ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ

(lessivage фр., Auslaugung нем.; lixiviation англ.) — операция, в которой посредством жидкости, обыкновенно воды, из твердых тел извлекают растворимые составные части. Например, приготовление поташа посредством извлечения углекалиевой соли из древесной золы, извлечение азотно-натриевой и калиевой солей из селитряниц (см. это сл.), свекловичного сока из свеклы, квасцов из выветрившегося квасцового сланца — составляют примеры применения воды к извлечению растворимых частей при помощи выщелачивания. Когда В. ведется в размерах промышленного предприятия, то стараются достигнуть трех целей: во-первых, полнейшего извлечения растворимого вещества; во-вторых, получения почти насыщенного раствора; а в-третьих, непрерывности производства. Такое В. называется методическим. Для этого в большинстве случаев устанавливают целый ряд резервуаров на одинаковой высоте; резервуары эти имеют двойное дно, на которое кладется извлекаемое вещество, через которое совершается просачивание воды. Резервуары снабжаются кранами, сифонами и т. д. В каждом таком резервуаре находится вещество, которое подвергается В., и вода переходит из резервуара в резервуар, все более и более насыщаясь на своем пути растворимыми частицами. Операция ведется таким образом, что в известный момент почти насыщенная жидкость проходит через свежую порцию вещества, между тем как свежая вода пропускается через почти истощенный остаток В. вещества. После того, как остаток в каком-либо резервуаре окончательно истощен пропускаемою через него водою, остаток этот удаляют, в резервуар закладывают свежий материал, и резервуар этот устанавливают последним в ряду. В иных случаях необходимо бывает установить насос между резервуарами, чтобы перекачивать жидкость из-под ложного дна в следующий резервуар. Если образовавшийся раствор имеет высокий удельный вес, то нет надобности в таком перекачивании, потому что напор тяжелой жидкости достаточен для того, чтобы она переливалась со дна данного сосуда на верх следующего по мере накопления в первом сосуде, куда вливается вода.Для уяснения разберем один пример. В процессе приготовления соды (см. это сл.) по способу Леблана выщелачивается сырая сода (продукт прокаливания смеси сульфата с известняком и углем), из нее растворяется углекислый натр, и в остатке получается нерастворимая сероокись кальция. Операция эта производится в четырех или в большем числе железных резервуаров; они установлены один возле другого, бок о бок, и каждый имеет обыкновенно размеры: 10 фут.×10 фут.×6 фут. В каждом резервуаре есть двойное дно из железных листов с отверстиями, а в самом низу имеется большой кран, отвернув который можно выпустить всю жидкость, содержащуюся в резервуаре. Этот выпуск, при правильном ходе В., производится из того резервуара, который служит последним в ряду прочих и, будучи опорожненным для выгреба остатка В., вновь заложен свежей выщелачиваемой массою. В каждом резервуаре сверх того имеется трубка для переливания жидкости из одного сосуда в другой; трубка эта идет из-под двойного дна и оканчивается наверху ближайшего резервуара. Особая трубка служит для приливания свежей воды. Каждая из этих трубок может закрываться пробкой или краном. Водяной кран открыт только у того резервуара, который служит первым в ряду и будет затем опорожнен. Предположим, что операция в полном ходу. В резервуар 4 наложили свежей соды большими кусками на слой шлака, лежащего поверх двойного дна. В резервуарах 3 и 2 находится сырая сода отчасти выщелоченная, а в резервуаре 1 уже почти совершенно истощенная (содовый остаток). Трубка для перепускания излишка жидкости между 2, 3 и 4 резервуарами открыта, а резервуар 1 наполняется водою, которая, пройдя через 1, затем через 2, 3 и 4, откуда и выходит насыщенная содою. Раствор течет из второго резервуара в третий, из третьего в четвертый, пока четвертый резервуар не наполнится совершенно. Теперь резервуар № 1 выделяется из ряда, его опоражнивают, вычищают и вливают в него свежую порцию сырой соды. Пока происходит эта операция, свежая вода втекает во второй резервуар, и достаточно насыщенный раствор вытекает из четвертого резервуара по боковой отводящей трубке. Когда опорожнили второй резервуар, то его таким же образом вычищают и наполняют свежим материалом, и, следовательно, В. продолжается непрерывно, причем крепкий раствор соды вытекает с одного конца, а на другом конце удаляют выщелоченный остаток. Методическое В. шерсти, то есть ее промывка возможно малым количеством воды с получением крепкого раствора промывных вод, содержащих соли калия, ланолин (см. это сл.) и др. вещества (совокупность которых называется "овечьим или шерстяным потом"); это В. подробно изучено и разобрано проф. А. К. Крупским (в "Известиях технологического института", 1880-1881 гг., стр. 351), причем обращено внимание на элемент скорости растворения, принимающий участие в В. и определяющий как успешность работы В. (то есть скорость и полноту растворения), так и состав прибора (число резервуаров).

Необходимо заметить, что выщелачивание растительных и животных природных веществ носит специальное название экстрагирования, или приготовлена вытяжек (см. это сл.), если получаемый раствор затем испаряется или сгущается, или настаивания (см. Настойки), если выпаривание раствора не производится. В аптеках и лабораториях настаивание в холодной воде называется еще мацерированием (Maceration) и отличается от дигерирования (Digestion), производимого в горячей или теплой воде или другой жидкости. Эти названия, означая, в сущности, одинаковые процессы, нередко заменяют друг друга. Выщелачивания, в тесном смысле, относятся обыкновенно к минеральным солям.

Δ.

        перевод в раствор (обычно водный) одного или нескольких компонентов твёрдого вещества с помощью водного или органического растворителя, часто при участии газов — окислителей или восстановителей. Примеры В.: щелочное извлечение лигнина из древесины, растворение в горячей воде сахара из свёклы и сахарного тростника, извлечение металлов из руд и концентратов (см. Гидрометаллургия). В. включает по меньшей мере два процесса: химический — перевод одного из веществ в растворимое состояние, и физико-химический — растворение в воде (см. Экстрагирование).

         Перед В. твёрдое вещество в случае необходимости подвергают механической обработке (дробление, измельчение) и химической — вскрытию (окисление или восстановление в пульпе, обжиг, спекание, сульфатизация и др.). Назначение вскрытия — перевод труднорастворимых соединений в легкорастворимые (сульфидов в сульфаты, высших окислов в низшие). Вскрытие совмещается с В., например, при окислительном автоклавном В. сульфидных руд и концентратов. Типичные промышленные растворители: вода, водные растворы кислот (в основном серной и соляной) и щелочей (аммиак, едкий натр), солей (углекислый натрий или алюминий), цианиды.

         В. осуществляется перемешиванием («агитацией») мелкого твёрдого материала с жидким растворителем в контакте с газообразным реагентом, например, воздухом (В. золотых, урановых руд и сульфидных концентратов и др.), просачиванием (перколяцией (См. Перколяция)) жидкого реагента через неподвижный слой твёрдого (В. меди из окисленных руд, алюминатов из спечённых бокситов).

         В. периодически или непрерывно, прямоточно или противоточно обычно проводят в чанах с механическим, пневматическим или пневмомеханическим перемешиванием при атмосферном давлении; в чанах без перемешивания (в перколяторах или диффузорах); в трубчатых реакторах; в автоклавах при повышенных давлениях и температурах.

         Избирательность В.определяется химическими свойствами и концентрацией растворителя, структурой твёрдого вещества и его физико-химическими свойствами, растворимостью соединений выщелачиваемого вещества в данных условиях. Скорость В. зависит от удельной поверхности раздела твёрдое — жидкость (т. е. от размера частиц твёрдого), разности концентраций растворителя и химических реагентов на поверхности твёрдого и в объёме, вязкости растворителя, величины коэффициента диффузии, интенсивности перемешивания (уменьшение диффузионного слоя, ускорение растворения газообразных реагентов), температуры (увеличение констант скорости реакции и диффузии), парциального давления газообразного реагента (кислорода, сернистого ангидрида и др.) над раствором, концентрации растворимого окислителя, например, сульфата железа. Чаще всего В. как гетерогенный процесс протекает в диффузионной области, хотя возможны смешанные диффузионно-кинетические или кинетические режимы.

         Интенсификация В. достигается одновременной сорбцией выщелачиваемого компонента на смолах (так называемое диффузионное В.), внесением бактерий (см. Бактериальное выщелачивание), применением повышенных температур до 300°С и давлений до 5 Мн/м² (50 кгс/см²) — автоклавное В. Иногда В. осуществляется в режиме «кипящего слоя», с виброперемешиванием, с ультразвуковой кавитацией.

         В. проводят из отвалов бедной руды (кучное В.) или непосредственно из рудного тела, если руда пористая или трещиноватая (см. Геотехнология). Для создания необходимой трещиноватости руду разрыхляют путём взрывов с использованием обычных взрывчатых веществ или атомных зарядов (подземное В.). В этих случаях растворы подают на руду сверху, обогащённые (просочившиеся через неё) растворы собирают в выработках снизу, подают их на установку для выделения металла и обеднённый раствор после регенерации растворителя возвращают для повторного использования.

         Эффективность В. определяется полнотой извлечения ценных компонентов, концентрацией извлекаемых компонентов и вредных примесей в конечном растворе, расходом материалов, электроэнергии, пара, затратами рабочей силы, скоростью процесса.

         Лит.: Общая химическая технология, т. 1, М. — Л., 1952; Касаткин А. Г., Основные процессы и аппараты химической технологии, 7 изд., М., 1960; Основы металлургии, т. 1, М., 1961.

         Н. В. Гудима, Н. Н. Ракова.