浸出过程的动力学基础概要.ppt

浸出过程的动力学基础 对于湿法冶金过程，由于温度较低，化学反应速度及扩散速度都比较慢，因此很难达到平衡状态。实际生产过程中的最终结果往往不是决定于热力学条件，而是决定于反应的速度，即决定于动力学条件。 研究浸出过程动力学的主要任务就是查明浸出过程的控制步骤，从而有针对性地采取措施强化。 浸出过程历程及其速度一般方程 在稳定条件下，各步骤速度相等，且等于浸出过程的总速度： 化学反应控制的特征 1 对粒度均匀致密，浸出剂浓度可视为不变的过程而言，服从方程 化学反应控制时，提高浸出速度的途径 提高温度 提高浸出剂的浓度 降低原始颗粒的原始半径 二、外扩散控制的特征 动力学方程 外扩散控制时，提高浸出速度的途径 加强搅拌，减少扩散层厚度 提高浸出剂浓度 提高温度 三、内扩散控制控制的特征 内扩散控制时，提高浸出速度的途径 降低矿粒的粒度：增加表面积；减小固膜厚度 采取适当措施使固膜减薄或者消失：如热球磨浸出 提高温度 四、混合控制 当两个步骤的阻力大致相同且远大于其他步骤时，则属于混合控制或者中间过渡控制。 在低温下，一般属于化学控制，而随着温度升高可转变为扩散控制。 混合控制的特征是表观活化能为12-41.8 kJ/mol之间，搅拌及温度等因素对浸出都有一定影响。 浸出过程控制步骤的判别 改变搅拌强度法 改变温度法 尝试法 浸出过程的强化 矿物原料的机械强化 超声波活化 热活化 辐射线活化 加入催化剂：硫化矿浸出中加入HNO3 * 1：分母项可视为反应的总阻力；总阻力为浸出剂外扩散阻力，浸出剂内扩散阻力，化学反应阻力以及生成物向外扩散的阻力项之和。 2：当反应平衡常数很大，且基本上不可逆，上式可简化。反应速度决定于浸出剂的内扩散和外扩散的阻力，以及化学反应的阻力。 3：浸出速率取决于上述最慢的步骤：若其中两个步骤的速度大体相等，且远小于其他步骤，则过程为混合步骤，或称过程在过渡区中进行。 4：无论哪一步骤为控制性步骤，浸出过程的速度总近似于浸出剂浓度C0除以该步骤的阻力。 随着浸出条件的改变，控制步骤可能会发生变化。 一、化学反应控制 化学反应控制的动力学方程 其中： N：固体颗粒在时刻t的摩尔数； S：固体颗粒表面积； C：浸出剂的浓度； k：化学反应速度常数 n：反应级数 Na2CO3大大过量 2 浸出速率随温度升高而迅速增加，表观活化能应大于41.8 kJ/mol 3 反应速度与浸出剂浓度的n次方成比例 4 搅拌速度对浸出速度无明显影响。 表观活化能较小，约4-12 kJ/mol 加快搅拌速度和提高浸出剂浓度能迅速提高浸出速度 CuFeS2+4Fe3+=Cu2++5Fe2++2S 在矿粒表面形成了致密的元素硫膜 影响浸出速度的因素 影响浸出速度的主要因素有：矿块的大小、温度、矿浆的搅拌速度和溶剂的浓度。 浸出过程的速度随着矿块的减小而增大。故矿块在浸出之前应进行破磨。 温度对反应速度的影响是，温度升高283K，反应速度约增加2～4倍，也就是说反应速度的温度系数等于2～4；扩散速度的温度系数一般在1.5以下。 适当速度的搅拌可以提高浸出速度。 溶剂浓度对于反应速度和溶解程度影响很大。溶解速度和溶解程度均随溶剂浓度的增大而增加。 加压也可以使浸出过程加速进行。 *