试析微波强化硅藻土矿提纯机理研究

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1、四川大学博士学位论文微波强化硅藻土矿提纯机理研究姓名：谷晋川申请学位级别：博士专业：化学工艺指导教师：张允湘20030928微波强化硅藻土矿提纯机理研究化学工艺专业研究生：谷晋川指导教师：张允湘教授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

2、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

3、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：t=Y。獭[1—2／3x-(1-x)2门]+9．85×10_8eS钾49,吲耵[1一(1-x)“3]Y。#=0．0061T‘-8．4667T％4431．6T2—1×10叮+9×107常规：t=Y。常[1—2／3x-(1-x)∥3]+7．59×lO-3e翘佃792／盯[1一(1-x)L／3]Y。*=1．7857T2—1475T+310123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．

4、314J／(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59．05KJ／mol和28．49KJ／mol，频率因子之比为K#。／K#。=77049．24；混合控制阶段的活化能分别为111．09kj／mol和64．63kJ／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lO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。ln[(1一

5、X)’。／(n—1)]=ln[(AB。1)·(E’／R)]一2．314-0．4567(E／RT)A=一2×10—5W3+O．0137w2_2．8785w+199．76E=O．0586w325．693w2+2854．4w+18831B=e5⋯6，E’=E+aR。Bo=e“fl=一0．0033w3+1．5138w2207．08w+l1128b=10一w30．0047w2十O．6614w一34887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：W为微波作用功率，W；A为频率因子；0为升温

6、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40％，浸出时间45分，微波功率260W，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

7、；动力学IITheStudyontheMechanisminPurificationofDiatomiteOrebyMicrowaveStrengtheningAbstract111emaintrendinmodernnon—metallicmineralindustryisdeepeningprocessingformineralsandproductionoftheseproducts．ItiSoneofnewmethodsonmineraldeepeningforusingmicrowavetechnologytopurifydiat

8、omite．Wedecidedonadoptingdiatomiteinthispaper,performing‘'thestudyonthemechanisminpurific