Lixiviação (química) - Leaching (chemistry)

Lixiviação é o processo de um soluto se separar ou ser extraído de sua substância portadora por meio de um solvente .

A lixiviação é um processo natural que os cientistas adaptaram para uma variedade de aplicações com diversos métodos. Os métodos de extração específicos dependem das características solúveis em relação ao material sorvente , como concentração, distribuição, natureza e tamanho. A lixiviação pode ocorrer naturalmente a partir de substâncias vegetais (inorgânicas e orgânicas), lixiviação de soluto no solo e na decomposição de materiais orgânicos . A lixiviação também pode ser aplicada de forma afetada para melhorar a qualidade da água e a remoção de contaminantes, bem como para o descarte de resíduos perigosos , como cinzas volantes ou elementos de terras raras (REEs). Compreender as características de lixiviação é importante para prevenir ou estimular o processo de lixiviação e preparar-se para ele no caso em que seja inevitável.

Em um estágio de equilíbrio de lixiviação ideal, todo o soluto é dissolvido pelo solvente, deixando o transportador do soluto inalterado. O processo de lixiviação, entretanto, nem sempre é ideal e pode ser bastante complexo de entender e replicar, e muitas vezes diferentes metodologias produzem resultados diferentes.

Lixiviação ocorrendo em uma parede de cimento devido a eventos naturais de intemperismo.

Processos de lixiviação

Existem muitos tipos de cenários de lixiviação; portanto, a extensão deste tópico é vasta. Em geral, no entanto, as três substâncias podem ser descritas como:

  • um transportador, substância A;
  • um soluto, substância B;
  • e um solvente, substância C.

As substâncias A e B são um tanto homogêneas em um sistema antes da introdução da substância C. No início do processo de lixiviação, a substância C trabalhará na dissolução da substância superficial B a uma taxa bastante alta. A taxa de dissolução diminuirá substancialmente, uma vez que precisa penetrar através dos poros da substância A, a fim de continuar tendo como alvo a substância B. Esta penetração pode muitas vezes levar à dissolução da substância A, ou o produto de mais de um soluto, ambos insatisfatórios se específicos a lixiviação é desejada. As propriedades físico-químicas e biológicas do transportador e do soluto devem ser consideradas ao observar o processo de lixiviação , e certas propriedades podem ser mais importantes dependendo do material, do solvente e de sua disponibilidade. Essas propriedades específicas podem incluir, mas não estão limitadas a:

O processo geral é normalmente dividido e resumido em três partes:

  1. Dissolução do soluto superficial por solvente
  2. Difusão do soluto interno através dos poros do transportador para alcançar o solvente
  3. Transferência de soluto dissolvido para fora do sistema

Processos de lixiviação para substâncias biológicas

As substâncias biológicas podem sofrer lixiviação, bem como ser usadas para lixiviação como parte da substância solvente para recuperar metais pesados . Muitas plantas sofrem lixiviação de fenólicos, carboidratos e aminoácidos e podem experimentar até 30% de perda de massa por lixiviação, apenas de fontes de água como chuva , orvalho , névoa e neblina . Essas fontes de água seriam consideradas o solvente no processo de lixiviação e também podem levar à lixiviação de nutrientes orgânicos de plantas, como açúcares livres , substâncias pécticas e álcoois de açúcar . Isso pode, por sua vez, levar a uma maior diversidade de espécies de plantas que podem ter um acesso mais direto à água. Este tipo de lixiviação muitas vezes pode levar à remoção de um componente indesejável do sólido pela água, esse processo é chamado de lavagem. Uma grande preocupação para a lixiviação de plantas, é se os pesticidas são lixiviados e transportados para o escoamento de águas pluviais; isso não é apenas necessário para a saúde das plantas, mas é importante controlar porque os pesticidas podem ser tóxicos para a saúde humana e animal.

Biolixiviação é um termo que descreve a remoção de cátions metálicos de minérios insolúveis por processos biológicos de oxidação e complexação . Esse processo é feito em grande parte para extrair cobre , cobalto , níquel , zinco e urânio de sulfetos ou óxidos insolúveis . Os processos de biolixiviação também podem ser usados ​​na reutilização de cinzas volantes , recuperando o alumínio com ácido sulfúrico .

Processos de lixiviação para cinzas volantes

A cinza volante de carvão é um produto que sofre grandes quantidades de lixiviação durante o descarte. Embora a reutilização de cinzas volantes em outros materiais como concreto e tijolos seja incentivada, ainda assim grande parte delas nos Estados Unidos é descartada em tanques, lagoas , aterros sanitários e montes de escória. Todos esses locais de descarte contêm água onde os efeitos da lavagem podem causar a lixiviação de muitos elementos principais diferentes , dependendo do tipo de cinza volante e do local de origem. A lixiviação de cinzas volantes só é preocupante se as cinzas volantes não foram descartadas adequadamente, como no caso da Fábrica de Fósseis de Kingston em Roane County , Tennessee. A falha estrutural da Fábrica de Fósseis de Kingston da Autoridade do Vale do Tennessee levou à destruição massiva em toda a área e sérios níveis de contaminação a jusante do Rio Emory e do Rio Clinch .

Processos de lixiviação no solo

A lixiviação no solo é altamente dependente das características do solo, o que dificulta os esforços de modelagem. A maior parte da lixiviação vem da infiltração de água, um efeito de lavagem muito semelhante ao descrito para o processo de lixiviação de substâncias biológicas. A lixiviação é normalmente descrita por modelos de transporte de soluto, como a Lei de Darcy , expressões de fluxo de massa e entendimentos de difusão- dispersão. A lixiviação é controlada em grande parte pela condutividade hidráulica do solo, que depende do tamanho da partícula e da densidade relativa à qual o solo foi consolidado por meio de tensões. A difusão é controlada por outros fatores, como tamanho dos poros e esqueleto do solo, tortuosidade do caminho do fluxo e distribuição do solvente (água) e solutos.

Mecanismos de lixiviação

Devido à variedade de processos de lixiviação, existem muitas variações nos dados a serem coletados por meio de métodos de laboratório e modelagem, tornando difícil a interpretação dos próprios dados. Não só o processo de lixiviação especificado é importante, mas também o foco da própria experimentação. Por exemplo, o foco pode ser direcionado para os mecanismos que causam a lixiviação, a mineralogia como um grupo ou individualmente, ou o solvente que causa a lixiviação. A maioria dos testes é feita avaliando a perda de massa devido a um reagente , calor ou simplesmente lavagem com água. Um resumo de vários processos de lixiviação e seus respectivos testes de laboratório podem ser vistos na tabela a seguir:

Tabela 1: Testes de Laboratório para Vários Processos de Lixiviação
Processo de Lixiviação Testes laboratoriais
Remoção de Lixo Lixo Teste de lote ou teste de coluna
Lixiviação de Plantas teste t ou teste de permutação
Mobilização de cátions metálicos Biolixiviação
Lixiviação de cinzas voadoras Evaporação da lagoa de descarte
Extração Celular Frações leves de petróleo, solvente de tricloroetileno ou solvente de acetona / éter
Lixiviação de sólidos grosseiros Planta do lote
Lixiviação de sólidos finos Agitação por Agitador Mecânico ou Ar Comprimido

Lixiviação ambientalmente correta

Algum trabalho recente foi feito para ver se os ácidos orgânicos podem ser usados ​​para lixiviar lítio e cobalto de baterias gastas com algum sucesso. Experimentos realizados com temperaturas e concentrações variadas de ácido málico mostram que as condições ótimas são 2,0 m / L de ácido orgânico a uma temperatura de 90 ° C. A reação teve uma eficiência geral superior a 90%, sem subprodutos prejudiciais.

4 LiCoO 2 (sólido) + 12 C 4 H 6 O 5 (líquido) → 4 LiC 4 H 5 O 5 (líquido) + 4 Co (C 4 H 6 O 5 ) 2 (líquido) + 6 H 2 O (líquido ) + O 2 (gás)

A mesma análise com ácido cítrico mostrou resultados semelhantes com uma temperatura ótima e concentração de 90 ° C e solução 1,5 molar de ácido cítrico.

Veja também

Referências