Kinetics of Ultrasonic Dissolution of Metal Oxide Powder for Different Spatial Combinations of the Cavitation Region and Eckart Acoustic Flow

O. M. Gradov; Градов О. М.; I. V. Zinov’eva; Зиновьева И. В.; Yu. A. Zakhodyaeva; Заходяева Ю. А.; A. A. Voshkin; Вошкин А. А.

doi:10.31857/S0040357123030065

Кинетика ультразвукового растворения порошка оксида металла для разных пространственных сочетаний области кавитации и акустического течения Эккарта

Авторы: Градов О.М.¹, Зиновьева И.В.¹, Заходяева Ю.А.¹, Вошкин А.А.¹
Учреждения:
1. Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
Выпуск: Том 57, № 3 (2023)
Страницы: 273-283
Раздел: Статьи
Статья опубликована: 01.05.2023
URL: https://rjmseer.com/0040-3571/article/view/652883
DOI: https://doi.org/10.31857/S0040357123030065
EDN: https://elibrary.ru/RLPKGQ
ID: 652883

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Рассмотрены особенности воздействия акустического течения и кавитации, создаваемых бегущей ультразвуковой волной, которые могут быть использованы для эффективного растворения порошка оксида металла. На основе упрощенной схемы, учитывающей, тем не менее, все существенные особенности исследуемой реальности, получены точные выражения для всех параметров стационарного вихревого движения и кавитации, полностью обеспечивающих требования надлежащего регулирования хода реакции. Выведены уравнения, описывающие кинетику растворения для двух типичных режимов: развитой кавитации и докавитационного состояния. Найдены выражения для времени полного завершения процесса. На примере этих двух наиболее типичных видов реакции сформулированы условия, выполнение которых позволяет полностью удовлетворить решению поставленных перед технологией задач. Представлены способы наиболее оптимального применения схемы ультразвукового растворения и отмечены те особенности ее формирования, которые дают возможность осуществлять регулирование процесса. Выполненные расчеты дают возможность выбрать и точно реализовать ту схему акустической стимуляции растворения, которая наиболее полно соответствует ожидаемым выходным результатам и другим особенностям обработки.

Ключевые слова

акустическое течение, ультразвуковая кавитация, растворение, оксиды металлов

Список литературы

Narayana K.L., Swamy K.M., Rao K.S., Murty J.S. Leaching of Metals from Ores with Ultrasound // Miner. Process. Extr. Metall. Rev. 1997. V. 16(4). P. 239.
Lei C., Aldous I., Hartley J.M., Thompson D.L., Scott S., Hanson R., Anderson P.A., Kendrick E., Sommerville R., Ryder K.S., Abbott A.P. Lithium ion battery recycling using high-intensity ultrasonication // Green Chem. 2021. V. 23. P. 4710.
Sandilya D.K., Kannan A. Intensification of the Dissolution of a Sparingly Soluble Solid from a Spinning Disk in the Presence of Power Ultrasound // Ind. Eng. Chem. Res. 2020. V. 50(23). P. 13083.
Sandilya D.K., Kannan A. Intensification of the Dissolution of a Sparingly Soluble Solid from a Spinning Disk in the Presence of Power Ultrasound // Ind. Eng. Chem. Res. 2020. V. 50(23). P. 13083.
Xin W., Srinivasakannan C., Xin-hui D., Jin-hui P., Da-jin Y., Shao-hua J. Leaching kinetics of zinc residues augmented with ultrasound // Sep. Purif. Tech. 2013. V. 115. P. 66.
Avvaru B., Roy S.B., Chowdhury S., Hareendran K.N., Pandit A.B. Enhancement of the Leaching Rate of Uranium in the Presence of Ultrasound // Ind. Eng. Chem. Res. 2006. V. 45(22). P. 7639.
Li X., Zhang J., Yang D. Determination of Antiscaling Efficiency and Dissolution Capacity for Calcium Carbonate with Ultrasonic Irradiation // Ind. Eng. Chem. Res. 2012. V. 51(27). P. 9266.
Gui Q., Khan M.I., Wang S., Zhang L. The ultrasound leaching kinetics of gold in the thiosulfate leaching process catalysed by cobalt ammonia // Hydrometallurgy. 2020. V. 196. P. 105426.
Gradov O.M., Voshkin A.A., Zakhodyaeva Y.A. Estimating the parameters of ultrasonically induced mass transfer and flow of liquids in the pseudomembrane method // Chem. Eng. Process. 2017. V. 118. P. 54.
Градов О.М., Зиновьева И.В., Заходяева Ю.А., Вошкин А.А. Кинетика растворения порошка LiCoO2 в глубоком эвтектическом растворителе хлорид холина–сульфосалициловая кислота под воздействием ультразвука // Теор. осн. хим. техн. 2022. Т. 56. № 6. С. 705–711.
Gradov O.M., Zakhodyaeva Y.A., Voshkin A.A. Breakup of immiscible liquids at the interface using high-power acoustic pulses // Chem. Eng. Process. 2018. V. 131. P. 125.
Gradov O.M., Zakhodyaeva Y.A., Zinov’eva I.V., Voshkin A.A. Some Features of the Ultrasonic Liquid Extraction of Metal Ions // Molecules. 2019. V. 24(19). P. 3549.
Gradov O.M., Zakhodyaeva Yu.A., Zinov’eva I.V., Voshkin A.A. Ultrasonic Intensification of Mass Transfer in Organic Acid Extraction. Processes. 2021. V. 9(1). P. 15.
Gradov O.M., Zakhodyaeva Y.A., Voshkin A.A. Dynamics of Mass Transfer through the Interface between Immiscible Liquids under the Resonance Effect of Ultrasound // Theor. Found. Chem. Eng. 2020. V. 54. P. 1148.
John J.J., De Houwer V., Van Mechelen D., Van Gerven T. Effect of ultrasound on leaching of lead from landfilled metallurgical residues // Ultrasonics Sonochemistry. 2020. V. 69. Article 105239.
Xiao J., Yuan J., Tian Z., Yang K., Yao Z., Yu B., Zhang L. Comparison of ultrasound-assisted and traditional caustic leaching of spent cathode carbon (SCC) from aluminum electrolysis // Ultrasonics Sonochemistry. 2018. V. 40. P. 21–29.
Lei C., Aldous I., Hartley J.M., Thompson D.L., Scott S., Hanson R., Anderson P.A., Kendrick E., Sommerville R., Ryder K.S., Abbott A.P. Lithium ion battery recycling using high-intensity ultrasonication // Green Chem. 2021. V. 23. P. 4710.
Marafi M., Stanislaus A. Waste Catalyst Utilization: Extraction of Valuable Metals from Spent Hydroprocessing Catalysts by Ultrasonic-Assisted Leaching with Acids // Ind. Eng. Chem. Res. 2011. V. 50(16). P. 9495.
Kong J., Xing P., Wei D., Jin X., Zhuang Y. Ultrasound-Assisted Leaching of Iron from Silicon Diamond-Wire Saw Cutting Waste // JOM. 2021. V. 73. P. 791.
Swamy K., Narayana K.L. Intensification of leaching process by dual-frequency ultrasound // Ultrasonics Sonochemistry. 2001. V. 8(4). P. 341–346.
Lupacchini M., Mascitti A., Giachi G., Tonucci L., d’Alessandro N., Martinez J., Colacino E. Sonochemistry in non-conventional, green solvents or solvent-free reactions // Tetrahedron. 2017. V. 73(6). P. 609–653.
Grénman H., Murzina E., Rönnholm M., Eränen K., Mikkola J.-P., Lahtinen M., Salmi T., Murzin D.Y. Enhancement of solid dissolution by ultrasound // Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 2007. V. 46(9). P. 862–869.
Kannan A., Pathan S.K. Enhancement of Solid Dissolution Process // Chem. Eng. J. 2004. V. 102. P. 45.
Gradov O.M., Zinov’eva I.V., Zakhodyaeva Y.A., Voshkin A.A. Modelling of the erosive dissolution of metal oxides in a deep eutectic solvent – choline chloride/sulfosalicylic acid-assisted by ultrasonic cavitation // Metals. 2021. V. 11. Article 1964.
Eckart C. Vortices and streams caused by sound waves // Phys. Rev. 1948. V. 73. № 1. P. 68.
Flynn H.G. Physics of acoustic cavitations in liquids, in: Physical Acoustics; W.P. Mason: New York. 1964. 1B. 57.
Schukarew A. Reaktion geschwindigkeiten zwischen Metallen und Haloiden. Z. Phys. Chem.-Bd. 8. 1891. P. 76–81.