第9期 何东升等：石煤钠化焙烧料酸浸动力学 .979. 100 出时间.将图4中数据代入式(4)，以1一(1一)/3 对浸出时间t作图，得图5.由图5可以看出，1一 80 (1一)/和t呈直线关系，表明浸出反应服从化学 60 反应控制动力学方程， 100 宽40 80 20 860 200 400 600800 1000 搅拌速度rmin) 完40 量-60℃ 母-70℃ ▲80℃ 图2搅拌速度与浸出率的关系，H2S04初始浓度4malL-1,浸 20 95℃ 出温度60℃，液固比3：1，浸出时间6h Fig.2 Relationship between stirring speed and leaching rate 4 68101214 浸出时间h 100 图4不同浸出温度下浸出动力学曲线.HS0:初始浓度4mol· 80 L-,液固比3+1，搅拌速度600rmin-1 Fig.4 Leaching kinetics curves at different leaching temperatures °60 1.0 必40 ■60℃ 层70℃ 0.8 ▲80℃ 0 "95℃ 40 60 80 100 浸出温度/℃ 02 图3浸出温度与浸出率的关系.Hs0,初始浓度4mlL-1,液 固比3：1，浸出时间6h,搅拌速度600rmin1 00 4681012 Fig.3 Relationship between leaching temperature and leaching rate 浸出时间h 在控制步骤不同的时候，温度的影响是不同的 图5不同温度下1一(1一)3与t的关系 在受化学反应控制时，随温度升高，反应速度急剧增 Fig-5 1-(1-)1/3 vst at different temperatures 加；在受扩散控制时，反应速度正比于扩散系数，而 2.4表观活化能计算 温度对扩散系数的影响远不及对化学反应速度的影 在判断浸出反应受何种步骤控制时，表观反应 响，因而在受扩散控制时，温度对浸出率的影响没有 在受化学反应控制时显著10.因此，由图3可大致 活化能的大小是判断浸出反应控制步骤的重要依 据.扩散控制时，表观活化能一般小于12kJ· 推断浸出反应为化学反应控制， mol厂；化学反应控制时，表观活化能一般大于 2.3浸出动力学方程式 42 kJ .mol1:混合控制时，表观活化能介于二者之 浸出过程属固一液多相反应过程，浸出反应发 间10. 生在两相的界面上，其控制步骤分为三种类型，即扩 根据Arrhenius公式： 散控制、化学反应控制和混合控制，依据前面对浸 K=Aexp(-E/RT) (5) 出反应特征的分析，可大致判断石煤浸出过程为化 式中，A为频率因子，E为表观活化能，R为气体常 学反应控制，为进一步进行确认，将图4中实验数 数，T为热力学温度.式(5)可变形为： 据代入到化学反应控制的动力学方程式进行计 算， lok-Rf+8 (6) 1-(1-)/3=Kc (4) 由图5可求得各浸出温度下的表观化学反应常 式中，K为表观反应速度常数，7为浸出率，t为浸 数，将数据代入到式(6)，以lnK对1/T作图，得图2 搅拌速度与浸出率的关系．H2SO4 初始浓度4mol·L －1‚浸 出温度60℃‚液固比3∶1‚浸出时间6h Fig．2 Relationship between stirring speed and leaching rate 图3 浸出温度与浸出率的关系．H2SO4 初始浓度4mol·L －1‚液 固比3∶1‚浸出时间6h‚搅拌速度600r·min －1 Fig．3 Relationship between leaching temperature and leaching rate 在控制步骤不同的时候‚温度的影响是不同的． 在受化学反应控制时‚随温度升高‚反应速度急剧增 加；在受扩散控制时‚反应速度正比于扩散系数‚而 温度对扩散系数的影响远不及对化学反应速度的影 响‚因而在受扩散控制时‚温度对浸出率的影响没有 在受化学反应控制时显著［10］．因此‚由图3可大致 推断浸出反应为化学反应控制． 2∙3 浸出动力学方程式 浸出过程属固－液多相反应过程‚浸出反应发 生在两相的界面上‚其控制步骤分为三种类型‚即扩 散控制、化学反应控制和混合控制．依据前面对浸 出反应特征的分析‚可大致判断石煤浸出过程为化 学反应控制．为进一步进行确认‚将图4中实验数 据代入到化学反应控制的动力学方程式进行计 算［11］： 1－（1－η） 1／3＝ Kt （4） 式中‚K 为表观反应速度常数‚η为浸出率‚t 为浸 出时间．将图4中数据代入式（4）‚以1－（1－η） 1／3 对浸出时间 t 作图‚得图5．由图5可以看出‚1－ （1－η） 1／3和 t 呈直线关系‚表明浸出反应服从化学 反应控制动力学方程． 图4 不同浸出温度下浸出动力学曲线．H2SO4 初始浓度4mol· L －1‚液固比3∶1‚搅拌速度600r·min －1 Fig．4 Leaching kinetics curves at different leaching temperatures 图5 不同温度下1－（1－η） 1／3与 t 的关系 Fig．5 1－（1－η） 1／3vs t at different temperatures 2∙4 表观活化能计算 在判断浸出反应受何种步骤控制时‚表观反应 活化能的大小是判断浸出反应控制步骤的重要依 据．扩 散 控 制 时‚表 观 活 化 能 一 般 小 于 12kJ· mol －1 ；化学反应控 制 时‚表 观 活 化 能 一 般 大 于 42kJ·mol －1 ；混合控制时‚表观活化能介于二者之 间［10］． 根据 Arrhenius 公式： K＝ Aexp（－ E／RT） （5） 式中‚A 为频率因子‚E 为表观活化能‚R 为气体常 数‚T 为热力学温度．式（5）可变形为： ln K＝ － E RT ＋B （6） 由图5可求得各浸出温度下的表观化学反应常 数‚将数据代入到式（6）‚以 ln K 对1／T 作图‚得 第9期 何东升等： 石煤钠化焙烧料酸浸动力学 ·979·