Ugrás a tartalomhoz

Diffúziós műveletek

Dr. Gulyás Lajos (2011)

6. fejezet - Szilárd-folyadék rendszerek közötti anyagtranszport, szilárd-folyadék extrakció

6. fejezet - Szilárd-folyadék rendszerek közötti anyagtranszport, szilárd-folyadék extrakció

Ebben a csoportban a szilárd-folyadék extrakciót tárgyaljuk. A művelet célja a szilárd elegy egy vagy több alkotórészének (komponensének) kioldása szelektív oldószerrel. A kivitelezéséhez használt technológiai eljárástól függően számos névvel jelölték. A kilúgozás eredetileg szilárd részecskehalmaz nyugvó rétegének folyadékkal végzett kioldására vonatkozott, de használják erre a műveletre a diffúziós extrakció elnevezést, a kimosási illetve egyszerűen csak mosási művelet kifejezést is. A metallurgiai iparok is széles körben alkalmazzák a kioldási műveleteket. A legtöbb hasznos ásvány nagy mennyiségű nemkívánatos alkotórésszel kevert állapotban fordul elő, és az értékes anyag elválasztását gyakran kilúgozással végzik. Például rézásványok egyes érceikből a rezet kénsavas vagy ammóniás oldatokkal szelektíven kioldják. Aranyat gyakran, sajnos néha még napjainkban is, nátriumcianid oldattal választhatjuk ki érceiből. Hasonlóképpen fontos művelet a kilúgozás a metallurgiai alumínium, kobalt, mangán, nikkel és cink kinyerésben. Az alumíniumgyártás alapanyaga a timföld, amit a nagy vastartalmú bauxitércből állítanak elő nátrium-hidroxidos kioldással. Számos természetben előforduló szerves anyagot eredeti közegükből kioldással távolítunk el, például a cukrot a cukorrépából forró vízzel lúgozzuk ki, a növényi olajokat magvakból, például szójából vagy gyapotmagból szerves oldószerekkel nyerjük ki. A különböző fakérgekből a tannin vízzel kioldható, és hasonló módon állítható elő számos gyógyszeripari termék növényi szárakból és levelekből (drogokból). A morfint és társ alkaloidokat például a szárított mákgubóból enyhén savas vízzel oldják ki. A japán-akác bimbóból etilalkoholos extrakvióval vonják ki a rutin nevű gyógyszer alapanyagot. A teát és kávét mind iparilag, mind a háztartásban, kilúgozó műveletekkel készítjük. Mindezeken túlmenően, minden kristályosítási műveletnél, vagy más módon képződött, leválasztott csapadékokra tapadó anyalúgot kilúgozási műveletekhez hasonló módszerekkel és berendezésekkel mossuk ki, mint például a kalcinált szóda és mész reakciójában keletkező kalcium-karbonát csapadékról a nátriumhidroxid-oldatot.

6.1. A szilárd anyag előkészítése a kilúgozáshoz

A szilárd-folyadék extrakció megkezdése előtt a szilárd anyagot elő kell készíteni. A kilúgozás eredménye és az alkalmazandó eljárás igen gyakran a szilárd anyag előkezelésétől függ. Egyes esetekben az oldható anyag kis részecskéi az oldhatatlan anyagba teljesen be vannak ágyazva. Ilyenkor az oldószernek a közegbe be kell diffundálnia, a keletkezett oldatnak pedig ki kell diffundálnia ahhoz, hogy az elválasztás sikeres legyen. Számos metallurgiai nyersanyagnál ilyenek a körülmények. Az aprítás és őrlés a kilúgozást rendkívül meggyorsítja, mivel megkönnyíti az oldószer eljutását az oldódó részecskékhez. Rézérc bizonyos típusa például 4-8 óra alatt kénsavoldattal hatásosan kilúgozható, ha olyan méretűre őröljük, hogy a 60 mesh szitán áthulljon. A 60 mesh szitaméret azt jelenti, hogy 1 négyzet inch (6,4516 cm2) szitafelületen 60 nyílás található. Ha körülbelül 0,7 cm nagyságúak a szemcsék, 5 napot vesz a kilúgozás igénybe, és 4-6 évet, ha 15 cm nagyságú darabokra aprítjuk. Mivel az őrlés költséges művelet, a kilúgozáshoz választandó részecskeméretet az érc minősége erősen befolyásolja. Bizonyos aranyércekben viszont a kis fémrészecskék a beágyazó kőzetben szét vannak szórva, s ez a kőzet az oldószer számára annyira áthatolhatatlan, hogy legalább 100 mesh szitán áthulló részecskeméretűre kell őrölni ahhoz, hogy kilúgozás egyáltalán létrejöjjön.

Az állati és növényi testek sejt szerkezetűek, és a belőlük kilúgozandó anyagok általában a sejtekben helyezkednek el. Ha a megfelelő oldószeres kezelés a sejtfalakat érintetlenül hagyja, akkor az oldott anyag a kilúgozáskor a sejtfalakon ozmózissal hatol át. Ez lassú folyamat. Viszont az anyag olyan kisméretűre őrlése, hogy az egyes sejtek tartalma kiszabaduljon, nem gazdaságos, és gyakran nem is kívánatos. Például a cukorrépát kilúgozás előtt vékony, ék alakú szeletekre vágják, ilyen módon az oldószer, ebben az esetben a víz, egyes növényi sejtekhez jutásának idejét csökkentik. A sejteket szándékosan sértetlenül hagyják, úgyhogy a cukor a féligáteresztő sejtfalon áthatol, míg a nemkívánatos kolloid és más nemkívánatos anyagok nagy része visszamarad. Növényi gyökerekből, szárakból, levelekből számos gyógyszeripari termék nyerhető ki. Ezeket a növényi anyagokat kezelés előtt gyakran megszárítják, mert így a sejtfalak jobban elroncsolódnak, és az oldószer közvetlenebbül hathat az oldandó anyagra. A növényi magvakat és olyan termékeket, mint például a szóját, általában az extrakció előtt megdarálják, és így körülbelül 1 mm részecskeméretre alakítják. A sejtek természetesen kisebbek ennél, de az őrlési eljárás következtében meglehetősen elroncsolódnak, és az oldószer az olajokat könnyebben eléri. Ha az oldott anyag szilárd részecskék felületén adszorbeálódott, vagy csak a részecskékhez tapadó oldatban van feloldva, őrlésre vagy aprításra nincs szükség, és a részecskék közvetlenül moshatók.