超聲波對(duì)浸出過(guò)程的影響

收穡日期：2⑴0 1概述超聲波作用于物質(zhì)和不同的物理化學(xué)過(guò)程的有效性是由聲振動(dòng)本性所決定的，這種振動(dòng)的傳播是波動(dòng)過(guò)程，其速度，更準(zhǔn)確的說(shuō)是被聲波照射的介質(zhì)波動(dòng)狀態(tài)的傳播速度為：104~108Hz除了振動(dòng)頻率和振幅夕卜，其它聲揚(yáng)參數(shù)如介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的加速度、聲振動(dòng)強(qiáng)度、交變的聲壓等和由強(qiáng)烈聲振動(dòng)時(shí)所誘發(fā)的次級(jí)效應(yīng)如聲風(fēng)、輻射壓等，以及超聲空化作用對(duì)所作用的物質(zhì)和物理化學(xué)過(guò)程有著顯著的影響Q〕。

　　2超聲波對(duì)浸出過(guò)程的影響在濕法冶金中浸出過(guò)程是一種液固反應(yīng)a.有些浸出過(guò)程雖有氣體參加，但實(shí)際上是氣體先溶解于液體中（這一過(guò)程進(jìn)行很快），然后是溶解在溶液中的氣體與固體作用，實(shí)質(zhì)上仍然是一個(gè)液一固反應(yīng)。作為浸出的液固反應(yīng)有三種情況：可溶于水，固相的外形尺寸隨反應(yīng)的進(jìn)行而減小直至完全消失。此種反應(yīng)被稱為“未反應(yīng)核減縮型”。

　　例如反應(yīng)：生成物為固態(tài)并附著在未反應(yīng)核上，其通式可表示為A+B（q）―P例如白鎢礦的酸法分解反應(yīng)：以及固體反應(yīng)物中只是某一組分被選擇性的侵溶，例如鈦鐵礦的酸浸出反應(yīng)：固態(tài)反應(yīng)物分散嵌布于不反應(yīng)的脈石基體中，如塊礦的浸出。脈石基體一般說(shuō)來(lái)都有孔穴和在浸出過(guò)程中施加超聲影響的實(shí)踐中，奧羅夫（Orlov）做了帶超聲波和不帶超聲波機(jī)械攪拌硫酸浸出氧化銅的對(duì)比研究，結(jié)果表明，達(dá)到相同的浸出率時(shí)，不用超聲的浸出時(shí)間約為用超聲的浸出時(shí)間的12倍。國(guó)內(nèi)也有相關(guān)，試驗(yàn)參數(shù)見表2.試驗(yàn)是在一容積為100ml的圓柱形玻璃容器中進(jìn)行的，攪拌葉輪半徑為25mm，試驗(yàn)時(shí)，攪拌速度保持在200r/min不變。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見、2和3.結(jié)果表明，在使用超聲波時(shí)，相同的銅浸出率所用時(shí)間為未使用時(shí)所用時(shí)間的1/6（從120min減少到20min）；表明，對(duì)浸出粒度為一75十53Mm的原料，使用超聲波與機(jī)械攪拌相比，不僅銅的浸出率高，而且浸出時(shí)間短；可明顯看氨濃度：2moVl固/液比：V100溫度：290裂縫，在此情況下，由內(nèi)外擴(kuò)散導(dǎo)致的在礦塊表面和內(nèi)部的反應(yīng)可能同時(shí)進(jìn)行，如：化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)已經(jīng)證明連續(xù)反應(yīng)的表觀速率決定于反應(yīng)速率常數(shù)最小的那一步驟一最難進(jìn)行的步驟，也是整個(gè)連續(xù)反應(yīng)的決定速率步驟。

　　上述三種情況的總過(guò)程作為一連續(xù)反應(yīng)，過(guò)程控制可能有下述幾種情況：1）決定速率步驟為外擴(kuò)散，過(guò)程在外擴(kuò)散區(qū)進(jìn)行；2）決定速率步驟為內(nèi)擴(kuò)散，過(guò)程在內(nèi)擴(kuò)散區(qū)進(jìn)行；3）決定速率步驟為化學(xué)反應(yīng)，過(guò)程在動(dòng)力學(xué)區(qū)進(jìn)行；4）上述三個(gè)步驟阻力相近，任一步驟均為決定速率步驟，一個(gè)過(guò)程的決定速率步驟并非是固定不變的，在一定條件下可以轉(zhuǎn)化，影響最明顯的外因是溫度和攪拌強(qiáng)度。在實(shí)際生產(chǎn)中的浸出過(guò)程，因反應(yīng)器尺寸、攪拌速度一定，為達(dá)到理想的浸出率，不可避免的要延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，對(duì)某些過(guò)程還要相應(yīng)提高反應(yīng)溫度。

　　表1氧化銅礦的化學(xué)成分及物相分析Tab.1Chemicalcompositionandphase序號(hào)粒度化學(xué)成分物相分析酸不溶物孔雀石水膽石赤銅礦黃鐵礦黃銅礦厲礦石英Zn10K106為質(zhì)量分?jǐn)?shù)到，在超聲作用下，氨的消耗明顯降低。研究表明，與單純的機(jī)械攪拌相比，加上超聲波能將浸出時(shí)間減少至原來(lái)的1/6，同時(shí)減少了試劑的消耗。

　　浸出粒度相同時(shí)，加超聲將提高銅的浸出率。

　　表2試驗(yàn)參數(shù)表序號(hào)時(shí)間min機(jī)械攪拌25120超聲波20超聲參數(shù)頻率kHz在實(shí)際使用過(guò)程中，對(duì)于浸出過(guò)程中存在的處理量大、腐蝕性和高溫等特點(diǎn)，對(duì)超聲發(fā)生裝置應(yīng)用提出幾點(diǎn)嚴(yán)格要求：（1）能夠進(jìn)行強(qiáng)的大體積照射；（2）能夠均勻調(diào)節(jié)聲振動(dòng)的頻率和強(qiáng)度，并能保其穩(wěn)定；能在足夠?qū)挼臏囟确秶鷥?nèi)工作；有足夠高的效率且耐腐蝕。從實(shí)際情況出發(fā)，要考慮超聲波發(fā)生裝置同現(xiàn)有浸出設(shè)備結(jié)合進(jìn)行使用，而解決現(xiàn)有浸出設(shè)備的生產(chǎn)能力、設(shè)備參數(shù)和聲場(chǎng)參數(shù)的相互關(guān)系，會(huì)遇到各種不同的物理問(wèn)題、物理化學(xué)問(wèn)題和技術(shù)問(wèn)題，如何更有效地利用現(xiàn)有設(shè)備，提高浸出率，從而增加經(jīng)濟(jì)效益，將有待于對(duì)這些問(wèn)題的解決。

　　3結(jié)論通過(guò)以上的試驗(yàn)研究，可以看出超聲波使浸出過(guò)程受到明顯的影響：反應(yīng)時(shí)間明顯縮短，浸出率提高及試劑消耗減少。針對(duì)浸出過(guò)程不同類型的決定速率步驟，可確定其與聲場(chǎng)參數(shù)（振幅、波動(dòng)速度幅度、加速度幅度等）之間的關(guān)系，從而能夠更加有效的施加超聲波對(duì)浸出過(guò)程的影響。