용출(화학)

Leaching (chemistry)

침출은 용매를 [1]통해 용질이 캐리어 물질에서 분리되거나 추출되는 과정입니다.

침출은 과학자들이 다양한 방법으로 다양한 응용 분야에 적응한 자연 발생 과정입니다.특정 추출 방법은 농도, 분포, 성질, 크기 [1]등 흡수제 재료에 대한 용해성 특성에 따라 달라진다.침출은 식물 물질(유기물 [2][3]및 유기물), [4]토양에서의 용질 침출 및 유기물 [5]분해에서 자연적으로 나타날 수 있습니다.용출은 수질 개선 및 오염물질 [1][6]제거뿐만 아니라 플라이 애쉬([7]fly ash) 또는 희토류 원소(RE)[8]와 같은 유해 폐기물 처리에도 영향을 미칠 수 있습니다.침출의 특성을 이해하는 것은 침출 과정을 방지하거나 장려하고 [2]불가피한 경우에 대비하는 데 중요하다.

이상적인 용출 평형 단계에서는 용매에 의해 모든 용질이 용해되어 용매의 캐리어가 [1]변화하지 않는다.그러나 침출 과정이 항상 이상적인 것은 아니며, 이해와 [6]복제가 매우 복잡할 수 있으며, 종종 다른 방법론이 다른 결과를 [9]낳는다.

자연 풍화 현상으로 인해 시멘트 벽에서 침출 발생

용출 프로세스

용출 시나리오에는 여러 종류가 있기 때문에 이 토픽의 범위는 매우 [1][3][9]넓습니다.그러나 일반적으로 세 가지 물질은 다음과 같이 설명할 수 있습니다.

  • 운반체, 물질 A
  • 용질, 물질 B
  • 그리고 용매, 물질 C.[1][8]

물질 A와 물질 B는 물질 [10]C가 도입되기 전의 계통에서 어느 정도 균질하다.침출 공정의 개시시에, 물질 C는 표면 물질 B를 꽤 높은 [1]속도로 용해시키는 작용을 한다.물질 [1]B를 계속 겨냥하기 위해 물질 A의 모공을 관통해야 할 경우 용해 속도가 상당히 감소합니다.이러한 침투는 종종 특정 [1]용출이 필요한 경우 [10]물질 A 또는 둘 이상의 용질 생성물의 용해로 이어질 수 있습니다.침출 과정을 관찰할 때 캐리어와 용질의 물리적 화학적, 생물학적 특성을 고려해야 하며 재료, 용매 및 [9]가용성에 따라 특정 특성이 더 중요할 수 있습니다.이러한 특정 속성은 다음을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않습니다.

일반적인 프로세스는 일반적으로 다음 세 [1]부분으로 나누어 요약됩니다.

  1. 용매에 의한 표면 용질 용해
  2. 캐리어 모공을 통해 용매에 도달하기 위한 내부 용액의 확산
  3. 용해된 용질을 시스템 밖으로 이송

생물학적 물질의 침출 공정

생체물질은 [2]스스로 침출되는 것을 경험할 수 있을 뿐만 아니라 [6]중금속을 회수하기 위한 용매물질의 일부로서 침출에 사용될 수 있다.많은 식물들이 페놀류, 탄수화물, 아미노산의 침출을 경험하고 비, 이슬, 안개,[2] 안개 등의 수원에서 침출로 [5]인해 30%의 질량 손실을 경험할 수 있다.이러한 물의 공급원은 침출 과정에서 용매로 간주되며 또한 유리당, 펙틱 물질 및 설탕 [2]알코올과 같은 식물에서 유기 영양소의 침출로 이어질 수 있습니다.이것은 다시 물에 [2]대한 직접적인 접근을 경험할 수 있는 식물 종에 더 많은 다양성을 가져올 수 있습니다.이러한 유형의 용출은 종종 물로 인해 고형물에서 바람직하지 않은 구성 요소를 제거할 수 있으며,[11] 이 과정을 세척이라고 합니다.식물의 침출에 대한 주요 관심사는 살충제가 침출되고 빗물 [3]유출을 통해 운반되는 경우이다. 이것은 식물 건강에 필요할 뿐만 아니라 살충제가 인간과 동물의 [3]건강에 해로울 수 있기 때문에 통제하는 것이 중요하다.

바이오 침출은 생물학적 산화 [6]및 복합화 과정을 통해 불용성 광석에서 금속 양이온이 제거되는 것을 설명하는 용어입니다.이 과정은 대부분 불용성 황화물이나 [6]산화물로부터 구리, 코발트, 니켈, 아연, 우라늄을 추출하기 위해 이루어진다.황산을 [7]이용해 알루미늄을 회수함으로써 플라이 애쉬를 재사용할 때도 바이오 침출 공정을 이용할 수 있다.

플라이 애쉬 용출 공정

석탄 플라이 애쉬는 폐기 [7]시 대량의 침출이 발생하는 제품입니다.콘크리트나 벽돌과 같은 다른 재료에서 플라이 애쉬를 재사용하는 것이 권장되지만, 미국에서는 여전히 많은 양의 플라이 애쉬가 연못, 석호, 매립지, 슬래그 [7]더미에 버려집니다.이러한 폐기장소에는 모두 세척 효과가 플라이 애쉬의 종류와 [7]발생 위치에 따라 많은 주요 원소의 침출을 유발할 수 있는 물이 있습니다.플라이 애쉬의 침출은 테네시주 [12]로인 카운티에 있는 킹스턴 화석 공장의 경우처럼 플라이 애쉬가 적절하게 처리되지 않았는지 여부만 걱정됩니다.테네시 밸리 당국 킹스턴 화석 공장의 구조적 실패는 이 지역 전체에 걸쳐 대규모 파괴와 에모리 강과 클린치 [12]강 하류에 있는 심각한 수준의 오염으로 이어집니다.

토양 침출 공정

토양 침출은 토양의 특성에 따라 크게 달라지기 때문에 모델링 작업이 어렵습니다.[4]대부분의 침출은 생물학적 물질의 [4][11]침출 과정에서 묘사된 것과 유사한 세척 효과인 물의 침윤으로부터 온다.용출은 일반적으로 Darcy의 법칙, 질량 흐름식 및 확산-분산 [4]이해와 같은 용질 수송 모델에 의해 설명됩니다.침출은 주로 토양의 유압 전도율에 의해 제어되며, 이는 토양이 [4]응력을 통해 응집된 입자 크기와 상대 밀도에 따라 달라집니다.확산은 기공 크기 및 토양 골격, 유로의 굴곡성, 용매(물) 및 [4]용질의 분포와 같은 다른 요인에 의해 제어된다.

용출 메커니즘

다양한 용출 프로세스로 인해 실험실 방법 및 모델링을 통해 수집해야 하는 데이터가 다양하여 데이터 [10]자체를 해석하기가 어렵습니다.지정된 침출 공정은 중요할 뿐만 아니라 실험 자체의 초점도 중요합니다.예를 들어, 초점은 침출의 원인이 되는 메커니즘, 그룹 또는 개별적으로 광물학,[10] 침출의 원인이 되는 용매로 향할 수 있다.대부분의 테스트는 시약이나 열로 인한 질량 손실을 평가하거나 [1]물로 간단히 씻는 방식으로 이루어집니다.다양한 침출 프로세스와 각각의 실험실 테스트의 요약을 다음 표에 볼 수 있습니다.

표 1: 다양한 침출 프로세스의 실험실 테스트
용출 프로세스 실험실 테스트
폐기물 침출수 제거 배치 테스트 또는 컬럼[9] 테스트
식물로부터의 용출 t-검정 또는[5] 치환산 검정
금속 Cation의 이동 바이오리싱[6]
용출 플라이 애쉬 폐기[7] 연못에서 증발
세포 추출 경석유 분율, 트리클로에틸렌 용매 또는 아세톤/에테르[1] 용매
거친 고체 용출 배치[1] 플랜트
미세 고체 침출 기계식 교반기 또는 압축[1] 공기에 의한 교반

친환경 침출

사용후 배터리에서 리튬과 코발트를 용출하는 데 유기산이 사용될 수 있는지 알아보기 위해 최근 몇 가지 연구가 이루어졌다.다양한 온도와 농도의 malic acids를 사용하여 실험을 실시한 결과 90 [13]°C에서 최적의 조건은 유기산 2.0 m/L이다.이 반응은 유해 부산물 없이 전체 효율이 90%를 초과했습니다.

42 LiCoO(고체) + 12465 CHO(액체) → 4455 LiCHO(액체) + 4 Co(CHO465)(2액체) + 62 HO(액체) + O2(가스)

구연산 분석에서도 구연산 [14]최적 온도와 농도가 90 °C, 1.5 몰 용액으로 유사한 결과가 나왔다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r Richardson, J. F.; Harker, J. H.; Backhurst, J. R. (2002), Richardson, J. F.; Harker, J. H.; Backhurst, J. R. (eds.), "CHAPTER 10 - Leaching", Chemical Engineering (Fifth Edition), Chemical Engineering Series, Butterworth-Heinemann, pp. 502–541, doi:10.1016/b978-0-08-049064-9.50021-7, ISBN 9780080490649
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  12. ^ a b "Kingston Fossil Plant coal fly ash slurry spill", Wikipedia, 2019-11-18, retrieved 2019-11-21
  13. ^ Li, Li; Jing Ge; Renjie Chen; Feng Wu; Shi Chen; Xiaoxiao Zhang (2010). "Environmental friendly leaching reagent for cobalt and lithium recovery". International Journal of Integrated Waste Management, Science and Technology. Waste Management. 30 (12): 2615–2621. doi:10.1016/j.wasman.2010.08.008. PMID 20817431. Retrieved December 22, 2011.
  14. ^ Li, Li; Jing Ge; Feng Wu; Renjie Chen; Shi Chen; Borong Wu (2010). "Recovery of cobalt and lithium from spent lithium ion batteries using organic citric acid as leachant". Journal of Hazardous Materials. 176 (1–3): 288–293. doi:10.1016/j.jhazmat.2009.11.026. PMID 19954882.