浸出过程的动力学基础

在稳定条件下，各步骤速度相等，且等于浸 出过程的总速度：
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。
1 (1 R)
1 FP
k
•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
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
CuFeS2+4Fe3+=Cu2++5Fe2++2S 在矿粒表面形成了致密的元素硫膜
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。
1 FP
k
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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。
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
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。
一、化学反应控制
• 化学反应控制的动力学方程
dN n kSC d
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
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
1 (1 R)
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
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