PDF《NaOH­NaNO3 熔盐法分解铁尾矿的动力学》

180 min. 图3? 不同保温时间的 SiO2?浸出率? Fig.3? Leaching?rate?of?SiO2?after different?keeping times? 2.2? 碱渣比对 SiO2?浸出率的影响 图4所示为不同的碱与渣中 SiO2?的摩尔比对 SiO2? 的浸出率的影响,固定反应条件为? n(NaOH)???n(NaNO3)=2.2???1,煅烧温度?500? ℃,保温时 间180 min. 由图

4 可以看出, SiO2?的浸出率随 NaOH? 与SiO2?比值的增加而增加, 当n(NaOH)???n(SiO2)=2.2(摩 尔比)时,SiO2? 的浸出率为? 88.42%;

继续增加碱的加 入量, 虽然 SiO2?的浸出率有所增加, 但增加趋势较缓, 因此选择 n(NaOH)???n(SiO2)=2.2???1 为最佳配比.根据反 应式(1),SiO2? 与? NaOH? 完全反应的理论质量比约为? l???2,但铁尾矿中许多杂质均与氢氧化钠发生反应消耗 一部分碱,所以适当增加碱量利于提高? SiO2? 的浸出 率.同时,反应体系内,NaOH?NaNO3?处于熔融态, 碱量增大时,整个体系的流动性增强,黏度降低,物 料间的传质阻力降低,利于 SiO2?的深度转化. 图4? NaOH 和SiO2?摩尔比对 SiO2?浸出率的影响? Fig.4? Effect? of? mole? ratio? of? NaOH? and? SiO2? ratio? on? leaching rate of?SiO2? 2.3? 煅烧温度对浸出率的影响 反应温度对化学平衡和反应速率有着重要的影 响, 因此煅烧温度对SiO2?与NaOH反应转变为Na2SiO3? 有很大的影响.在? n(NaOH)???n(NaNO3)???n(SiO2)=? 2.2???1???1,煅烧保温时间为?180? min?条件下,选择不同 温度进行实验,SiO2?的浸出率如图

5 所示. 由图

5 可知,当煅烧处理温度高于 400?℃时,在 体系中出现液相,发生熔盐作用,SiO2?与NaOH 开始 进行反应生成 Na2SiO3?相. 随着反应温度的不断升高, 高温体系中的液相不断增多, 增加了 SiO2?与NaOH 反 应的扩散系数,提高了反应的转化率.从图 5?曲线可 以看出,随着煅烧温度的升高,SiO2?的浸出率不断升 高,温度到 500℃时浸出达到极值,为88.42%,此时 为最佳浸出温度. 图5? 不同温度下 SiO2?的浸出率? Fig.5? Leaching?rate?of?SiO2?at?different?temperatures 第?21?卷第?11?期 于洪浩,等:NaOH?NaNO3?熔盐法分解铁尾矿的动力学? 2961? 2.4? 浸出反应动力学模型 由于铁尾矿在? NaOH?NaNO3? 熔盐介质中反应时 有固体产物生成,因此可以认为反应过程适用于未反 应收缩核模型,假定反应前后颗粒的体积变化可以忽 略,整个反应由液相边界层的扩散、固态产物层内的 扩散和界面化学反应?3?个步骤混合控制.由于液相边 界层的扩散过程除了受溶液的物性影响之外,还取决 于实际反应器中的速度场、温度场和浓度场,因此, 外扩散过程与反应器的结构、是否有搅拌以及搅拌强 度等因素有关.由于实验中所用的搅拌转速为? 1? 000? r/min,同时反应器较小,因此可认为反应过程中已基 本消除液相边界层的扩散的影响. 在实际浸出过程 中,反应速率可能受固态产物层内的扩散或界面化学 反应其中一步控制,其动力学方程如下所示? [16?19]? . 界面化学反应控制过程: ( )? 1? 3? 1?

1 1? X k t - - =? (3)? 固体产物层内扩散控制过程: ( ) ( )? 2? 3? 2?

1 2

1 3 1? X X k t 4)? 式中: t? 为反应时间;

X? 为反应时间为? t? 时SiO2?浸出 率;

k1?和k2?分别为反应速率常数.? 2.5? 反应过程控制步骤的确定及反应活化能的确定 为确定 n(NaOH)???n(NaNO3)???n(SiO2)= 2.2???1???1, 铁尾 矿平均粒径为

12 μm 时铁尾矿分解过程的控制步骤, 利用图

5 中反应温度为

425 ℃时的 SiO2?浸出率数据, 计算出 1+2(1-X)?3(1-X)? 2/3? 及1-(1-X)? 1/3? , 将其分别 对反应时间 t 作图, 根据各自线性相关系数(R′)的大小 确定铁尾矿分解过程的控制步骤, 其结果如图