1、富集贵金属氧化预浸出数学模型的建立第 4 卷第 4 期2005 年 12 月材料与冶金JournalofMaterialsandMetallurgyVo1.4No.4Dec.2oo5富集贵金属氧化预浸出数学模型的建立李忠国,翟秀静,符岩,邱竹贤(东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳 110004)摘要:建立了常压预浸合金硫化镍矿的氧化浸出数学模型 ,并进行了验证试验.通过建立合金硫化矿氧化浸出的数学模型,得到模拟公式 KLa=0.0016(尸/)和 KLOt=0.2/s=12/min.考查了输氧量和硫酸浓度对镍浸出率的影响,拟合了试验数据,得到了输氧量与镍浸出率之间的指数方程:Y=8.271x,
2、与数学模型建立的公式相吻合.关键词:合金;硫化矿;氧化浸出;数学模型中图分类号:TF815 文献标识码:A 文章编号:16716620(2005)04-0262-03ModelingofoxidationpreleachinginconcentratingofpreciousmetalfromsulphideoreLIZhongguo,ZHAIXiu-jing,FUYan,QIUZhuxian(SchoolofMeterialsMetallurgy,NortheasternUniversity,Shenyang110004,China)Abstract:Amathematicmodelforo
3、xidationleachingofsulphideorewasdeveloped.TheformulasofKLd=0.0016(P/K).andKI_:0.2/s=12Vwereobtmnedfromthemode1.TheeffectsofoxygenblowingratioandsulphurieacidconcentrationonthenickelleachingratiowerestudiedexperimentalyandtheformulaofY=8.271x.wasobtainedwhichagreewiththemodelwel1.Keywords:alloy;sulph
4、ideore;oxidationleaching;mathmodel在高冰镍吹炼过程中,通过控制合金的产率,可有效地将贵金属捕集到金属相中-2.含金属相的高冰镍再通过磁选,在磁力的作用下将携带贵金属的合金相与含铜镍精矿分离,得到含贵金属的合金.分离过程中合金物料中会夹带些含铜镍精矿,同时由于合金贵金属元素(除 Ru,Os 外)的晶体结构均为立方晶系,晶体半径在 0.380.407nm,与 Ni,S 的晶体半径相近,因此合金相中也会溶有 Ni,S“J.为有效去除 NiS 以及NiCoFe 合金杂质,提高贵金属品位,减少物料处理量,在加压浸出合金的前段需对含合金硫化矿进行常压预浸.本文主要研究了常
5、压预浸过程中,有效去除 Ni,S 以及 NiCoFe 合金杂质,建立了氧化浸出数学模型,并进行了验证试验.结果表明所建立的数学模型与实际体系符合较好.1 实验建立常压预浸合金硫化镍矿的氧化浸出数学模型,并以表 1,表 2 所用原料在 9O进行浸出实验,研究不同输氧量和硫酸浓度对镍浸出率的影响,拟合试验数据.浸出中所用氧为工业氧,浸出的固液(体积)比为 1:3,浸出时间 2h,搅拌.表 1 合金硫化矿的化学成份Table1Contentsofahoyelementsinsulphidicore%元素 NiFeCoCuS质量分数 57.9814.511.145.411.26表 2 浸出原液化学成份
6、Table2CompositionofleachingHquorg/L收稿日期:2005-0722.作者简介:李忠国(1973 一),男,辽宁沈阳人,博士研究生;翟秀静(1951 一),女,辽宁鞍山人,东北大学教授;邱竹贤(1921 ),男,江苏海门人 ,中国工程院院士,东北大学教授,博士生导师.第 4 期李忠国等:富集贵金属氧化预浸出数学模型的建立 2632 结果与讨论研究了氧传质模型,通过浸出结果进行了验证.2.1 氧传质反应模型氧气在体系中的行为可用以下过程描述:氧气通人浆液体系后,氧气被剪切分散成气泡.气泡内的氧气分子经气液界面溶解进入溶液,在浓度梯度的作用下向液固界面扩散,并在液固界
7、面与固体物质发生反应,反应后生成的可溶产物溶人溶液,不溶产物则脱离原有固体颗粒形成新的颗粒或集团.氧气在液固界面进行反应的模型可设想为:溶解在溶液中的氧气分子到达固液界面,与固体颗粒反应,反应机理可表示为:O+AOA产物(1)A 为 Ni3S2 或 NiCoFe达到稳态时,有-kd02A一一.A 一krOA=0(2)k 为反应分子结合速率常数;一为反应分子分离速率常数;k 为反应分子的反应速率常数.o2 洲=(3)解得:根据反应机理,反应的总速率取决于产物的生成,即:r=krOXA(4):koLAJ(5)rzj1)(6)设:由于本反应中,0 容易与 A 物质反应,kk 一,所以 kk.氧气与物
8、质 A 的反应速率可写成:r=kd0A(7)当氧气分子进入以 Ni,S,NiCoFe 等分子为中心,Ro, 为半径的球内时,与 Ni3S(或 NiCoFe原子)分子反应,由于反应速率很快,因此在固液界面及临近区域容易形成氧气的浓度梯度,可表示为:J=一 DdN(8)为氧分子浓度;尺为氧分子半径.固体颗粒是由许多 Ni,s 分子及 NiCoFe 原子组成,将排列在固体颗粒表面的分子,原子视作无数个紧密排列且半径相同的小球,将这些小球的中心连在一起,形成一个曲面.曲面均匀将固体颗粒表面的小球分成两部分.设小球足够小,两部分的面积和相等,各为小球面积和的 1/2.所以可以假设一个理想模型,即固体颗粒
9、表面每个(分子或原子)小球暴露于溶液的面积(液固界面的面积)为完整球面的 1/2.对固体颗粒表面的每个分子(原子 )来说以该分子 (原子) 为中心以尺.为半径的半球面的氧分子的流量为:,=rD(9)D 为氧分子扩散系数;,为氧分子流量.积分得:J=卜 27rDdN(10)边界条件时 R=RoA 一=0;尺=o.一=胪,(胪为氧在液相中的浓度).上击 d 尺 fl 一 27rDdN(11)得,=一 27rDRo,A,vo(12)尺.,为氧分子与 A 分子半径之和r=,=一 27rDRoANo(13)因为 A 为团聚的不溶固体颗粒,参加反应的A 的物质的量远大于溶于溶液中的氧的物质的量,并且氧与
10、A 物质的化学反应很快,扩散反应的速度主要与氧的浓度有关.将固体反应物看成有限个不动的溶于溶液中的极大分子,根据StokesEinstein 公式:71D(14)则 0 与 A 的反应速率为:r:一尺.NO(15)3 一,qRo2oA式中尺.为氧分子半径由于气泡中的气体具有液膜透过性,所以在氧的传质反应中,氧在溶液中的初始浓度即可视为氧在溶液中的溶解度,设氧在本体系溶液中的溶解度为 C,则有】:NO=CUoo 为阿伏伽德罗常数kTsr=一BLRo2aCUo(16)C 为气体溶解度.264 材料与冶金第 4 卷根据付晓泰等气体在盐溶液中溶解度公式:c=(厂K;+)一+)式中=Ot?;=0.009
11、696829+3.163917810一 1.25792910 一 t+2.12963110.;=为单位溶液体积中游离水的体积;后为气体在水中的水合常数;为水对气体的间隙度;6 为气体的范德华体积,m./mol;p 为气体分压;为摩尔气体常数;T 为温度.在本浸出过程中,反应受扩散作用制约,反应物间的化学反应及生成物的脱附在固一液界面完成.因为生成物的浓度较低,且饱和时浓度较大,所以可将在气泡与溶液的气一液界面处的液体的盐浓度视为 0,则有:厂=1P.=p(p 为气泡内压强)c_().p 一(18)又因为 6.p 的乘积远小于的乘积,所以搅拌体系中气一液反应大都通过液膜来完成,属于液膜传质控制.
12、根据气液传质的理论研究和实验结果,可以认为液相容积传质系数与搅拌功率,表观气速等因素有关.其关系式可用式(19)表示:后=0.0016(P/).(19)式中:后.为单位体积液膜传质常数;P 为搅拌功率;VL 为浆液体积;为表观气速.Fleaehing_r 一最 Ro2aCno(20)在氧气浸出反应过程中,浸出速率取决于氧气的液膜传质,扩散传质以及氧气在溶液中的溶解度.体系环境不变,当液膜传质速率大于扩散传质速率时,浸出速率与氧气在溶液中的溶解度有关,浸出速率等于扩散速率,即:而当液膜传质速率小于扩散传质速率时,浸出速率受液膜传质速率制约,即:r=后 L=0.0016(P/)“跎瞻.(21)f=
13、9?610/s(22)l 后.:0.2v/5=12vo./min(23)为单位时间通气量分别将实测及查得数据代人式(is),(19),(20),并与文献14,15 比较可得:如果两种传质速率相等,则 V=1.8610(t/s).因此可以判明,浸出过程的传质受液膜传质控制.2.2 硫酸浓度对镍浸出率的影响镍是合金中的主金属元素,在浸出过程中选择以镍的平衡来考察硫酸及氧的浸出行为.从反应机理可以看出,浸出反应过程中由于酸直接参与了浸出,所以浸出原液中酸的浓度对镍的浸出率影响较大.在考查不同输氧量对镍浸出率的影响的浸出对比实验中采用的浸出原液酸度为 66.44g/L.图 1 为在 1.0L/min
14、通氧量条件下硫酸浓度对镍浸出率的影响.由图可见,在酸度较低时,镍浸出率随硫酸的浓度成比例明显上升;但酸浓度较高时,镍浸出率变化量逐渐趋于平稳.图 1 硫酸浓度对镍浸出率的影响Fig.1Effectofsulphuricacidconcentrationonnickelleachingratio2.3 输氧量对镍浸出率的影响从硫酸浓度与镍浸出率关系变化情况可以看出,硫酸的质量浓度在 6067L 时,镍浸出率随硫酸浓度的增加而快速增大,对原料而言此阶段硫酸不足量,硫酸的浸出能力受氧的影响小,或不受影响.浸出中去除硫酸的浸出量后,氧气浸出的结果如图 2 所示.图 2 输氧量对镍浸出率的影响Fi 孚
15、2Effectofoxygenblowingrateonnickelleachingratio第 4 期李忠国等:富集贵金属氧化预浸出数学模型的建立 265根据浸出结果可得曲线方程:Y=8.271x 撇(24)对比式(23),(24)可以看出, 镍浸出反应速率受液膜传质过程的影响,浸出反应线性关系式符合液膜传质方程.3 结论(1)建立了含合金硫化矿氧化浸出的数学模型,得到模拟公式 KL=0.0016(P/VL)0,82VG“和KLa=0.2 一/s=12/rain;(2)拟合了试验数据,得到了输氧量与镍浸出率之间的指数方程:Y=8.271x 眦,与数学模型建立的公式相吻合.参考文献:1张传福,
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