Войти  |  Регистрация
Авторизация

Теория процесса выщелачивания обожженного цинкового концентрата



С помощью теории процесса выщелачивания можно получить ответы на два основных вопроса: возможно ли в принципе протекание процесса и с какой скоростью он будет протекать.
Для ответа на первый вопрос используют методы химической термодинамики: возможность взаимодействия реагента с тем или иным минералом определяется знаком изменения изобарно-изотермического потенциала. Если реакция идет с уменьшением изобарно-изотермического потенциала системы, то она может протекать самопроизвольно. При этом чем больше убыль изобарного потенциала, тем более легко и полностью будет протекать реакция. Ho если реакция сопровождается ростом изобарного потенциала, то она самопроизвольно не идет, т. е. реагент не выщелачивает интересующий нас компонент. Эти положения могут быть иллюстрированы таблицей, в которой приведены стандартные изобарно-изотермические потенциалы (Δ2°) реакции взаимодействия некоторых соединений цинка, меди и кадмия с раствором серной кислоты (табл. 39).
Теория процесса выщелачивания обожженного цинкового концентрата

Из таблицы следует, что окислы металлов цинка, меди, кадмия легко растворимы в серной кислоте, в то время как сульфиды этих металлов в нормальных условиях не растворяются.
Ответ на второй вопрос дает кинетика процесса. Растворение любого твердого вещества — процесс гетерогенный и, следовательно, скорость его должна определяться законами кинетики гетерогенных процессов. При прочих равных условиях скорость процесса выщелачивания пропорциональна поверхности соприкосновения твердой фазы с жидкостью.
Процесс растворения состоит из трех стадий. Первая из них — стадия переноса реагирующих частиц растворителя к поверхности, на которой происходит взаимодействие.
Вторая стадия — собственно взаимодействие твердой поверхности с частицами реагента. Третья стадия состоит в отводе продуктов реакции от поверхности раздела фаз.
Согласно представлениям, развитым более полувека тому назад А.Н. Щукаревым, Нернстом, Бруннером и др., скорость самого процесса растворения всегда очень велика. Скорость же диффузионных процессов много меньше, поэтому у поверхности растворяющегося тела имеется слой насыщенного раствора.
Диффузия частиц растворителя и отвод растворенного вещества от поверхности происходите конечной скоростью через пленку неподвижной жидкости толщиной около 20—40 мкм.
Эта теория дает только качественное представление о характере происходящих явлений, В отдельных конкретных случаях в нее должны быть внесены коррективы в двух направлениях; во-первых, природа пограничного слоя жидкости на границе раздела фаз зависит от характера движения жидкости относительно поверхности твердого тела; во-вторых, скорость процесса растворения, если он сопровождается химической реакцией, не всегда намного выше скорости диффузии. В некоторых случаях скорость химической реакции бывает меньше скорости диффузии или соизмерима с ней. Если жидкость движется относительно поверхности твердого тела, то, согласно современным представлениям, только непосредственно прилегающий к поверхности слой жидкости молекулярной толщины неподвижен. Все остальные слои жидкости движутся. Это в равной степени относится и к ламинарному (послойному) движению потока, и к турбулентному (хаотическому). При турбулентном движении пограничный слой меньше, чем при ламинарном.
Согласно теории физико-химической гидродинамики, предложенной В.Г. Левичем, диффузия частиц вещества из раствора к поверхности твердого тела осуществляется двояким образом; во-первых, при разности концентрации возникает молекулярная диффузия; во-вторых, частицы вещества, растворенного в жидкости, увлекаются ею в процессе движения и переносятся вместе с ней. Совокупность обоих процессов называется конвективной диффузией. Скорость молекулярной диффузии много меньше, чем конвекция. Поэтому при ламинарном потоке в пограничном слое только в самых близлежащих к поверхности слоях жидкости, которые двигаются очень медленно, вещество переносится диффузией. В остальной части пограничной зоны перенос осуществляется в основном конвекцией, и здесь концентрация реагента практически такая же, как в толще раствора.
Скорость потока диффузии в диффузионном слое определяется уравнением
Теория процесса выщелачивания обожженного цинкового концентрата

где Δ — коэффициент диффузии;
С — концентрация реагента в толще раствора;
C0 — концентрация реагента у поверхности твердого тела;
δд — толщина диффузионного слоя.
Это уравнение справедливо и при турбулентном потоке жидкости.
Если в раствор переходит основная масса твердой фазы, как при выщелачивании обожженных цинковых концентратов, TC растворение идет практически только с поверхности зерен. Растворитель омывает зерна твердой фазы, и скорость процесса выщелачивания будет определяться условиями конвекции раствора и скоростью процесса растворения.
Для вывода уравнения скорости выщелачивания необходимо знать механизм процесса в каждом конкретном случае. В общем виде уравнение скорости выщелачивания может быть представлено формулой
Теория процесса выщелачивания обожженного цинкового концентрата

где К1 — константа;
S — поверхность раздела фаз;
Δ — коэффициент диффузии;
С — концентрация реагента;
δд — толщина диффузионного слоя.
Этому уравнению подчиняется большое число гетерогенных реакций выщелачивания. Если диффузия к поверхности велика, то в знаменателе уравнения К1δд≤Δ величиной можно пренебречь. Тогда уравнение превратится в чистое уравнение первого порядка. Это означает, что при достаточно большом потоке диффузии и малом значении константы скорости реакции K1 скорость процесса целиком контролируется скоростью самой реакции. Наоборот, если К1δд ≥Δ, то мы получим уравнение диффузии, т. е. процесс целиком контролируется скоростью диффузии.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent