風化殼淋積型稀土礦浸取動力學與傳質(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家自然科學基金項目--“風化殼淋積型稀土礦貧礦浸取動力學與傳質(zhì)研究”(№50664004)，確定了博士論文題目為“風化殼淋積型稀土礦浸取動力學與傳質(zhì)研究”，在風化殼淋積型稀土礦浸取應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面開展了一些研究工作：
　　 1.風化殼淋積型稀土礦浸取稀土動力學研究針對代表性的江西龍南足洞稀土風化殼淋積型稀土礦，從浸取動力學角度出發(fā)，考察了浸取反應(yīng)溫度、浸出劑初始濃度、攪拌強度及礦石粒度對稀土

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

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

4、ol之間，表明風化殼淋積型稀土礦鋁浸取過程受化學反應(yīng)動力學控制。而且鋁浸取的表觀活化能遠高于稀土浸取表觀活化能，顯示鋁浸取平衡時間長于稀土浸取平衡時間，鋁浸取速率遠低于稀土浸取速率。
　　 3.風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驗方法，研究了風化殼淋積型稀土礦浸取傳質(zhì)過程，探索淋浸速度、浸出劑初始濃度、礦石粒度及原礦品位對浸出效果的影響，用浸理論塔板高度評價浸取傳質(zhì)效果，對浸取傳質(zhì)過程進行了優(yōu)化。
　　

5、 實驗表明，風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)，浸取過程塔板高度均增大。
　　 通過研究浸取劑初始濃度對稀土浸取傳質(zhì)過程影響，結(jié)果顯示，由于風化殼淋積型稀土礦浸取動力學受固膜內(nèi)擴散控制，當浸取劑濃度足夠高時，再提高浸取劑初始濃度，對稀土浸取理論塔

6、板高度的影響不大，此時對傳質(zhì)的影響不明顯。因而浸取劑初始濃度以選擇2％～3％為宜。
　　 通過研究不同礦石粒度下風化殼淋積型稀土礦的浸取過程，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，當浸取流速低于是佳流速Uopt時，理論塔板高度將增大，浸取過程傳質(zhì)效果變差。
　　 研究稀土礦品位風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，浸取過程理論塔板高度增大。
　　 4.風化殼淋積型稀土礦稀土浸取動力學分離鋁研究基于風化殼淋積型稀土礦其浸取稀土為內(nèi)膜擴散控制動力學模型，而鋁為離子交換反應(yīng)化學控制動力學模型這一顯著差異，進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程的增長，浸取稀土濃度出現(xiàn)峰值，而鋁浸取曲線隨著浸取進程的增長，鋁濃度不

8、變顯著。
　　 在不同浸取流速條件下，風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，浸取過程中稀土與鋁在浸取動力學分離存在差異，在一定的浸取流速條件下，浸取過程中稀土與鋁存在分離作用。
　　 通過研究風化殼淋積型稀土礦浸出液中鋁與稀土相對含量隨浸取流速變化，結(jié)果表明，在低流速時，浸出液中鋁與稀土相對含量隨浸取流速增大而減小，到一定流速時，再加快流速，浸出液中鋁與稀土相

9、對含量隨浸取流速增大而增大，浸取過程中有一最佳流速，經(jīng)優(yōu)化得到優(yōu)化流速為U=0.23mL/min，此時，稀土浸出液中含鋁最低，AI/RE=0.012，因而在浸取過程中產(chǎn)生了浸取動力學分離鋁效果。
　　 5.風化殼淋積型稀土礦貧礦浸取傳質(zhì)過程優(yōu)化研究針對這些風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化殼淋積型稀土礦貧礦為對象，用色層理論和實驗方法探索其浸取傳質(zhì)特性，實驗不同流速條件下稀土貧礦浸取行為，用理論塔板高度評價

10、浸取傳質(zhì)效果，對浸取傳質(zhì)過程進行優(yōu)化。
　　 研究結(jié)果表明，風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)過程可用理論塔板高度變化來進行優(yōu)化，風化殼淋積型稀土礦貧礦浸取時，隨著浸取流速的增大，起初浸取理論塔板高HETP減小，但超過0.9mL/min速度后，浸取理論塔板高HETP增大，因而浸取有一個最佳流速，風化殼淋積型稀土礦貧礦浸取優(yōu)化流速為0.9mL/min。
　　 對于風化殼淋積稀土礦貧礦，不同裝礦高度條件