一水硬铝石型铝土矿盐酸浸出脱铁过程表观动力学

1、一水硬铝石型铝土矿盐酸浸出脱铁过程表观动力学第5l卷第3期有色金属Vo1.51,No3一水硬铝石型铝土矿盐酸浸出脱铁过程表观动力学鹿思明陶最平文明茶,杨显万理工大学冶金650093)一彳尹(昆明理工大学冶金系,昆明)1护r了J北大学材料与冶金沈阳16'T2f.0.巩幔出过程建事由界面化学反应控制-当x0-2008速率过程由多孔嗣体中的I1必,:I.丁尸川关譬词?随着我国经济的发展,对铸铝合金的需求量日益增大,同时也对铸铝合金在机械强度耐磨耐铸铝舍金生产方法工艺复杂,流程长,能耗高,金的采用硅钛氧化铝直接电解生产铝硅钛合金的新工利用铝土矿中固有的硅钛,只除去铁等有害杂质,经成分调配.获得

2、硅钛氧化铝,再经熔盐电解生产于资源综合利用,流程简短,产品性能优越等特点.虽然该工艺还存在诸多有待解决的问题,并受市场的影响,其发展受到一定的制约,但是随着该工艺在应用和基础理论研究方面的进一步深入和市场的规范.相信此工艺会得到不断完善和发展.在电解法直接生产铝硅钛含金的硅钛氧化铝原盐酸浸出脱铁过程的动力学研究较少0".铁过程的研究表明,浸出速率过程为固体产物层扩有的一水硬铅石型铝土矿盐酸浸出脱铁过程的动力盐酸浸出脱铁过程表观动力学的研究,为上述新工艺的完善和发展提供基础理论方面的数据资料.云南省应用基础研究基金硬目:蛔B洲收瞢日期:l9%一l】一观咎回日啊:1999一Ol一26魔思

3、明:男,岁,磺±研究生1实验Fee+6H)=2F喵)+,H:p(1)+6)=2A+3H(2)上述反应在标准状态下的热力学计算表明,它们在298353K范围内为放热反应,且G:.>>G例如在353K时.G=韶239J.G=一73735J.然而,在实际浸出实验中,当温度为353K时,铁的提出率可达80%90%,这是由于Fe能与a一形成多种稳定的络合物,从而促进了反应的进行.使反应进行得较为彻底:而Al很难与a一土矿的浸出.铝的浸出率也仅有3%.此外,根据Hp系8一pH图(假设各种铁离子活度为l,298K)可知.在浸出过程中,为避免Fe(OH)的形成,应控制溶液

4、pH<1.6.在浸出实验中,将12mol/L的化学纯HC1与蒸馏水按一定比例配成不同摩尔浓度的盐酸溶液240ml,置于500ml烧杯并将其放入恒温水浴中,然后将韶g铝土矿(铝土矿成分见表1)放人温度预一定量的蒸馏水,并封严烧杯口,防止酸和水的蒸发损失,使溶液体积保持恒定,以保证浸出实验在表1铝±矿的化学成分Table1Chemical删p嘴ofdjpaIjcImuxite,0完毕,经过滤洗涤后,准确称量滤液体积,采用化学分析法确定铁含量.2实验结果及分析有色金属计数后第51卷不同条件下的浸出实验结果如图l3所示.图l的搅拌速度效应表明,当搅拌速度高于900r/ram和浓

5、度效应实验均为搅拌速度在1000l150r/hin2,3可见,温度对浸出过程影响较大,随温度升次之,随酸度增大浸出速率有所加快.为便于数学处理,假设铝土矿试样各颗粒粒度相等,单个颗粒组织均匀,对于传质阻力和化学阻力并无各向异性,并等效为球体:在浸出过程中按收缩的未反应核模型和液膜非稳态扩散模型处理;界面化学反应为不可逆反应.t/rain圈2温度对浸出率的影响HCI4znol,L:S=叠1,一74/;温度(IO:一弼.0一粥.一3FEffectoftemtxxateO11k出convew,ionraioIrHn图4在不同温度下10一)与t的关系(符号同图2)Fig.4Plotsofl一(1一柚v

6、satd.zentttmaperatmes(SymbolsassaTF.2】产物层扩散阻力均可忽略,反应离子H,a很容易通过这两个阻力层扩散到反应界面,浸出过程为界面化学反应所控制,由下列动力学模型描述:1-(1_:f(1)r0P式中x浸出率:k界面反应速率常数;盐酸浓度;反应级数;M,ro,P分别为固体反应物的摩尔质量,颗粒初始半径和密度;t浸出时间.前人对铝土矿浸出过程多采用Jander扩散模型来处理数据.但该模型在转化率大于40%,尤其在第3期庞思明等:一水硬铝石型铝土矿盐酸浸出脱铁过程表观动力学51较宽的浸出率范围与实验数据吻合.模型为":朋(1-1=,(2)式中n一反应级数

7、,D扩散系数.由模型(1),令其中:,称为界面反应表观速度常数,用方程l一(1一x)=j分别处理图2和图3中的数据,得图4和图5,界面反应表观常数见表2和表3.利用公式1n:Inf1/+nlnc0整理表2有关数据,由1nKc对lI1的关系图6,得n=2,507,r=O,9935(线性相关系数),于是,有I-(1一:r(3)由艮=器可获得不同温度下的化学反应速率常数见表3.根据Arhemos公式整理表3有关数据,由Ink对liT的关系图7,得5_952x109exp(一73655),mal(4)其线性相关系数r=O.9931,界面化学反应的表观活化能为73655J/oI.Paspal等在对一水软

8、铝石型铝土矿盐酸脱铁过程的研究中,观察到在浸出过程中矿粒由外及里将形成由SiO:,A03和TiO2等成分组成的多110I一0lt/ain围5在不同浓度下l-(1-与f的关系(符号同田3)F嬉5Platsof1一(1一vsratdifferezltaddconomtratiomDb越玛Fig卸表2盐酸浓度对界面反应表观速率常数和表观扩散系数jrn影响Table2EffeaofdIDcacidconotrationoilapparentl-ale删andappartdmion删表3温度对界面反应表观速率常数的影响Table3Effeaoftempemtureonrate.懵k宴-皇/x一/声/ln

9、C围6,与C的关系F唱.6PloBof&andvsc围7速率常数与温度的关系F7Aplotofratem恤lmnpm'ature有色金属第5l卷lI'圈8在不同噩度下模型(2)的关系(符号同图2)F8Plots0fm口dd圆atdiffelenttemperatures$meF2)孔固体层.据此,我们认为在本浸出实验过程中,矿粒由外及里也会逐渐形成这类多孔固体层,其中所包含的溶液构成了离子非稳态扩散的液膜阻力层.由于该铝土矿含铁量较低(约4%),因而大部分铁应嵌布于矿粒内.脏着反应的进行,多孔固体层的增厚,反应离子扩散到反应界面的阻力将会为液膜非稳态扩散控制.由

10、图415亦可看出,随着反应的进行,实验点明显偏离直线,这说明浸出过程逐渐转为液膜非稳态扩散控制.令方程(2)中8C',M/旦:KoFIR'系数,用方程乱+3(1一曲一1=KDt分别处理3l4日根据公式(罟,/旦)整lm图9在不同浓度下模型(2)的关系符号同图3FPlo担ofmodel圆atdifferentacidconoenWations岫Fig.3)理表3的有关数据.由IlKD对tnc.的关系图6,得n=O.9224,r=0.9811.于是,有4川【(1_1=由.=(y可计算得不同温度下的扩散系数见表4,根据Arrhenius公式整理表4的有关数lT'.Il图10扩

11、散系数与温度的关系F10Aplotofd曲Ji曲ncoefficient,slemperatureD-0-601exp(一),锄1(6)其线性相关系数r=0.9479,故流体反应物HCI通过多孔固体内液膜层非稳态扩散的表观括化能为5522Kl/mol.表4温度对表观扩散系数%殛扩散系数D的影响Table4Effectof证衄tlIIe0nappanatdiffusioncoefficientroanddim咖coeffmemD3结论(1)在浸出过程中,一水硬铝石型铝土矿盐酸脱铁浸出速率随温度升高而明显加快,随酸度增大而有所加快.(2)浸出的速率过程可分为两个阶段:当xO.20,浸出过程速率由界

12、面化学反应控制,其表观括化能为73655J/mol;当=0.200.80,浸出过程速率由流体反应物HCI在多孔固体中的非稳态扩散控制,其表观活化能为5522Kl/mol.¨第3期庞思明等:一永硬韬石型铝土矿盐酸提出脱铁过程丧观动力学参考史献l杨冠群.有色金属(冶炼),1991,(国:292杨升等.有色金属(冶炼).1997,:153PaspaliamTsolakisH!d肿蚰l】r.1987,19:2594PaspalianYiouliPatermaraGTramInstMinMeta/lC.1989,98:C215Zivko,LicZD'StrbacNDl1dfo瑚哟I蝈f

13、,I994,36:2476SohnHWads,.olthME-RateProcessofE,tctivcMetallurgy.NewYork:PlmmPress,1979167陶东平.李振家.化工冶金,I985,呲50吲ES1NDIASPARICBAU/OTEBYH忸OCttLORICACpANGEiTainf1.TAO叼砷.Mt'.4/qG翻wrA帕地咐ofMetallurgy,KrningUrdvetityoyScienceand"D辨Ku,nning6500r)f&h.DlM瞳打曲Sclence曲dMettlutIEy,Nort.1',eater

14、n呻蜘11oo06)Theap】pa肿mkincsofleachingofironoxidesindiasparicbauxitebyhydrochloricacidhasbeenpreliminarilyinvestigated.Therullsshowthattheleac/aingrateofhematiteobviouslymca'easeswiththeO.80.rpectively.KEyW'ORI15kinetics.1eaching;bauxite;hydrochloricacid(oolltfltmp55)3吴成龙.周永益等.上海有色金属,1987,2:424

15、#维明.曾俊卿.冶金分析,199,圆:215钟俊群.精土,1993,1:706捌建民.杨汝栋.稀土.1992,1:22M删r【JRGHIGHPUREsc,BYCItlTINMEMBRANEZHA/届'GAOHong,NIUlr州船d啪嘴吼ShenyanO1t0006)A瑾ACTThemarlufauringhighpureSqo3bychitinmembranewexamined.Sc03llascontained1%0fimouiities,suchasTi,Fe,Ca,Mg,MnandAITitaniumandiron,憎eremovedbyelectrodialysismetho