СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВЕЩЕСТВА ИЗ ТОНКОДИСПЕРСНОЙ СИСТЕМЫ
METHOD OF EXTRACTING SUBSTANCE FROM FINE-DISPERSED SYSTEM

Изобретение относится к химической технологии, в частности к электролизу.
Известен способ удаления легкорастворимых солей из почвы водой путем промывки. Вода подается к участку промывки, распределяется на поверхности почвы слоем 10-20 см, который поддерживают в процессе промывки путем дополнительной подачи воды. Легкорастворимые соли выщелачиваются из почвы в глубокие горизонты почвообразующей породы. Исключение легкорастворимых солей из процесса почвообразования позволяет улучшить свойства почвы, повысить продуктивность выращиваемых на ней растений  (Ковда В.А. Происхождение и режим засоленных почв. - М., 1946, т. 1, 573 с.; М., 1947, т. 2, 375 с. - аналог).
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ электромелиорации почв, при котором вода подается на почву слоем, в слое воды размещают электроды, к электродам подают электрическое напряжение. Под действием электрического потенциала электродов легкорастворимые соли из почвы поступают в находящуюся на ее поверхности воду и осаждаются на электродах. Осажденные на электродах легкорастворимые соли после извлечения электродов используются в других целях (Арефьев В.А., Стрыгин Н. SU №416050. Заявка №1695701, 07.09.1971. 2 с. - прототип). Способ имеет следующие недостатки:
большая продолжительность процесса рассоления почвы, обусловленная большой протяженностью линии тока ионов от одного электрода сквозь слой воды, сквозь почву, снова сквозь слой воды ко второму электроду;
большая продолжительность процесса рассоления почвы, обусловленная временем осаждения ионов на электроде в процессе перехода из раствора в твердую форму;
стадийный процесс рассоления, требующий предварительной сборки оборудования для проведения рассоления, продолжительного (до 50 суток, первый прототип) пребывания его на позиции рассоления, разборки оборудования и переноса его на очередную позицию рассоления;
необходимость большого числа однотипных элементов комплекта оборудования для рассоления и рассолонцевания - электродов и электрических элементов их соединения, обусловленная стремлением увеличить производительность способа, что приводит к большой материалоемокости рассоления, снижает надежность, скорость и эргономичность исполнения способа, повышает стоимость использования способа электромелиорации почв;
избыточное расходование электроэнергии на перераспределение ионов в почвенном растворе и в слое воды на поверхности почвы, которые после снятия электрического потенциала с электродов мигрируют в указанных растворах так, что электрическая нейтральность системы восстанавливается, а перераспределенные под воздействием искусственного электрического потенциала ионы так и остаются в водной или почвенной среде;
изменение локализации ионов в почве с формированием зон, соответственно, повышенной щелочности и повышенной кислотности является временным и не принципиальным с точки зрения почвообразования. К тому же, даже при том, что описанный концентрационный эффект временный, зоны локально повышенной щелочности неблагоприятны для щелочных почв, зоны локально повышенной кислотности неблагоприятны для кислых почв. Эффект электромелиорации ослабляется;
потребность в применении искусственного увлажнения почвы ввиду необходимости увеличения расстояния между электродами для повышения производительности способа, что приводит к расходованию пресной воды, являющейся глобальным дефицитом;
потребность в системе водоснабжения для выполнения способа;
большая потеря вода на ее просачивание в почву в процессе рассоления.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, обеспечение необратимого извлечения растворенных минеральных веществ из дисперсной системы, исключение непроизводительного расхода электроэнергии на электролитическое перераспределение не извлекаемых из дисперсной системы ионов, исключение расходование воды из почвы в грунтовые воды и на испарение из слоя на поверхности почвы, исключение необходимости прокладки большого количества электродов, облегчение регенерации электродов, обеспечение эргономичности формы извлеченных из дисперсной системы минеральных веществ для использования в других целях.
Техническим результатом, получаемым при практическом использовании изобретения, является создание возможности:
производить извлечение растворенных минеральных веществ из дисперсной системы, характеризующейся простиранием в пространстве, обеспечивающей механическую опору шасси на ее поверхность;
выполнять извлечение растворенных минеральных веществ из дисперсной системы с высокой стабильностью, качеством, надежностью и меньшими энергозатратами, экономической эффективностью извлечения растворенных минеральных веществ из дисперсной системы.
Для решения поставленной технической задачи
способ извлечения вещества из тонкодисперсной системы предусматривает погружение внутрь влажной дисперсной системы пары шприцевых элементов. Шприцевые элементы выполнены с открытым нижним концом, снабжены электродами и заполнены электролитом. К электродам подают разность электрических потенциалов. Удерживают шприцевые элементы в дисперсной системе. Снимают с электродов разность электрических потенциалов. Извлекают шприцевые элементы из дисперсной системы. После извлечения шприцевых элементов из дисперсной системы гидромеханическим путем извлекают из шприцевых элементов и собирают электролит, содержащий извлеченное из дисперсной системы электролитическим путем вещество, при этом наполняют шприцевые элементы свежим электролитом. Шприцевые элементы перемещают по поверхности дисперсной системы с помощью шасси и блока электрического питания, последовательно по сигналу блока управления погружая нижний конец пары шприцевых элементов в дисперсную систему пошагово вдоль направления движения шасси.
Изобретение поясняется прилагаемыми схемами, где
на фиг. 1 показана блок-схема способа извлечения вещества из тонкодисперсной системы;
на фиг. 2 показаны контуры ионного облака в шприцевом элементе и тонкодисперсной системе.
Блок-схема способа извлечения растворенных минеральных веществ из тонкодисперсной системы по фиг. 1 включает блок электрического питания 1, блок шасси 2, блок управления 3, блок подачи воды 4, блок рабочего электролита 5, гидромеханическую систему регенерации электрода 6, шприцевой элемент 7 с выходным отверстием 8 и электродом 9, емкость 10.
Контуры 11 ионного облака при рабочем положении шприцевого элемента 7 в шприцевом элементе 7 с выходным отверстием 8, электродом 9 и сопряженном со шприцевым элементом 7 объеме дисперсной системы 12 при приложении электрического поля представлены на фиг. 4.
Предлагаемый способ выполняется следующим образом.
В качестве объекта применения способа используется дисперсная система, обладающая следующими ограничительными признаками. Дисперсная система, например почва, представляет собою трехмерный объект, отличающийся простиранием в пространстве. В объекте содержится достаточно большое для протекания электролитических явлений количество воды и растворимых (не обязательно растворенных, но и потенциально растворимых) в воде веществ. Объект имеет верхнюю, близкую к горизонтальной, поверхность, по которой может перемещаться устройство, реализующее предлагаемый способ. Поверхность обладает достаточной механической несущей способностью.
Блок электрического питания 1 обеспечивает автономное энергопитание блоков 2-7, 10. Блок шасси 2 перемещается по объекту, транспортируя блоки 3-7, 10 в составе единой конструкции.
Блок управления 3 циклически вырабатывает сигнал управления.
Перед подачей пары шприцевых элементов 7 с электродом 8 в дисперсную систему их внутреннее пространство заполняют рабочим электролитом, состав которого в процессе работы устройства поддерживают в заданном диапазоне. Электролит готовят в блоке рабочего электролита 5. При необходимости электролит в блоке рабочего электролита 5 разбавляют водой из блока подачи воды 4.
После подачи рабочего электролита в шприцевой элемент 7 внутреннюю полость шприцевого элемента 7 гидравлически изолируют от системы подачи электролита. Рабочий электролит оказывается в замкнутом объеме  в шприцевом элементе 7 и сообщается только с его выходным отверстием 8.
Подача пары шприцевых элементов 7 с электродом 9 в дисперсную систему ведется циклически импульсом в дискретный объем дисперсной системы, из которой производится извлечение растворенных минеральных веществ.
Размер дискретного объема дисперсной системы зависит от его локальных физических и химических свойств, количества находящихся в этом дискретном объеме растворенных веществ и воды, соответственно, от электропроводности дискретного объема дисперсной системы.
Пару шприцевых элементов 7 с электродами 9 подают в дисперсную систему. В процессе погружения шприцевого элемента 7 в дисперсную систему он не забивается почвой через отверстие 8, поскольку заполнен не сжимающимся электролитом на основе воды. Выплескивание электролита из  шприцевого элемента 7 в процессе перемещения при регламентированном механическом ускорении-замедлении не происходит ввиду того, что диаметр выходного отверстия шприцевого элемента 7 выбирают в диапазоне устойчивого проявления капиллярных сил на его смоченной гидрофильной внутренней поверхности.
После погружения шприцевого элемента 7 в дисперсную систему содержащийся в нем электролит приходит в соприкосновение с дисперсной системой, в которую он погружен, формируя единую электролитическую цепь.
К электродам 9 подают электрическое напряжение.
Согласно разности потенциалов между электродами 9 по фиг. 2 формируются контуры ионного облака с электрическим зарядом, соответствующим потенциалу электрода, в каждом шприцевом элементе 7 и примыкающей к нему области дисперсной системы.
После формирования ионного облака посредством блока управления 3 выполняют извлечение пары шприцевых элементов 7 с электродами 9 из дисперсной системы.
Извлеченные из дисперсной системы вещества в составе электролита гидравлически выдавливают из шприцевого элемента 7 свежей порцией электролита, подаваемой из блока рабочего электролита 5. Электролит в шприцевом элементе 7 регенерирован и готов к новому циклу работы, что упрощает регенерацию по сравнению с аналогом.
Отработанный электролит из шприцевого элемента 7 поступает в соответствующую емкость 10.
Способ отличается тем, что часть ионного облака, примыкающая в пространстве к электроду, но остающаяся за его пределами внутри прилегающей части дисперсной системы, не извлекается из почвы. После снятия напряжения ионы этой части ионного облака рассредоточиваются в пространстве дисперсной системы согласно внутреннему квазистационарному термодинамическому равновесию. Результат, однако, весьма приемлем, поскольку, например, при использовании известного способа ионы вообще не извлекаются из почвы, только промываются вглубь, причем высока вероятность их возврата в почву восходящим потоком растворов в биогеосистеме. Так что предлагаемый способ дает принципиально новое качество необратимого воздействия на вещественный состав дисперсной системы, изменяя его без возможности реставрации исходных свойств системы.
Использование новых элементов в виде блока шасси 2, блока управления 3, блока подачи воды 4, блока рабочего электролита 5, гидромеханическая система регенерации электрода 6, шприцевого элемента 7 с выходным отверстием 8 и электродом 9, емкости 10
позволяет
производить извлечение растворенных минеральных веществ из дисперсной системы, характеризующейся простиранием в пространстве, обеспечивающей механическую опору шасси на ее поверхность;
выполнять извлечение растворенных минеральных веществ из дисперсной системы с высокой стабильностью, качеством, надежностью и меньшими энергозатратами, экономической эффективностью извлечения растворенных минеральных веществ из дисперсной системы,
так как
за счет применения электродов, расположенных на близком расстоянии, обеспечивается необратимое извлечение растворенных минеральных веществ из дисперсной системы; исключаются: непроизводительный расход электроэнергии на электролитическое перераспределение не извлекаемых из дисперсной системы ионов, расход воды из почвы в грунтовые воды и на испарение из слоя на поверхности почвы, необходимость в прокладке большого количества электродов; обеспечиваются: регенерация электродов, эргономичность формы извлеченных из дисперсной системы минеральных веществ для использования в других целях.