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Metodi di separazione dei miscugli

introduzione
Uno degli scopi della chimica è quello di ottenere sostanze allo stato puro, se abbiamo quindi elementi o composti nessun problema perché già allo stato puro, ma se abbiamo dei miscugli dobbiamo trovare uno o più sistemi per separare i vari componenti.
Per quanto riguarda i diversi tipi di miscugli si rimanda a quanto visto nella lezione precedente.

miscugli classificati in base alla seguente tabella:

componente minoritario
in
componente maggioritario
miscuglio omogeneomiscuglio eterogeneo
solido
in
solido
soluzioni solide, leghemiscugli, rocce
liquido
in
solido
 
fanghi
gas
in
solido
 
spugne
solido
in
liquido
soluzionisospensioni, torbide
liquido
in
liquido
miscele, soluzioniemulsioni
gas
in
liquido
soluzionischiume
solido
in
gas
 
fumi
liquido
in
gas
 
nebbie
gas
in
gas
miscele gassose
 

Elenco dei metodi di separazione

  • centrifugazione / decantazione
  • cristallizzazione e ricristallizzazione
  • cromatografia per esempio cromatografia su carta o altri supporti
  • diffusione (gassosa)
  • distillazione semplice e frazionata
  • effetto dello ione a comune
  • estrazione con solventi / solubilizzazione
  • filtrazione
  • flottazione
  • levigazione
  • liquidi pesanti
  • magnete
  • precipitazione elettrostatica
  • reazione chimica / precipitazione
  • separazione manuale
  • cariazione di forza ionica
  • variazioni di solubilità con la temperatura
  • ventilazione

componente
minoritario
in
componente
maggioritario
miscuglio omogeneomiscuglio eterogeneo
solido
in
solido
soluzioni solide, leghe
reazione chimica
miscugli, rocce
cromatografia (solo con sostanze solubili), filtrazione (su setacci), flottazione, levigazione, liquidi pesanti, magnete, separazione manuale, reazione chimica, solubilizzazione, sublimazione (uso del calore, ventilazione)
liquido
in
solido
 
fanghi
centrifugazione e decantazione, evaporazione (distillazione), filtrazione, reazione chimica
gas
in
solido
 
spugne
compressione, depressione, reazione chimica, solubilizzazione
solido
in
liquido
soluzioni
cristallizzazione e ricristallizzazione, cromatografia, distillazione (semplice), effetto dello ione a comune, raffreddamento (variazione di solubilità con la temperatura), reazione chimica, variazione di forza ionica
sospensioni, torbide
centrifugazione e decantazione, evaporazione (distillazione), filtrazione, flottazione, reazione chimica
liquido
in
liquido
miscele, soluzioni
cromatografia, distillazione semplice e frazionata, reazione chimica, variazione di forza ionica
emulsioni
centrifugazione e decantazione, cromatografia, distillazione (evaporazione), estrazione con solventi (solubilizzazione), filtrazione (su filtri particolari), flottazione, reazione chimica
gas
in
liquido
soluzioni
depressione, distillazione semplice e frazionata, reazione chimica, riscaldamento, variazione di forza ionica
schiume
centrifugazione e decantazione, cromatografia, depressione, estrazione con solventi, reazione chimica
solido
in
gas
 
fumi
centrifugazione e decantazione, depressione, precipitazione elettrostatica, reazione chimica
liquido
in
gas
 
nebbie
compressione, cromatografia, depressione, raffreddamento, reazione chimica
gas
in
gas
miscele gassose
diffusione, raffreddamento (condensazione, liquefazione), reazione chimica
 

Alcuni procedimenti dei metodi di separazione sopra ricordati

La filtrazione è una operazione mediante la quale un miscuglio eterogeneo costituito da un fluido e da particelle solide in esso sospese (che si denomina torbida se il fluido è un liquido) viene separato nei suoi due componenti con l'ausilio di un mezzo filtrante, che permette il passaggio del fluido ma trattiene le particelle del solido.
La flottazione è un processo impiegato per separare i componenti di miscugli di solidi pulverulenti.
Questa tecnica si basa sulle differenze di proprietà delle superfici libere delle varie sostanze alcune delle quali sono idrofile, e quindi vengono bagnate completamente dall'acqua, mentre altre sono più o meno idrofobe e non vengono pertanto bagnate. Il processo viene applicato principalmente al trattametno dei minerali (arricchimento per flottazione). Per eseguire una separazione per flottazione il miscugliodi particelle viene portato in sospensione acquosa; alla sospensione vengono poi aggiunte delle particolari sostanze chimiche (agenti collettori) che esaltano le differenze nel grado di bagnabilità, facendo in modo che le particelle tendenzialmente idrofobe lo diventino completamentee che quelle idrofobe rimangano tali. Si introduce quindi uno schiumogeno e la sospensione viene agitata mediante una corrente d'aria così che si forma una schiuma composta da numerose bollicine alle quali aderiscono le particelle non bagnate. Le particelle bagnate, invece, non vengono portate in superficie dalla schiuma, ma rimangono sul fondo. La schiuma che si forma viene allontanata periodicamente, mentre il precipitato viene rimosso solo alla fine dell'operazione. Il processo può essere ripetuto diverse volte sulle frazioni raccolte sino ad ottenereuna separazione praticamente totale.
Un altro metodo per separare miscugli di solidi, usato molto nell'industria (per esempio per l'estrazione dell'oro dalle sabbie e dalle roccie) è quello della levigazione. La sabbia o la roccia frantumata, viene fatta trascinare da una corrente d'acqua; la velocità di questa influenza in modo diverso le particelle secondo la loro densità; le più pesanti vengono così depositate prima, mentre le più leggere sono depositate più lontano. In scala più ridotta la levigazione è usata nell'aanalisi delle terre.
L'uso di liquidi pesanti può essere utile per separare un miscuglio di due solidi aventi una certa differenza in peso specifico. il miscuglio, ridotto in polvere, viene introdotto in un liquido di densità intermedia tra quella dei suoi costituenti, i più pesanti fra questi andranno in fondo, mentre i più leggeri si porteranno alla superficie del liquido. In pratica si iimpiegano due liquidi miscibili in ogni rapporto, che non reagiscano con i costituenti del miscuglio e che non siano solventi delle sostanze da separare, uno dei quali abbia una densità superiore, l'altro inferiore, a tutti i costituenti del miscuglio stesso; ciò permette, mescolandoli, di ottenre liquidi aventi tutte le densità intermedie necessarie.
Per ottenere la separazione di fumi con particelle difficilmente separabili per la finezza e per la velocità della corrente gassosa, si usa nell'industria la precipitazione elettrostatica con il metodo Cottrel. Il fumo viene fatto passare fra due armature metalliche, cariche oppostamente, cosicché esso viene a formare il dielettrico di un condensatore; le particelle solide sospese, le quali posseggono una carica dipendente dalla lora natura, vengono attratte da una delle armature a contatto della quale si scaricano e si depositano.
Um processo simile, ma dove l'aria viene sostituita all'acqua è quello della ventilazione. Con questo metodo si può separare e purificare lo zolfo che viene trasportato dalla corrente d'aria, mentre le sostanze estranee, più pesanti, non vengono trascinate.

Bibliografia
AA.VV. Enciclopedia di Sicenza e Tecnica ed. Curcio 1976
Adolfo Ferrari "Trattato di chimica generale ed inorganica" ed. Riccardo Pàtron, Bologna 1965