中南大学冶金原理第13章

1、图13-1 气(液)固反应模型示意图图13-2 自动催化反应的速度变化曲线和示意图1011SCCDv1101DCCvS2222SSCCDdrdCDv222DCCvSS)(3SDSCkCkvkCkkCvSDS1)/()(32)()(24)(SDSDDCCDv2)()(24SDSDCCDvkkDkkCCvSDSD22)()(4)/()(1)()(15)(ODSDDCCDv1)()(15ODSDCCDvkkDkkCCvODSD11)()(5)/()(1101DCCvS222DCCvSSkCkkCvSDS1)/()(3kkDkkCCvSDSD22)()(4)/()(kkDkkCCvODSD11)()(

2、5)/()(（式13-1）（式13-2）（式13-3）（式13-4）（式13-5）054321vvvvvv11222211)(001)/(DDkkkDDkkCCvODrhgfedcba.rhfdbgeca.kDDCv1221100kDDD1,1122111101100/DCDCv22111,1DkDk0001CkkCv图13-3 搅拌对锌在酸中溶解的影响图13-4 硅片在氯-氩混合气体中的氯化图13-5 铁片在氯-氩混合气体中的氯化图13-6 807C时氯分压对反应 2C + O2 = 2CO 的影响图13-7 金属片在氯-氩混合气体中的氯化（双对数图）图13-8 氟分压对反应 Si + 2F

3、2 = SiF4 的影响图13-9 硫酸浓度对CuO溶解速度的影响3、反应剂浓度对表观反应级数的影响、反应剂浓度对表观反应级数的影响 固/液表面的上的反应速率通式：（式13-7）k反应速度常数；S反应固体的面积；Cs界面上的液相反应剂（浸出剂）浓度；n对Cs的反应级数。 Cs的估算Langmuir方程：（式13-8） =Cs /Csm（式13-9）被浸出剂占据的表面面积的分数；K吸附反应的平衡常数；C溶液中浸出剂的浓度；Csm界面上浸出剂的最大浓度。nskSCV KCKC1nCKCCKSkV1smnnnCCkSKV)(sm0smsm)(CkSCkSCVnn图13-10 Na2CO3浓度对CaW

4、O4分解表观速率常数的影响图13-11 硅氯化反应的Arrhenius图图13-12 钽氯化反应的Arrhenius图图13-13 碳对CuFeS2浸出动力学的影响90C1 molL1 H2SO40.25 molL1 Fe2(SO4)3CuFeS2:C = 25:1图13-14 闪锌矿中固溶体铁的含量对浸出速率的影响图13-15 黄铁矿晶体中位错密度与浸出反应表观速率常数的关系图13-16 空气存在时铜片在稀硫酸溶液中的溶解图13-17 铜离子对氨性溶液中CuFeS2浸出的催化作用nCkSCr dtkCdrn 如果浸出剂大大过量，则可认为浸出过程中其浓度不变，C=C0。 积分上式： tnrrd

5、tkCdr000 得化学反应控制时的动力学方程： tkCrrn00 （式 13-16） 定义反应百分率 R： 3030330001rrrrrmmmR 3/10)1 (Rrr （式 13-17） 由式(13-16)及(13-17)得界面化学反应控制时气（液）/固相反应的动力学方程： KttrkCRn003/1)1 (1 （式 13-18） K综合速度常数。 或： 3/1)1 (1/Rttf （式 13-18） tf完全反应时间，nfkCrt00。 KtRn/1)1 (1170C0.25 M Na2CO3图13-18 粒度对白钨矿浸出的影响图13-19 温度对白钨矿浸出速度的影响图13-20 不同

6、粒度时白钨矿浸出的1(1R)1/3t关系图图13-21 不同温度时白钨矿浸出的1(1R)1/3t关系图图13-22 白钨矿浸出的速率常数与粒度倒数的关系图图13-23 白钨矿浸出的Arrhenius图图13-24 黄铁矿球团热分解的动力学曲线图13-25 MnCO3在氮气中热分解的动力学曲线 当反应受到外扩散控制时，反应剂的消耗速率为： 101101/CSDCCSDJS C0流体本体中反应物的浓度； CS颗粒表面反应物的浓度，外扩散控制时，CS=0； S 颗粒表面积； 1扩散边界层的厚度； D1反应物在扩散边界层中的扩散系数。 固体颗粒反应的速率： dtdmV 设：J /V=，则： 101CS

7、Ddtdm 1、无固体产物生成、无固体产物生成 液（气）膜与固相的界面面积 S 随着反应的进行而不断缩小，它在数值上等于未反应核的面积，则： 0011101KSCSCDCSDdtdm 此方程与化学反应控制且反应级数为 1 时的情况相同，故有： trCDR01013/1)1 (1 （式 13-20） 或： 3/1)1 (1/Rttf （式 13-20） tf完全反应时间，0101CDrtf。 正确形式为：正确形式为： 3/2)1 (1/Rttf （式 13-20） 传质系数 k D/r。 2、有固体产物生成、有固体产物生成 假设：固体产物层和未反应核一起构成的颗粒半径在反应过程中基本不变 界面面

8、积 S 可视为常数； 若浸出剂浓度不变，或浸出剂浓度非常大，则： 常数kCSDdtdm101 tmmdtkdm00 tkmm0 trCDtmkmmmR01010003 （式 13-19） 或： Rttf/ （式 13-19） tf 完全反应时间，01013CDrtf。 反应剂通过固体产物层的扩散速率为 J(J 0)： drdCDrdrdCSDJ2224 假设扩散速率 J 为常数，则： rrCCrdrDJdC00224 rrrrDJCC0020)(4 （式 13-21） 反应受固相内扩散控制时，C = 0，故： rrrrDJC0020)(4 反应剂的扩散速率： 00024CrrrrDJ （式 1

9、3-22） 固体消耗的速度： dtdrrdtdmV24 （式 13-15） 由 J /V = ，得： dtdrrCrrrrD2000244 （式 13-23） 或： drrrrrdrrrrdtCD020002)( rrtdrrrrdtCD002002 固相内扩散控制条件下液（气）/固相反应的动力学方程： 0320202316121rrrrtCD （式 13-24） 由于 3/10)1 (Rrr （式 13-17） )1 (3161)1 (2120203/22002RrrRrtCD 整理得： 3/22002)1 (3212RRtrCD （式 13-25） 或： 3/22002)1 ( 3236R

10、RtrCD （式13-25） 3/2)1 (323/RRttf)1 (2)1 ( 313/2RR02206CDrtf图13-26 CuFeS2的浸出分数与时间的关系图13-27 用内扩散控制模型处理图13-26数据所得线性关系图 固体颗粒的消耗速度： 由J = v = V，得： 或： 积分： 得：dtdrrdtdmV24)(4402002022rrkrDrCDrkrdtdrrdrDrrrrkdtCDkr2020020)(rrtdrDrrrrkdtCDkr020200020)(0222020230320023216rDDrrrrrrktrCkD 已知： (式13-17) (式13-27) 实例：800时赤铁矿球团的氢还原（图13-28）。 或： (式13-27) 当D2 k时，过程受化学反应控制： 当k D2 时，过程受固相内扩散控制：3/10)1 (Rrr3/1023/22002)1 (1)1 ( 3236RrDRRktrCkD3/13/22000)1