

Экстрагенттерге қойылатын талаптар:

· таралу коэффициентінің жоғарылығы, жинақылығы;

· тығыздықта байқалатын айырмашылық, фазалар аралық тартылыстың жоғары болуы;

· регенерацияның мүмкіншілігі мен қарапайымдылығы;

· ұшпалылығының, тұтқырлығының, улылығының төмендігі;

· синтездеу мүмкіндігі және арзандығы.

Кеңінен таралған экстрагенттердің қасиеттері:

– бөліну дәрежесінің жылдамдығы мен жоғарылығы, сулы фазада өзара ерігіштігінің төмендігі;

– қышқылдарға, сілтілерге, тотықтырғыштарға химиялық тұрақтылығы;

– регенерациялау мүмкіндігі;

– ұшпалылығының, тұтқырлығының, улылығының төмендігі.

Экстрагенттер сұйылтқыштармен (керосин, бензол, толуол) қоспалы түрде қолданылады; олар сулы ортада ерімейді, ұшқындау темпарутарсы жоғары – 340 К жоғары. Сұйылтқыш типін таңдау бойынша иондар экстракциясын басуға немесе үдетуге болады. Сұйылтқыштарға қойылатын талап, экстрагенттерге қойылатын талаптармен үндеседі.

Бөліну коэффициенті немесе «органикалық : сулы» фазалар қатынасы қаншалықты жоғары болса, соншалықты экстракция сатысы аз талап етіледі. Сатылардың үлкен санымен, экстрагенттердің аз көлемімен экстракция жүргізу ең тиімді жағдай. Тәжірибеде бұл принцип қарсы ағысты, үздіксіз процесті ұйымдастыру жолымен жүзеге асырылады.

Металдарды ерітіндіден бөлу. Металды ерітіндіден бөлу екі мақсатты көздейді: металл-қоспадан тазарту және/немесе металды тауарлы өнім түрінде шөгілдіру. Ерітінділерді тазарту үшін (металдарды бөлу) қиын еритін шөгінділер нысанында тұндыру, сорбция, экс­тракция, бөлшекті кристалдау, мембранды техника, ион­дық флотация, дистилляция, электрхимиялық тұндыру, цементация қолданылады. Металл тауарлық тұз нысанында кристалдаумен, ерігіштендірмеумен, химиялық тұндырумен алынады; таза металды – ерімейтін анодты қолданып электролизбен, авто­клавты газдық шөгілдірумен.

Әдебиет: 1 нег. [526-564], 3 қос. [424-470], 5 қос. [424-470].

Бақылау сұрақтары:

1. Иониттердің негізгі технологиялық сипаттамалары

2. Сорбциялық технологияның маңызы

3. Экстракция процесінің негізі

4. Экстрагенттерге қойылатын талаптар

5. Металды ерітіндіден бөлудің мақсаты

 


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!