微波强化硅藻土矿提纯机理研究

发布时间：2020-10-14 03:13

　　 矿物深加工及制品是当今国际非金属行业发展的主要趋势，利用微波特性提纯硅藻土矿是矿物深加工的一种新方法。本论文以硅藻土矿为研究对象，开展“微波强化硅藻土矿提纯机理研究”，探讨微波对硅藻土矿酸浸提纯反应的影响规律。 实验表明硅藻土矿、硫酸溶液和水在微波作用下温度升高。研究发现硅藻土矿的升温和纯金属矿物的升温有所不同，硅藻土矿的升温不存在“失控现象”；硅藻土矿在微波场中的升温过程可分为线性升温期、对数升温期两个阶段，可采用一元三次多项式来描述；水和硫酸溶液在微波场中的升温行为可用一元二次多项式来描述。研究发现微波场中水和硫酸稀溶液的电导率均高于常规条件下的电导值，微波对水和硫酸稀溶液存在“非热效应”。 微波提纯机理研究表明：在微波场中的矿粒在电磁场作用下其内部形成传导电流，发生电子积聚，有利于克服禁带宽度；矿浆体系中的粒子或溶液离子在微波场作用下发生转动和取向极化，促进电子的交换。同时微波能使矿粒产生裂纹、比表面积增加、使药剂深入矿粒内部、增加反应机会，提高反应体系液相物质的电导率、提高了矿浆的温度，促进反应的进行。 通过理论分析和数据处理，建立了微波和加热作用下硅藻土矿稳态酸浸提纯的动力学模型： 微波： 常规： 式中:T一反应温度，K;x一硅藻土矿铁的浸出率，%;t一反应时间，s;R- 摩尔气体常数，8.314)/(mole.K)。 微波和常规加热作用下化学控制阶段的活化能分别为59.OSKJ/mol和 28.49KJ/mol，频率因子之比为Kl。/K常0=77049.24;混合控制阶段的活化能 分别为In.09 kJ/mol和64.63 kJ/mol。微波场作用虽然使化学反应的活 化能升高，但是使频率因子大大增加，施加的微波场从抑制和促进反应两方面 影响反应体系，最终增大了化学反应速率。实验结果表明微波作用下硅藻土矿 稳态酸浸速率是常规作用的3一10倍。 结合工业生产实际，开展了微波非等温浸出过程研究，建立了硅藻土矿酸 浸提纯的反应动力学模型。 In[(1一x)‘，/(n一1)1 =In[(A po-，)·(E’/R)〕一2.314一0.4567(E/RT) A二一2X10-s w3+0.0137w2一2.8785w+199.76 E== 0.0586w3一25.693w2+2854.4w+18831 p二e叮伪，E，=E+aR，p。二e‘ a=一0.0033w3+1.5138w2一207.08w+11128 b二10一3一0.0047犷+0.6614贮34887 式中:n=2/3;E、E’为反应活化能，J/mole;x为硅藻土矿铁的浸出率， %;T为反应体系的温度，K;，为微波作用功率，W;A为频率因子;p为升 温速率:a，b为与微波功率w有关的温度常数。 研究发现在不同微波功率的作用下，反应体系的升温速率是时间的函数， 升温速率与温度呈非线性关系;发现微波对化学反应的影响是非线性关系，微 波作用可以改变反应的活化能和频率因子，随着微波功率的增加，反应的活化 能和频率因子降低，降到一定程度后，反应的活化能和频率因子升高。 研究提出了硅藻土微波提纯新工艺，通过实验确定了硅藻土微波酸浸提纯 工艺的较佳工艺条件:硫酸浓度飞既，浸出时间45分，微波功率26湃，这为 微波技术在矿物工程、冶金工程领域的应用奠定了一定的基础. 关键词:微波;非金属矿;硅藻土;提纯;反应;工艺;动力学
【学位单位】：四川大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2003
【中图分类】：TD985
【部分图文】：

硫酸溶解硅藻土矿中的铁质矿物为液一固相非催化反应，在微波场作用下硫酸溶解硅藻土矿的铁质矿物为液一固相非催化电磁场反应。Fe一HZO系的电位一pH图见图5一3t，28·’3OJ。由图5一3(假设各种铁离子在298K时的活度为1)可知，在浸出过程中，为避免Fe(OH)3的形成，应控制HP<1.6。图5一3Fe一H20系电位~pH图

5微波强化硅藻土酸浸提纯作用机理分析图5一1751一7扫描图像(X2500)图5一1851一7扫描图像(x4000)由图5一5一图5一18可以看出:(1)常规酸处理使硅藻土矿的表面比未处理的表面清晰，孔径较为明显;(2)微波作用后的硅藻土矿石表面出现碎裂、产生了裂纹;(3)微波作用后的硅藻土矿(包括微波处理、微波处理后再酸处理及微波酸处理三种情况)表面比未用微波处理的表面更加清晰，孔径更加明显。5.4.ZX一射线衍射和红外分析采用不同条件处理的硅藻土的X一射线衍射图见图5一19一图5一22，采用不同条件处理的硅藻土的红外光谱图见图5一23一图5一26。份图5一1951一ZX一射线衍射图
【引证文献】

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1 陈勤芹;微波场对晶体矿物质表面性能的影响[D];四川大学;2007年

2 祝丽丽;微波和磁场强化细菌浸出低品位黄铜矿的研究[D];成都理工大学;2008年

3 王翠玲;微波制备纳米TiO_2/海泡石复合材料及其光催化性能研究[D];西华大学;2008年

本文编号：2840093