礦物深加工及制品是當(dāng)今國(guó)際非金屬行業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)，利用微波特性提純硅藻土礦是礦物深加工的一種新方法。本論文以硅藻土礦為研究對(duì)象，開(kāi)展“微波強(qiáng)化硅藻土礦提純機(jī)理研究”，探討微波對(duì)硅藻土礦酸浸提純反應(yīng)的影響規(guī)律。 實(shí)驗(yàn)表明硅藻土礦、硫酸溶液和水在微波作用下溫度升高。研究發(fā)現(xiàn)硅藻土礦的升溫和純金屬礦物的升溫有所不同，硅藻土礦的升溫不存在“失控現(xiàn)象”；硅藻土礦在微波場(chǎng)中的升溫過(guò)程可分為線性升溫期、對(duì)數(shù)升溫期兩個(gè)階段，可采用一元三次多項(xiàng)式來(lái)描述；水和硫酸溶液在微波場(chǎng)中的升溫行為可用一元二次多項(xiàng)式來(lái)描述。研究發(fā)現(xiàn)微波場(chǎng)中水和硫酸稀溶液的電導(dǎo)率均高于常規(guī)條件下的電導(dǎo)值，微波對(duì)水和硫酸稀溶液存在“非熱效應(yīng)”。 微波提純機(jī)理研究表明：在微波場(chǎng)中的礦粒在電磁場(chǎng)作用下其內(nèi)部形成傳導(dǎo)電流，發(fā)生電子積聚，有利于克服禁帶寬度；礦漿體系中的粒子或溶液離子在微波場(chǎng)作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)和取向極化，促進(jìn)電子的交換。同時(shí)微波能使礦粒產(chǎn)生裂紋、比表面積增加、使藥劑深入礦粒內(nèi)部、增加反應(yīng)機(jī)會(huì)，提高反應(yīng)體系液相物質(zhì)的電導(dǎo)率、提高了礦漿的溫度，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。 通過(guò)理論分析和數(shù)據(jù)處理，建立了微波和加熱作用下硅藻土礦穩(wěn)態(tài)酸浸提純的動(dòng)力學(xué)模型： 微波： 常規(guī)： 式中:T一反應(yīng)溫度，K;x一硅藻土礦鐵的浸出率，%;t一反應(yīng)時(shí)間，s;R- 摩爾氣體常數(shù)，8.314)/(mole.K)。 微波和常規(guī)加熱作用下化學(xué)控制階段的活化能分別為59.OSKJ/mol和 28.49KJ/mol，頻率因子之比為Kl。/K常0=77049.24;混合控制階段的活化能 分別為In.09 kJ/mol和64.63 kJ/mol。微波場(chǎng)作用雖然使化學(xué)反應(yīng)的活 化能升高，但是使頻率因子大大增加，施加的微波場(chǎng)從抑制和促進(jìn)反應(yīng)兩方面 影響反應(yīng)體系，最終增大了化學(xué)反應(yīng)速率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微波作用下硅藻土礦 穩(wěn)態(tài)酸浸速率是常規(guī)作用的3一10倍。 結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，開(kāi)展了微波非等溫浸出過(guò)程研究，建立了硅藻土礦酸 浸提純的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)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叮偽，E，=E+aR，p。二e‘ a=一0.0033w3+1.5138w2一207.08w+11128 b二10一3一0.0047獷+0.6614貯34887 式中:n=2/3;E、E’為反應(yīng)活化能，J/mole;x為硅藻土礦鐵的浸出率， %;T為反應(yīng)體系的溫度，K;，為微波作用功率，W;A為頻率因子;p為升 溫速率:a，b為與微波功率w有關(guān)的溫度常數(shù)。 研究發(fā)現(xiàn)在不同微波功率的作用下，反應(yīng)體系的升溫速率是時(shí)間的函數(shù)， 升溫速率與溫度呈非線性關(guān)系;發(fā)現(xiàn)微波對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響是非線性關(guān)系，微 波作用可以改變反應(yīng)的活化能和頻率因子，隨著微波功率的增加，反應(yīng)的活化 能和頻率因子降低，降到一定程度后，反應(yīng)的活化能和頻率因子升高。 研究提出了硅藻土微波提純新工藝，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了硅藻土微波酸浸提純 工藝的較佳工藝條件:硫酸濃度飛既，浸出時(shí)間45分，微波功率26湃，這為 微波技術(shù)在礦物工程、冶金工程領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ). 關(guān)鍵詞:微波;非金屬礦;硅藻土;提純;反應(yīng);工藝;動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位單位】：四川大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2003
【中圖分類(lèi)】：TD985
【部分圖文】：

硫酸溶解硅藻土礦中的鐵質(zhì)礦物為液一固相非催化反應(yīng)，在微波場(chǎng)作用下硫酸溶解硅藻土礦的鐵質(zhì)礦物為液一固相非催化電磁場(chǎng)反應(yīng)。Fe一HZO系的電位一pH圖見(jiàn)圖5一3t，28·’3OJ。由圖5一3(假設(shè)各種鐵離子在298K時(shí)的活度為1)可知，在浸出過(guò)程中，為避免Fe(OH)3的形成，應(yīng)控制HP<1.6。圖5一3Fe一H20系電位~pH圖

5微波強(qiáng)化硅藻土酸浸提純作用機(jī)理分析圖5一1751一7掃描圖像(X2500)圖5一1851一7掃描圖像(x4000)由圖5一5一圖5一18可以看出:(1)常規(guī)酸處理使硅藻土礦的表面比未處理的表面清晰，孔徑較為明顯;(2)微波作用后的硅藻土礦石表面出現(xiàn)碎裂、產(chǎn)生了裂紋;(3)微波作用后的硅藻土礦(包括微波處理、微波處理后再酸處理及微波酸處理三種情況)表面比未用微波處理的表面更加清晰，孔徑更加明顯。5.4.ZX一射線衍射和紅外分析采用不同條件處理的硅藻土的X一射線衍射圖見(jiàn)圖5一19一圖5一22，采用不同條件處理的硅藻土的紅外光譜圖見(jiàn)圖5一23一圖5一26。份圖5一1951一ZX一射線衍射圖
【引證文獻(xiàn)】

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1 陳勤芹;微波場(chǎng)對(duì)晶體礦物質(zhì)表面性能的影響[D];四川大學(xué);2007年

2 祝麗麗;微波和磁場(chǎng)強(qiáng)化細(xì)菌浸出低品位黃銅礦的研究[D];成都理工大學(xué);2008年

3 王翠玲;微波制備納米TiO_2/海泡石復(fù)合材料及其光催化性能研究[D];西華大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2840093