Ультразвук в гидрометаллургии

Агранат Б.А. и др.

Металлургия, 1969 г.

Гидрометаллургические методы комплексной переработки руд цветных, редких и радиоактивных металлов в течение последних двух десятилетий весьма интенсивно развивались и усовершенствовались. Особенно важным для оценки роли гидрометаллургии в народном хозяйстве является необычайное расширение запасов бедного по содержанию π сложного по составу минерального сырья. Вовлечь это сырье в сферу промышленного использования стало возможным и экономически целесообразным в результате применения методов гидрометаллургии, основанных на использовании новых химических реагентов (растворителей, окислителей, катализаторов, ионообменных смол, экстрагентов), усовершенствованной аппаратуры и разнообразных методов и средств интенсификации гидрометаллургических процессов.

Одно из направлений, по которым ведут исследования в области интенсификации гидрометаллургических процессов,— это применение ультразвука. За последние годы советские ученые, успешно решив некоторые теоретические и практические задачи, наметили пути использования ультразвуковых методов интенсификации гидрометаллургических процессов.

Существенное влияние ультразвука обнаруживается в тех случаях, когда взаимодействие растворителя и растворяемого вещества приводит к образованию твердых продуктов на поверхности раздела фаз. Толщина и плотность таких пленок с течением времени увеличиваются, а диффузионная проницаемость их уменьшается, что приводит к замедлению и полному прекращению массообмен-ного процесса.

В настоящей главе будут рассмотрены результаты исследований в области ультразвуковых методов интенсификации некоторых гндрометаллургических процессов.

1. УЛЬТРАЗВУК В ПРОЦЕССАХ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ

Главная цель процесса выщелачивания руд и рудных концентратов заключается в селективном растворении ценных минералов [32—35]. Как известно, выщелачивание — процесс диффузионный, так как он связан с переходом компонентов системы из одной фазы в другую. Фактором интенсивности такого процесса служит разность между значениями концентрации выщелачиваемого вещества в слое, примыкающем к поверхности твердой частицы (в диффузионном слое), и концентрации этого вещества во всем объеме жидкости.

Одним из основных факторов, влияющих на скорость выщелачивания, является скорость диффузии (количество реагента, про-диффундировавшего к поверхности раздела фаз в единицу времени). Интенсивное перемешивание пульпы при выщелачивании уменьшает толщину диффузионного слоя, отчего увеличивается скорость выщелачивания, так как, согласно опытным данным, толщина диффузионного слоя обратно пропорциональна корню квадратному из скорости относительного движения фаз.

Μ. Е. Архангельский в работах [36 и 26, с. 43] подчеркивает, что ускорение процесса диффузии ультразвуковыми колебаниями обусловлено не объемными, быстро переменными деформациями вещества, а нарушением граничного диффузионного слоя. Это высказывание находит подтверждение в работе В. М. Фридмана [37, с. 47].

Возникающие в жидкости под влиянием ультразвука значительные турбулентные потоки, кавитация, звуковое давление и некоторые другие эффекты изменяют характер диффузионного граничного слоя, непосредственно прилегающего к поверхности частиц вещества, толщиной которого лимитируется скорость процесса выщелачивания.

Ю. Я. Борисов [38, с. 372] отмечает, что появление микропотоков на границе раздела фаз при воздействии ультразвука ведет к образованию граничного слоя значительно более тонкого, чем при естественной или вынужденной конвекции. Можно предполагать, что кавитация вызывает появление множества микротрещин на поверхностях частиц, подвергаемых действию ультразвука, и под влиянием ускорения молекулярной диффузии раствор по капиллярам проникает в глубь обрабатываемых частиц, ускоряя их растворение. Последнее предположение подтверждается рядом исследований по ультразвуковой интенсификации процесса пропитки различных материалов. Т. С. Пушкина и др. [39, с, 38] отмечают, что ультразвук интенсифицирует пропитку электротехнических намоточных изделий изоляционными составами, причем пробивное напряжение изоляции обмоток изделий при этом повышается.