Тема 10. Кинетика выщелачивания
Для химического и физического растворения характерно наличие трех стадий процесса:
I - подвод растворителя к поверхности минерала;
II - взаимодействие растворителя с минералом;
III - отвод продуктов реакции от поверхности раздела фаз.
Определяющей стадией кинетики может быть любая. Если процесс определяет I или III стадии (доставка растворителя или отвод), то это диффузный режим растворения, наиболее часто встречается при выщелачивании, характеризуется VI (VIII) < VII . диффузионный режим характеризуется зависимостью интенсивности растворения от скорости и направления движения растворителя, его вязкости, коэффициента диффузии.
Расстояние на котором концентрация растворителя убывает от Со (в объеме раствора) до Сп (на поверхности зерна) называется диффузным слоем.
Скорость выщелачивания в диффузном режиме определяется по формуле:
ν=kvS(Cп-Cо), (27)
где kv – константа скорости растворения
S - поверхность растворяемого минерала
Сп – концентрация вещества у поверхности минерала
Со – концентрация в объеме раствора.
Если растворение является результатом химического взаимодействия раствора реагента с поверхностью минерала и определяющей стадией является скорость именно этого взаимодействия, то процесс протекает в кинетическом режиме Vх < Vдиф.
Такое возможно, но реже (для реакции комплексообразования) Сп = Со – диффузного слоя нет. Скорость растворения описывается уравнением:
ν = kSCn (28)
где k - константа химической реакции
S - поверхность твердой фазы
C - концентрация реагента
n - порядок реакции
Влияние температуры в этом режиме значительнее. Скорость растворения увеличивается при повышении температуры на 10°С примерно в 2-3 раза.
Возможны переходные режимы.
Например, если в отсутствии перемешивания: Vx > Vд, т.е. лимитирует диффузия. Но, применив перемешивание процесс, можно перевести из диффузного в химический.
Требования, предъявляемые к растворителю:
- максимально селективный по отношению к полезному минералу;
- дешевый;
- доступный;
- безвредный.
10.1 Способы контакта руды и растворителя
1. Агитация – перемешивание измельченной руды с растворителем
- механическое – чан – агитатор центробежный тип (мешалка);
- пневматическое – пачук.
2. Перколяция – просачивание растворителя через неподвижный слой руды:
- контактный чан;
- кучное выщелачивание;
- подземное выщелачивание.
Как говорилось выше, фазовые переходы продолжительны по времени, т.е. малые скорости растворения минералов. Это основное препятствие для широкого применения наземного и подземного выщелачивания. Причина – труднорастворимые минеральные образования.
Способы интенсификации выщелачивания:
1. Подогрев растворителя
2. Перевод труднорастворимых минералов в легкорастворимые за счет обжига, спекания руды.
3. Воздействие электрических полей различной частоты.
4. Воздействие ультразвука или вибрации
5. Увеличение поверхности за счет дробления или измельчения п. иск.
Использование бактерий. рН 1÷4 – в наземных условиях, 5÷6 – наземных и подземных условиях.