Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2023(14))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 1. С. 157-162. Transactions of the to la Science Centre of RA s . Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 1. P. 157-162. Вместе с тем кинетические данные необходимы для выявления механизма процесса и для количественного описания протекающих химических реакций. Кроме того, кинетические уравнения используют для математического моделирования промышленных аппаратов. Целью настоящих исследований являлось изучение кинетики сернокислотного разложения нефелина для определения механизма протекания процесса и выявления его лимитирующей стадии. Экспериментальная часть и методы На первоначальном этапе с целью определения динамики извлечения компонентов в раствор навески нефелинового концентрата (НК) производства АО «Апатит» состава, мас. %: AhO3 — 28,48 (A12O3kр.*— 25,72); Na 2 O — 14,25; K 2 O — 7,24; Fe2O3 — 3,82; SiO 2 — 43,33, массой по 10 г обрабатывали избытком серной кислоты в виде 5 %-го раствора в течение 20 мин, отбирая пробы растворов через определенные промежутки времени. Растворы анализировали на содержание A I 2 O 3 , Na 2 O, K 2 O и SiO 2 . В каждой серии опыт был выполнен по три раза. Усредненные результаты анализов показали, что соотношение содержания вышеуказанных компонентов весьма постоянно в различные моменты времени. Имевшееся расхождение результатов находилось в пределах допустимой ошибки анализа. Это означает, что скорость растворения в кислоте всех компонентов нефелина практически одинакова. Поэтому о степени разложения нефелина кислотой можно судить по анализу любого из компонентов, перешедшего в раствор. Кинетика кислотного разложения нефелина изучалась на примере взаимодействия последнего с 5 %-й серной кислотой. В качестве объекта исследований использовался стандартный нефелиновый концентрат (НК) вышеприведенного состава. Методика проведения опытов, каждый из которых был выполнен не менее трех раз, заключалась в следующем. Навеску НК массой 3 г быстро засыпали при интенсивном перемешивании в 10 л предварительно нагретой до температуры опыта серной кислоты. Температурный интервал исследований составил 18-58,5 °С. При необходимости требуемая температура опыта достигалась предварительным подогревом воды, используемой для разбавления исходной 93 %-й ^SO ^ Большая масса кислоты (более 10 кг) обеспечивала изотермичность условий: снижение температуры втечение опыта не превышало в среднем 0,3 °С. Контроль процесса кислотного разложения нефелина осуществлялся по количеству перешедшего в раствор кремнезема. Столь высокое отношение Ж : Т (более 3330) было необходимо для того, чтобы, во избежание полимеризации, содержание SiO 2 в растворе не превысило 0,1 г/л. Это позволяло определять содержание в растворе мономерной формы кремнезема экспрессным кремнемолибдатнымметодом [5, 6]. Отбор проб на анализ объемомпо 30-50 млосуществлялсячерез каждые 15 с втечение первой минуты, через каждую минуту втечение следующих четырех и далее через 10 мин. Математическая интерпретация экспериментальных результатов проводилась с использованием формального уравнения скорости превращения, основанного на применении закона действия масс: где а — степень превращения; т — время (продолжительность кислотной обработки нефелина); k — константа скорости реакции; n — показатель степени — формально аналогичен порядку реакции в газах и жидких системах, а также по топокинетическим уравнениям Ерофеева — Колмогорова (2) и Гинстлинга — Браунштейна (3) как наиболее подходящих для этого типа реакций [7-10]: где а — степень извлечения кремнезема в раствор, доли. ед.; k — константа скорости реакции; n — постоянная (n = 1, 2, 3 ...); т — продолжительность кислотной обработки нефелина, с. Обработка полученных данных осуществлялась на ПК с помощью программы Microsoft Excel, построение графиков и нахождение уравнений прямых — с помощью программы Grafer 1.28. *Кислоторастворимый. © Майоров Д. В., Морозков А. В., 2023 d(1-a)/dT = -k(1-a)n, (1) [-ln(1-a)]1/n= kT (n = 1, 2, 3), 1-2а/3-(1-а)2/3 = kT, (2) (3) 158