浸出过程的强化措施

1、3.4 3.4 浸出过程的强化措施浸出过程的强化措施 提高浸出速度，则在一定的浸出时间内能保证得到提高浸出速度，则在一定的浸出时间内能保证得到更高的浸出率，或在保证一定的浸出率的情况下，更高的浸出率，或在保证一定的浸出率的情况下，能缩短浸出时间，提高设备生产能力或减少浸出剂能缩短浸出时间，提高设备生产能力或减少浸出剂的用量。的用量。 为强化浸出过程为强化浸出过程，其主要途径之一，其主要途径之一是找出过程的控是找出过程的控制步骤制步骤，针对其控制步骤，针对其控制步骤，采取适当的措施采取适当的措施， 例如：例如： 当过程属化学反应控制的当过程属化学反应控制的，就适当提高温度和浸出就适当提高温度和浸

2、出剂的浓度，减小矿粒的粒度剂的浓度，减小矿粒的粒度； 若属外扩散控制，则除减小粒度外，还应若属外扩散控制，则除减小粒度外，还应加强搅拌；加强搅拌； 以上基本措施在一定条件下都可取得一定效果，但都有一定限度，且都可能带来一定的副作用。 例如：浸出温度超过溶液的沸点以后，则应在密闭设备内在高压下进行，这给设备的设计加工以及安全操作带来困难；增加浸出剂的浓度往往带来浸出剂用量增加，而且过剩的浸出剂在排放前还要处理。增加搅拌速度不仅带来能耗的增加，而且搅拌速度达到一定程度之后，不能取得进一步的效果，特别是内扩散控制时；将原矿细磨以减小粒度，不仅增加能耗，而且还受现有磨矿设备和技术的限制，此外还可能给过

3、滤过程带来困难。 3.4.1 3.4.1 矿物原料的机械活化矿物原料的机械活化 在机械力的作用下使矿物晶体内部产生各种缺陷，在机械力的作用下使矿物晶体内部产生各种缺陷，使之处于不稳定的能位较高的状态，相应地增大其使之处于不稳定的能位较高的状态，相应地增大其化学反应的活性。化学反应的活性。通过机械活化，矿物的浸出速度通过机械活化，矿物的浸出速度和浸出率都有大幅度提高，反应的表观活化能明显和浸出率都有大幅度提高，反应的表观活化能明显降低。降低。 机械活化过程使矿物原料的浸出速度提高：机械活化过程使矿物原料的浸出速度提高：磨矿过磨矿过程使矿物的粒度变细，比表积增加，晶体内部结构程使矿物的粒度变细，比

4、表积增加，晶体内部结构发生变化。也会使产物的固体膜脱离。发生变化。也会使产物的固体膜脱离。在机械活化在机械活化过程中，机械力将对物质产生一系列作用，首先在过程中，机械力将对物质产生一系列作用，首先在物质表面研磨介质将对物料产生强烈的摩擦和冲击物质表面研磨介质将对物料产生强烈的摩擦和冲击作用，同时在物质内部可能产生塑性变形或断裂。作用，同时在物质内部可能产生塑性变形或断裂。 表面冲击和摩擦，局部高温及断裂热冲击，使晶体内部发生变化，主要有： （1）晶格中应力增加、能量增加。它一方面表现在矿物活化后，其浸出反应的表观活化能降低。 （2）晶格中缺陷(如位错、空位等)增加，晶格变形，且出现非晶顷向。

5、（3）对某些矿物，机械活化还可能导致产生化学成分上的改变。影响影响机械活化效果的机械活化效果的因素因素主要有：主要有： 磨机类型：磨机类型：各种磨机在磨矿过程中对物料都有一定的活化作用。各种磨机在磨矿过程中对物料都有一定的活化作用。一般认为，靠一般认为，靠离心力作用的行星式离心磨机效果好，靠重力做功离心力作用的行星式离心磨机效果好，靠重力做功的普通滚筒式球磨机效果最差。的普通滚筒式球磨机效果最差。 活化时间：活化时间：一般来说，活化时间延长则活化效果增加。但有的时一般来说，活化时间延长则活化效果增加。但有的时间过长，浸出率有降低现象。间过长，浸出率有降低现象。 活化介质活化介质 ：湿式活化时，

6、矿浆对球的缓冲作用使矿粒的活化效湿式活化时，矿浆对球的缓冲作用使矿粒的活化效果变差，但湿式磨矿的细磨效果一般比干式磨矿好果变差，但湿式磨矿的细磨效果一般比干式磨矿好。 活化温度：活化温度：一般，在高温活化的同时存在去活化过程，故高温活一般，在高温活化的同时存在去活化过程，故高温活化效果较低温差。化效果较低温差。 矿石的类型：矿石的类型：脆性矿，活化时能量主要消耗于矿粒的细化、表面脆性矿，活化时能量主要消耗于矿粒的细化、表面能的增加、嵌镶块尺寸的减小；难磨矿其能量主要消耗于晶格的能的增加、嵌镶块尺寸的减小；难磨矿其能量主要消耗于晶格的变形及产生各种缺陷。变形及产生各种缺陷。图38钛原料的活化时间

7、与分解率的关系1未活化；2、3、4、5活化时间分别是10、30、60、90min。分解条件： H2SO4的质量分数89，温度200。(据T.A 普利亚辛娜) 但P巴拉兹在研究闪锌矿活化时，发现时间过长浸出率有降低现象，许多学者的研究亦有类似情况如图3-9，其原因有待进一步研究。活化时间：10 min；27.5 min；315min； 460 min ；5150 min；6240 min节里克曼在不同介质中将黑钨矿进行活化后，其x衍射线对比，如图310所示。 1未活化；2干式活化；3湿式活化 图311 黑钨铂矿用质量分数为20H2SO4溶液浸出效果 l、2、3、4未活化；5、6、7、8在行式离心

8、球磨机中干式活化15分钟；9、10、11、12一湿式活化。干式活化后，浸出率比湿式活化的高 图312用Na2CO3浸出钨锰矿的效果含钨锰矿中WO3，MnO、FeO、SiO2 的质量分数分别为 62.31%，15.53%，7.78%，2.5%1未活化；2干式活化15min；3湿式活化15min；节里克曼在225下用Na2CO3浸出钨锰矿的效果，如图312所示。从图可看出，湿式活化的效果超过干式活化 综上所述：机械活化技术能大幅度提高浸出速度。实现浸出过程的强化，应当指山，它不仅是强化现有浸出过程的手段，而且是开发新的浸出方法的重要手段。某些热力学上可能而仅由于反应速度的限制却被人们认为不可能实现

9、的过程，采用机械活化技术后，可能成为现实。 由于经济和技术上的原因，机械活化技术的工业应用应首先着眼于那些规模较小而产值较高的稀有金属冶金领域和贵金属冶金领域，近年来我们将该技术用于钼矿物原料碱分解，配合对体系的热力学研究，进行工艺参数的调整，以创造必要的热力学条件。开发了机械活化碱分解工艺，使过去国内外专家普遍认为白钨矿不能被NaOH分解的看法得到纠正。 本工艺已成为处理各种钨矿物原料(含白钨精矿和低品位黑白钨混合中矿)的通用工艺，已在国内钨冶金工厂广泛采用。现在本工艺亦横向推广到独居石和氟碳铈矿的碱分解获得明显效果。因此可以预见机械活化技术在稀有金属领域中有着广泛的工业应用前景，随着技术的

10、发展和经验的积累，亦有可能推广到其他有色金属冶金领域。 在工艺上，机械活化浸出的实施：在工艺上，机械活化浸出的实施：1）机械活化过程与浸出过程分开，即先在活化设备）机械活化过程与浸出过程分开，即先在活化设备内进行干式活化，然后再转入浸出槽进行浸出；内进行干式活化，然后再转入浸出槽进行浸出；2）机械活化与浸出结合在同一磨机中进行。）机械活化与浸出结合在同一磨机中进行。活化活化效果效果：u 湿式活化效果比干式差；湿式活化效果比干式差；u在在活化活化时时浸出浸出剂剂同时存在同时存在，可充分利用矿与球互，可充分利用矿与球互相冲击时瞬间高温、高能量的机遇进行反应。相冲击时瞬间高温、高能量的机遇进行反应。

11、 机械活化过程与浸出过程分开机械活化过程与浸出过程分开 优点：是干式活化，效果好，同时活化设备没有必要控制一定的反应温度，也没有浸出剂的腐蚀。因此易于设计和加工。其不足之处：是流程长、粉状物料转运繁琐，同时已活化料的转运过程中难免有自动退火过程使活化效果降低。 将机械活化与浸出结合在同一设备进行的 优点：是工艺过程简单， 缺点：其设备既要满足活化过程的要求，又要满足浸出过程要求(如加热、防腐等)，因此复杂难以设计加工。 至于其活化效果，一方面湿式活化效果比干式差，另一方面由于在活化时浸出剂同时存在，可充分利用矿与球互相冲击瞬间高温、高能量的机遇进行反应。因此最终体现在浸出方面的效果还有待于进步

12、研究。总的说来，当设备的耐腐材料不难解决时，将活化与浸出过程结合可能有其一定的优越性。 工业规模下的活化设备，行星式离心磨的活化效果虽好，但在大型化方面难度较大，如果要求将活化与浸出在一起进行，则更困难；振动磨是可供选择的较好的方案，同时作为磨矿设备，它已经工业化、适当的的进行改造就能适应浸出方面的要求。 3.4.2 超声波活化 早在20世纪50年代，人们就发现超声波能强化浸出过程。60年代中期，哈夫斯基等开始研究用超声波强化白钨矿的苏打浸出过程，发现能使浸出率成倍提高。 别尔希茨基等在研究白钨矿的硝酸分解过程时，证明由于超声波破坏了矿粒表面的H2WO4膜，从而使过程由固膜扩散控制过渡到化学反

13、应控制。在90一95，HNO3过量50，硝酸的质量分数为30的条件下，经过1小时，分解率达99。 什马列依等在工业条件下研究表明：在HNO3分解白钨精矿时，当不用超声波活化，在90，HNO3用量为理论量的360的条件下分解4小时。分解率仅93；用起声波活化时，在80，HNO3用量为理论量的150的条件下，分解1.5小时，分解率达99.4。 我国彭少方等在研究白钨精矿盐酸分解时，发现当温度为40，初始盐酸浓度为2mol/L，分解时间为2小时。无超声波作用时，分解率32.7；有超声波作用时，分解率达98.8。并且使白钨矿与盐酸反应的表观活化能由83.05kJ/mol降为13.72kJ/mol。 超

14、声波活化超声波活化 超声波能强化浸出过程的机理。超声波能强化浸出过程的机理。 1）力学作用，）力学作用，使水相具有湍流的水力学特征，外扩散阻使水相具有湍流的水力学特征，外扩散阻力大幅度降低，大幅度加速了固体表面以及其裂纹中的传力大幅度降低，大幅度加速了固体表面以及其裂纹中的传质过程；使气体反应剂分散同时乳化；与此同时对反应的质过程；使气体反应剂分散同时乳化；与此同时对反应的固体生成物膜产生剥离作用，清洗了反应表面，对固体颗固体生成物膜产生剥离作用，清洗了反应表面，对固体颗粒产生粉碎作用，产生裂纹和孔隙，已经发现在超声波作粒产生粉碎作用，产生裂纹和孔隙，已经发现在超声波作用下，被浸出矿粒表面是凹

15、凸不平的；用下，被浸出矿粒表面是凹凸不平的； 2）在氧化还原反应中也不能排除超声波的在氧化还原反应中也不能排除超声波的化学作用化学作用，在，在空腔效应中，亦可能使水分解为活性基。这些活性基将直空腔效应中，亦可能使水分解为活性基。这些活性基将直接参与氧化还原过程，导致过程的强化。接参与氧化还原过程，导致过程的强化。 3.4.3 热活化热活化 将矿物原料预加热到高温，然后急冷，常能提高其与浸出将矿物原料预加热到高温，然后急冷，常能提高其与浸出剂反应的活性，强化其反应速度。热活化的原因主要是由剂反应的活性，强化其反应速度。热活化的原因主要是由于于相变及物料本身的急冷急热而在晶格中产生热应力和缺相变及

16、物料本身的急冷急热而在晶格中产生热应力和缺陷，同时在颗粒中产生裂纹。陷，同时在颗粒中产生裂纹。 3.4.4 辐射线活化辐射线活化 在一定的辐射线照射下，使矿物原料在在一定的辐射线照射下，使矿物原料在晶格体中产生各种晶格体中产生各种缺陷，同时也可能使水溶液中某些分子离解为活性较强的缺陷，同时也可能使水溶液中某些分子离解为活性较强的原于团或离子团，从而加速化学反应原于团或离子团，从而加速化学反应。在辐射线中最强的。在辐射线中最强的为为射线。射线。 射线通过物质时，其一部分能量被吸收，所吸收的能量中约50消耗于使物质的分子或原于处于激活状态，约50消耗于使原子离子化。这些使物质的化学反应活性增加，往

17、往能使浸出过程加速。3.4.5 催化剂在浸出过程中的应用催化剂在浸出过程中的应用 当浸出过程受化学反应控制时，在某些情况下加当浸出过程受化学反应控制时，在某些情况下加入催化剂能强化浸出过程。入催化剂能强化浸出过程。 对氧化还原反应的浸出过程而言，许多金属离子对氧化还原反应的浸出过程而言，许多金属离子(特别是变价金属特别是变价金属)都有一定的催化作用。这些催化都有一定的催化作用。这些催化作用可以强化冶金反应。作用可以强化冶金反应。 至于催化的机理，目前研究不够充分，不同学者至于催化的机理，目前研究不够充分，不同学者有不同看法，同时对不同的矿物原料亦不尽相同，有不同看法，同时对不同的矿物原料亦不尽相同，有待进一步研究。有待进一步研究。 总之，矿物原料的活化和催化剂的应用，为浸出总之，矿物原料的活化和催化剂的应用，为浸出过程的强化显示了良好的前景，预计它将为提高过程的强化显示了良