一種符合收縮核模型的柱浸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于液固反應(yīng)體系礦物浸出動力學(xué)領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種符合收縮核模型的柱浸方法。
【背景技術(shù)】
[0002]收縮核模型是冶金過程中液(氣)/固反應(yīng)動力學(xué)的基礎(chǔ)，利用收縮核模型求解動力學(xué)參數(shù)是最為實用的方法之一，因而在研究液(氣)/固反應(yīng)動力學(xué)過程中廣泛使用。對于致密固體反應(yīng)物，化學(xué)反應(yīng)由固體表面向內(nèi)逐漸進(jìn)行，反應(yīng)物和產(chǎn)物間有明顯界限，隨反應(yīng)進(jìn)行，產(chǎn)物層厚度逐漸增加而固體反應(yīng)物核心逐漸縮小，直到最后消失，這就是“收縮核模型”。堆浸是工業(yè)上常見的浸出方式，在銅、金和鈾等的礦物浸出中均有廣泛應(yīng)用。礦堆是一個復(fù)雜的非均相系統(tǒng)，堆內(nèi)的反應(yīng)條件往往隨位置不同而呈現(xiàn)較大差異，堆頂和堆底的浸出條件差異可能更大，物理、化學(xué)、生物等因素均會影響礦堆的浸出效率。現(xiàn)有資料報道的礦物浸出動力學(xué)通常采用攪拌浸出的方式，利用收縮核模型擬合求解關(guān)鍵動力學(xué)參數(shù)。收縮核模型要求均一穩(wěn)定的反應(yīng)條件，通常攪拌浸出的化學(xué)條件較為均一，很容易滿足收縮核模型的要求，但與與工業(yè)實際相差較遠(yuǎn)，不能真實的模擬工業(yè)堆浸。柱浸是一種常用的、模擬堆浸實際的實驗室方法，浸出柱通常根據(jù)不同的礦石粒度而采用不同的尺寸，有時為了模擬工業(yè)上高達(dá)幾十米的礦石層，還可采用多個浸出柱串聯(lián)操作。柱浸試驗因與工業(yè)操作條件相近，故可獲得目的礦物的浸出率及浸出速率，pH值及Eh變化等可靠數(shù)據(jù)，為工業(yè)實踐提供參考。
[0003]現(xiàn)有資料鮮有報道柱浸條件下利用收縮核模型研究礦物浸出的動力學(xué)，通常浸出柱內(nèi)的化學(xué)條件不均一，頂部和底部的反應(yīng)條件差別更大，很難滿足收縮核模型中關(guān)于均一穩(wěn)定反應(yīng)條件的要求。即使?jié)M足也往往需要很長時間，故很難被利用求解關(guān)鍵動力學(xué)參數(shù)。針對以上方法的不足，亟需開發(fā)一種新的柱浸方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于,提供一種符合收縮核模型的柱浸方法，該方法既能模擬工業(yè)堆浸，又能較快速的滿足收縮核模型，可利用其求解有關(guān)礦物浸出的關(guān)鍵動力學(xué)參數(shù)。
[0005]為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種符合收縮核模型的柱浸方法，所述方法包括以下步驟:
[0007]1)利用恒溫恒電位柱浸裝置，先將上層填料層和下層填料層分別采用PVC殼盛裝，中間礦層和中間填料層盛裝于同一個PVC殼中，再按照上層填料層、中間礦層、中間填料層和下層填料層依次填充于浸礦柱體中；
[0008]2)噴淋液噴淋上層填料層，經(jīng)過上層填料的均勻再分布后，與中間礦層接觸反應(yīng)，反應(yīng)后經(jīng)過中間填料層和下層填料層后流入集液瓶中，集液瓶中的恒溫、恒電位和恒pH值的溶液經(jīng)循環(huán)泵再次作為噴淋液從頂部噴淋頭中噴淋上層填料層；
[0009]所述步驟1)中PVC殼內(nèi)徑為4?6cm，中間礦層中純礦物加入量為1?2g ;
[0010]所述步驟2)中純礦物加入量與噴淋液的用量比為1:100?1:300，噴淋液濃度為5?20g/L，噴淋速率為3?10mL/min。
[0011]優(yōu)選地，所述中間礦層高度< 0.5cm，中間礦層和中間填料層總高度在0.8?1.5cm。本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以根據(jù)需要選擇其他數(shù)值。
[0012]優(yōu)選地，所述上層填料層和下層填料層的高度均為3?7cm。本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以根據(jù)需要選擇其他數(shù)值。
[0013]優(yōu)選地，所述上層填料層、中間填料層和下層填料層中的填料為玻璃珠或石英砂。本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以根據(jù)需要選擇其他的惰性填料。
[0014]本發(fā)明中，通過氧化還原電位在線監(jiān)控裝置和雙氧水控制噴淋液的氧化還原電位，控制氧化還原電位波動范圍為±10mV。
[0015]本發(fā)明中，通過pH計間歇測量集液瓶中溶液的pH，并通過酸堿溶液調(diào)節(jié)pH使其波動范圍控制為±0.05。
[0016]本發(fā)明中，通過水浴加熱夾套層保持浸出柱內(nèi)的溫度恒定，通過油浴加熱保持集液瓶中溶液的溫度恒定。
[0017]本發(fā)明中，所述集液瓶中的溫度維持在30?60°C。
[0018]本發(fā)明中，所述PVC殼的篩板9上設(shè)置若干個圓形篩孔8。
[0019]本發(fā)明的柱浸方法能夠顯著減少噴淋液在礦層中分布的濃度差，滿足收縮核模型的要求，收縮核模型的驗證方法如下:
[0020]1)每隔1?12h在集液瓶中進(jìn)行取樣，用ICP-OES測定浸出液中金屬離子Mn+濃度，按照下式計算出Μ的浸出率X:
[0021 ] X = C*V/(G*a)*100% ；
[0022]其中，C為Mn+濃度，單位為g/L ；V為溶液體積，單位為L ；G為浸礦柱中純礦物加入量，單位為g ；a為純礦物品位；
[0023]2)以時間t為橫坐標(biāo)，分別以收縮核模型中的反應(yīng)控制、內(nèi)擴(kuò)散控制、混合控制的動力學(xué)方程為縱坐標(biāo)作圖，利用數(shù)據(jù)擬合軟件對得到的散點圖進(jìn)行線性擬合，比較擬合得到的直線，線性相關(guān)系數(shù)R2最高且>0.98且經(jīng)過原點的直線擬合效果最好。
[0024]其中，收縮核模型中的反應(yīng)控制、內(nèi)擴(kuò)散控制、混合控制的動力學(xué)方程分別為l-(l-X)1/3、3-2X-3(l-X)2/3、l-(l-X)1/3+B[3-2X-3(l-X)2/3]，B = Kc/Kp，為無量綱常數(shù)。Kc 為化學(xué)速率常數(shù)，單位為min \ Kp為擴(kuò)散速率常數(shù)，單位為min \
[0025]本發(fā)明采用浸礦柱體的“四層結(jié)構(gòu)”，將浸礦柱體分為上層填料層、中間礦層、中間填料層和下層填料層。其中上層填料層和下層填料層裝盛滲透性好的惰性填料；中間填料層可裝填石英砂，中間礦層裝填粒度小且粒級窄的純礦物，并與石英砂混合。
[0026]本發(fā)明采用大的噴淋速率，利于噴淋液在上層填料層中分布均勻，噴淋液中的液相反應(yīng)劑濃度高，保證反應(yīng)過程中反應(yīng)劑大大過量，其濃度可視為不變，滿足了收縮核模型中對于液相反應(yīng)劑濃度恒定的要求；上層填料層能對噴淋頭中淋濾下來的溶液進(jìn)行均勻再分布，保證與中間礦層接觸的溶液的化學(xué)條件均一；中間礦層使用純礦物與石英混合，高度小，通過控制噴淋速率，反應(yīng)劑濃度及中間礦層的高度來減小反應(yīng)劑在中間礦層內(nèi)的濃度差；所使用的純礦物粒度小，粒級窄，滿足了收縮核模型中對于固體反應(yīng)物粒徑的要求；中間填料層能有效阻止由于大的噴淋速率造成的礦物流失，下層填料層能進(jìn)一步阻止礦物流失。上下兩層均采用滲透性好的惰性填料，顯著減少了填料中溶液的吸附量，有助于更準(zhǔn)確計算目的礦物的浸出率；使用PVC殼裝盛，便于礦物與填料層的分離和礦物浸渣的分析。
[0027]本發(fā)明通過利用恒溫恒電位的裝置，循環(huán)體系中的溶液保持了均一穩(wěn)定的化學(xué)條件，浸出柱的“四層結(jié)構(gòu)”能夠較好的滿足收縮核模型的要求。通過該方法，既模擬了工業(yè)堆浸，又能利用收縮核模型求解影響純礦物浸出的關(guān)鍵動力學(xué)因素，為工業(yè)實踐提供參考。
[0028]本發(fā)明處理對象為純礦物，通過“四層設(shè)計”及對反應(yīng)條件(噴淋速率，噴淋液濃度)的控制可以較快、較好的滿足收縮核模型的要求。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明中恒溫恒電位柱浸裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明中浸礦柱的裝填結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖3為本發(fā)明中PVC殼俯視圖；
[0032]圖4為實施例1中收縮核模型的反應(yīng)控制擬合圖；
[0033]圖5為實施例1中收縮核模型的內(nèi)擴(kuò)散控制擬合圖；
[0034]圖6為實施例1中收縮核模型的混合控制擬合圖；
[0035]圖7為實施例2中收縮核模型的反應(yīng)控制擬合圖；
[0036]圖8為實施例2中收縮核模型的內(nèi)擴(kuò)散控制擬合圖；
[0037]圖9為實施例2中收縮核模型的混合控制擬合圖；
[0038]圖10為實施例3中收縮核模型的反應(yīng)控制擬合圖；
[0039]圖11為實施例3中收縮核模型的內(nèi)擴(kuò)散控制擬合圖；
[0040]圖12為實施例3中收縮核模型的混合控制擬合圖；
[0041]圖13為實施例4中Arrhenius方程擬合圖；
[0042]附圖標(biāo)記:1、上層填料；2、中間礦層；3、中間填料；4、下層填料；5、噴淋頭；6、支座；7、PVC殼；8、篩孔；9、篩板；10、循環(huán)水進(jìn)水管；11、循環(huán)水出水管；12、夾套；13、磁力攪拌子；14、集液式磁力攪拌器；15、集液瓶出液口 ；16、循環(huán)泵；17、0RP電極；18、0RP控制器；19、電位控制液儲存瓶；20、加藥蠕動泵；21、浸出液排液口 ；22、恒溫水浴槽；23、集液瓶。
【具體實施方式】
[0043]下面以附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0044]如圖1所示，本發(fā)明所采用的恒溫恒電位柱浸裝置，所述裝置包括浸礦柱和恒電位系統(tǒng)；
[0045]所述浸礦柱頂部設(shè)置噴淋頭5，并在柱上設(shè)置夾套12，夾套12上設(shè)置循環(huán)水進(jìn)水管10和循環(huán)水出水管11，循環(huán)水進(jìn)水管10和循環(huán)水出水管11分別與恒溫水浴槽22相連；
[0046]所述浸礦柱底部的浸出液排液口 21與集液瓶23的瓶口相連通，集液瓶23內(nèi)置磁力攪拌子13，并放置于集液式磁力攪拌器14上；
[0047]所述恒電位系統(tǒng)包括0RP電極17、0RP控制器18、加藥蠕動泵20和電位控制液儲存瓶19 ；0RP控制器18的信號輸入端與0RP電極17相連，0RP控制器18的信號輸出端與加藥蠕動泵20相連，所述電位控制液儲存瓶19經(jīng)加藥蠕動泵后向集液瓶中輸送電位控制液；
[0048]集液瓶23中的集液瓶出液口 15經(jīng)循環(huán)泵16后與柱浸柱頂端的噴淋頭5相連通。
[0049]如圖2和圖3所示，本發(fā)明利用恒溫恒電位柱浸裝置，先將上層填料層1和下