風(fēng)化殼淋積型稀土礦浸取動(dòng)力學(xué)與傳質(zhì)研究.pdf

1、在導(dǎo)師悉心指導(dǎo)下，圍繞本人主持的在研國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目--“風(fēng)化殼淋積型稀土礦貧礦浸取動(dòng)力學(xué)與傳質(zhì)研究”(№50664004)，確定了博士論文題目為“風(fēng)化殼淋積型稀土礦浸取動(dòng)力學(xué)與傳質(zhì)研究”，在風(fēng)化殼淋積型稀土礦浸取應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面開(kāi)展了一些研究工作：
　　 1.風(fēng)化殼淋積型稀土礦浸取稀土動(dòng)力學(xué)研究針對(duì)代表性的江西龍南足洞稀土風(fēng)化殼淋積型稀土礦，從浸取動(dòng)力學(xué)角度出發(fā)，考察了浸取反應(yīng)溫度、浸出劑初始濃度、攪拌強(qiáng)度及礦石粒度對(duì)稀土

2、浸出速率的影響。
　　 研究結(jié)果表明，風(fēng)化殼淋積型稀土礦浸取是一個(gè)典型的液-固非均相反應(yīng)，浸取過(guò)程較好地符合收縮未反應(yīng)芯模型，嘗試法求出動(dòng)力學(xué)控速步驟為屬固膜擴(kuò)散控制，導(dǎo)出了浸出動(dòng)力學(xué)方程為：
　　 求得風(fēng)化殼淋積型稀土礦浸取反應(yīng)級(jí)數(shù)為2級(jí)，浸取反應(yīng)活化能為9.24 kJ/mol。
　　 2.風(fēng)化殼淋積型稀土礦浸取鋁動(dòng)力學(xué)研究以代表性的江西龍南足洞稀土原礦，針對(duì)風(fēng)化殼淋積型稀土礦離子相形態(tài)鋁，開(kāi)展浸取鋁動(dòng)力學(xué)研究

3、，考察了浸取反應(yīng)溫度對(duì)鋁浸出速率的影響。研究表明，風(fēng)化殼淋積型稀土礦鋁的浸取也是一個(gè)典型的液-固非均相反應(yīng)，其浸取過(guò)程也可用“收縮未反應(yīng)芯模型”描述。用嘗試法求出鋁浸取動(dòng)力學(xué)控速步驟，結(jié)果發(fā)現(xiàn)1-(1-η)1/3對(duì)浸取時(shí)間t作圖得到一系列直線，且通過(guò)原點(diǎn)。通過(guò)鋁浸取Arrhenius圖，求得風(fēng)化殼淋積型稀土礦浸取鋁反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程為：
　　 計(jì)算得出鋁浸取反應(yīng)活化能為41.57 kJ/mol介于40 kJ/mol到160 kJ/m

4、ol之間，表明風(fēng)化殼淋積型稀土礦鋁浸取過(guò)程受化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)控制。而且鋁浸取的表觀活化能遠(yuǎn)高于稀土浸取表觀活化能，顯示鋁浸取平衡時(shí)間長(zhǎng)于稀土浸取平衡時(shí)間，鋁浸取速率遠(yuǎn)低于稀土浸取速率。
　　 3.風(fēng)化殼淋積型稀土礦浸取傳質(zhì)研究用色層塔板理論研究和實(shí)驗(yàn)方法，研究了風(fēng)化殼淋積型稀土礦浸取傳質(zhì)過(guò)程，探索淋浸速度、浸出劑初始濃度、礦石粒度及原礦品位對(duì)浸出效果的影響，用浸理論塔板高度評(píng)價(jià)浸取傳質(zhì)效果，對(duì)浸取傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行了優(yōu)化。
　　

5、 實(shí)驗(yàn)表明，風(fēng)化殼淋積型稀土礦浸取理論塔板高度與浸取流速關(guān)系可用Van Deemter方程描述，稀土礦浸取理論塔板高度存在最小值，在此流速條件下，浸取浸取過(guò)程傳質(zhì)效果最好，該浸取流速為最佳值(Uopt)，低于或高于此流速(Uopt)，浸取過(guò)程塔板高度均增大。
　　 通過(guò)研究浸取劑初始濃度對(duì)稀土浸取傳質(zhì)過(guò)程影響，結(jié)果顯示，由于風(fēng)化殼淋積型稀土礦浸取動(dòng)力學(xué)受固膜內(nèi)擴(kuò)散控制，當(dāng)浸取劑濃度足夠高時(shí)，再提高浸取劑初始濃度，對(duì)稀土浸取理論塔

6、板高度的影響不大，此時(shí)對(duì)傳質(zhì)的影響不明顯。因而浸取劑初始濃度以選擇2％～3％為宜。
　　 通過(guò)研究不同礦石粒度下風(fēng)化殼淋積型稀土礦的浸取過(guò)程，結(jié)果表明，隨著礦石粒度的增大，浸取理論塔板高度增大，浸取過(guò)程傳質(zhì)效果較差，柱效降低。而隨著礦石粒度的減小，浸取滲透性能下降，當(dāng)浸取流速低于是佳流速Uopt時(shí)，理論塔板高度將增大，浸取過(guò)程傳質(zhì)效果變差。
　　 研究稀土礦品位風(fēng)化殼淋積型稀土礦浸取的影響表明，原礦稀土品位越高，浸取理論

7、塔板高度越小，隨著礦石品位的降低，浸取過(guò)程理論塔板高度增大。
　　 4.風(fēng)化殼淋積型稀土礦稀土浸取動(dòng)力學(xué)分離鋁研究基于風(fēng)化殼淋積型稀土礦其浸取稀土為內(nèi)膜擴(kuò)散控制動(dòng)力學(xué)模型，而鋁為離子交換反應(yīng)化學(xué)控制動(dòng)力學(xué)模型這一顯著差異，進(jìn)一步探索不同浸取條件下稀土浸取行為與鋁浸取行為。結(jié)果表明，風(fēng)化殼淋積型稀土礦稀土浸取曲線與鋁浸取曲線變化并不同步，稀土浸取曲線隨著浸取進(jìn)程的增長(zhǎng)，浸取稀土濃度出現(xiàn)峰值，而鋁浸取曲線隨著浸取進(jìn)程的增長(zhǎng)，鋁濃度不

8、變顯著。
　　 在不同浸取流速條件下，風(fēng)化殼淋積型稀土礦浸取液稀土濃度峰值濃度隨浸取流速變化明顯，而浸取液中鋁的濃度隨浸取流速變化不顯著，浸取過(guò)程中稀土與鋁在浸取動(dòng)力學(xué)分離存在差異，在一定的浸取流速條件下，浸取過(guò)程中稀土與鋁存在分離作用。
　　 通過(guò)研究風(fēng)化殼淋積型稀土礦浸出液中鋁與稀土相對(duì)含量隨浸取流速變化，結(jié)果表明，在低流速時(shí)，浸出液中鋁與稀土相對(duì)含量隨浸取流速增大而減小，到一定流速時(shí)，再加快流速，浸出液中鋁與稀土相

9、對(duì)含量隨浸取流速增大而增大，浸取過(guò)程中有一最佳流速，經(jīng)優(yōu)化得到優(yōu)化流速為U=0.23mL/min，此時(shí)，稀土浸出液中含鋁最低，AI/RE=0.012，因而在浸取過(guò)程中產(chǎn)生了浸取動(dòng)力學(xué)分離鋁效果。
　　 5.風(fēng)化殼淋積型稀土礦貧礦浸取傳質(zhì)過(guò)程優(yōu)化研究針對(duì)這些風(fēng)化殼淋積型稀土礦貧礦的復(fù)雜性，以江西有代表性的龍南風(fēng)化殼淋積型稀土礦貧礦為對(duì)象，用色層理論和實(shí)驗(yàn)方法探索其浸取傳質(zhì)特性，實(shí)驗(yàn)不同流速條件下稀土貧礦浸取行為，用理論塔板高度評(píng)價(jià)

10、浸取傳質(zhì)效果，對(duì)浸取傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。
　　 研究結(jié)果表明，風(fēng)化殼淋積型稀土礦貧礦浸取曲線峰形窄，峰高較低。浸取傳質(zhì)過(guò)程可用理論塔板高度變化來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，風(fēng)化殼淋積型稀土礦貧礦浸取時(shí)，隨著浸取流速的增大，起初浸取理論塔板高HETP減小，但超過(guò)0.9mL/min速度后，浸取理論塔板高HETP增大，因而浸取有一個(gè)最佳流速，風(fēng)化殼淋積型稀土礦貧礦浸取優(yōu)化流速為0.9mL/min。
　　 對(duì)于風(fēng)化殼淋積稀土礦貧礦，不同裝礦高度條件