3. Основные способы увеличения скорости процесса обжига твердых материалов.

Скорость обжига твердых материалов зависит от: скоростей химических реакций, возгонки, диссоциации, плавления, от скоростей диффузии твердых, жидких и газообразных веществ, через газовые, твердые и жидкие фазы, образуемые реагирующими компонентами и продуктами их взаимодействия.

Скорость всех этих процессов определяется главным образом температурными условиями обжига. Достижение же необходимых температур зависит от способа подвода тепла, конструкции печи, физических свойств обжигаемых материалов, например теплоемкости, теплопроводности, и от многих других факторов.

[ Разнообразие комбинаций различных физических и химических явлений, сопровождающих реакции в смесях твердых веществ, предопределяет сложность и многообразие кинетических закономерностей, которым подчиняются эти реакции. В каждом отдельном случае скорость реакции зависит от ее механизма и определяется закономерностями изменения скорости лимитирующей стадии процесса. В разных процессах, а также на разных стадиях и при различных условиях протекания одного и того же процесса могут иметь силу различные кинетические закономерности. Это исключает возможность использования для описания скорости превращений при обжиге каких-либо единых обобщенных уравнений. ]

4. Физическое растворение.

Физическое растворение – полностью обратимый процесс, т. е. возможна обратная кристаллизация растворившегося вещества из раствора.

Скорость физического растворения выражается уравнением:

где – масса растворяющегося вещества; – площадь поверхности кристаллов; скорость растворения, отнесенная к единице площади контакта фаз (знак минус перед этой величиной стоит потому, что убывает при возрастании времени ); – коэффициент скорости растворения; – концентрация насыщенного раствора при данной температуре; – концентрация растворяемого вещества в жидкой фазе.

Движущей силой растворения является величина недонасыщенности раствора . По мере повышения концентрации растворяющегося вещества в жидкой фазе скорость растворения уменьшается по логарифмическому закону. С наибольшей скоростью процесс идет в чистом растворителе при получении слабых растворов. Однако в производственных условиях обычно стремятся получать концентрированные растворы, так как они требуют меньших объемов аппаратуры, меньшего расхода энергии на перемещение, на нагревание или охлаждение и т. п.

5. Химическое растворение, выщелачивание.

Если растворитель или содержащийся в нем активный реагент так взаимодействуют с растворяемым веществом, что процесс необратим, т. е. выделить растворившееся вещество из полученного раствора кристаллизацией невозможно, то такой процесс наз. химическим растворением.

Химическое растворение может сопровождаться образованием газовой фазы: отрывающиеся от твердой поверхности пузырьки газа способствуют конвекции в диффузионном слое и контакту активного реагента раствора с «оголенными» участками поверхности кристалла не покрытыми инертными молекулами раствора.

В случае интенсивного газовыделения значительная часть твердой поверхности может экранироваться газом, а это уменьшает площадь контакта жидкости с твердой фазой и затрудняет доступ к ней активного растворителя. Поэтому с ростом концентрации (активности) растворителя скорость растворения и газовыделения сначала резко возрастает и достигает максимума, а затем уменьшается.

Химическое растворение может сопровождаться образованием новой твердой фазы, которая появляется в результате кристаллизации (осаждения) из раствора при его пересыщении продуктами растворения. Кристаллизация новой фазы может идти в массе раствора или на поверхности зерен растворяющейся фазы с образованием «корки». Это затрудняет доступ активного растворителя к реакционной поверхности зерна.

[ При образовании «корки» существенным является выбор таких условий растворения при которых продукт реакции не осаждается на растворяемых зернах или же покрывающая их корка формируется рыхлой, пористой, проницаемой для растворителя. Например, это можно обеспечить условиями, когда новая твердая фаза образуется в виде крупных кристаллов. ]

Выщелачивание – экстракция жидким растворителем твердого компонента из системы, состоящей из двух или большего числа твердых фаз. Если обрабатываемая система содержит несколько компонентов, а в раствор требуется извлечь лишь один из них – выщелачивание ведут раствором, который насыщен всеми компонентами кроме того, который извлекают.

[ Пористая инертная масса создает дополнительное диффузионное сопротивление, возрастающее по мере углубления фронта выщелачивания внутрь зерна. Процессы выщелачивания идут значительно медленнее, чем обычное растворение тех же веществ, т.к. процесс лимитируются внутренней диффузией и мало зависит от скорости обтекания пористой частицы жидкостью. ]

Растворяемый компонент может превратиться в цементирующую фазу, т.к. по мере выщелачивания пористые зерна разрушаются и превращаются в шлам – мелкодисперсный нерастворимый остаток. Процессы выщелачивания организуют обычно противоточным методом: у выхода из выщелачивателя шлам встречается со свежим растворителем или слабым раствором. Это обеспечивает уменьшение потерь ценного вещества, остающегося в жидкости.