微波焙烧黄铁矿热分解动力学研究
马淑贤;孙春宝;张晓亮;寇珏;苏敏;黄文昊;祝传奇
【摘 要】黄铁矿在常规焙烧方式下热分解机理属于未反应缩合模型,利用实验室微波发生设备,在微波辐射下,对粒度为-0.074 mm的黄铁矿进行温度分别为600 ℃、650 ℃、700 ℃的恒温焙烧试验,研究了氩气焙烧气氛中黄铁矿纯矿物热分解的动力学机理,采用未反应缩核模型和均相反应模型对试验结果进行模拟.模拟结果表明微波辐射下黄铁矿热分解反应机理属于均相反应动力学模型,其机理函数方程为dx/dt= k(1-x),与常规焙烧方式相比,微波焙烧黄铁矿热分解反应的活化能降低了148.65 kJ/mol,有利于黄铁矿热分解反应的进行.%The mechanism of the pyrite thermal decomposition toasted in conventional ways fitted to the unreacted core model.In this paper,the pure pyrite(-0.074 mm)was roasted respectively at the temperature of 600 ℃,650 ℃ and 700 ℃ in the argon atmosphere in microwave oven.And the purpose of this paper is to make a research on the kinetics of thermal decomposition reaction of pyrite roasted by microwave.The test results were simulated by the unreacted core model and the homogeneous reaction model.The results indicate that the thermal decomposition of pyrite in
microwave follows the homogeneous reaction model,and the mechanism function of this reaction is dx/t= k(1- x).Compared with conventional calcinations,microwave could reduce the activation energy of the reaction by 148.65 kJ/mol.
【期刊名称】《中国矿业》
【年(卷),期】2018(027)005
【总页数】5页(P138-142)
【关键词】黄铁矿;微波焙烧;热分解;动力学
【作 者】马淑贤;孙春宝;张晓亮;寇珏;苏敏;黄文昊;祝传奇
【作者单位】北京科技大学土木与资源工程学院,北京100083;北京科技大学土木与资源工程学院,北京100083;北京科技大学土木与资源工程学院,北京100083;北京科技大学土木与资源工程学院,北京100083;中非洲矿业有限公司,赞比亚铜带省999134;北京科技大学土木与资源工程学院,北京100083;北京科技大学土木与资源工程学院,北京100083
【正文语种】中 文
【中图分类】TD95
我国难处理高硫高砷金矿约占已探明金矿储量的30%～40%。黄铁矿是主要的载金硫化物，焙烧预处理使表面的黄铁矿发生反应，从而微细金裸露浸出，是一种比较成熟的金精矿预处理技术[1]。探究纯黄铁矿在高温下的热分解反应机理，为其他载金硫化物(如砷硫铁矿等)的焙烧研究提供理论基础，对金精矿焙烧预处理技术有很大的指导意义。黄铁矿在氧化气氛下焙烧分解，会释放出SO2等污染环境的有害气体，并且常规焙烧方式升温速率慢，焙烧效率低，耗能也大，提高了焙烧成本。还原气氛下黄铁矿与碳反应后，黄铁矿中的硫以硫化亚铁和二硫化碳的形成存在。中性气氛下黄铁矿受热可以分解生成单质硫。
针对黄铁矿在不同气氛和不同温度下焙烧的热分解反应机理，国内外学者做了大量研究。赵留成[2]通过不同气氛下黄铁矿常规焙烧试验研究发现，中性气氛下黄铁矿热分解生成磁黄铁矿和单质硫，该反应起始温度为746.16 ℃，当温度升高至784.07 ℃时，磁黄铁矿进一步脱硫生成陨硫铁和单质硫，采用Kissinger法和Ozawa-Doyle法求得黄铁矿分解反应的活化能为259.23 kJ/mol，且该反应过程为随机成核和随后生长，并计算了相应的动力学模型。很多研
究者[3-5]发现，黄铁矿分解过程中黄铁矿和生成的磁黄铁矿之间有明显的界面，这种显现能很好地被未反应缩合模型解释。N Boyabat等[6]利用常规管式炉，在温度为400～800 ℃范围内对黄铁矿进行中性气氛焙烧研究，认为黄铁矿热分解属于未反应缩合模型，且反应速率由两种因素控制，即穿透物料周围空气的热量传递过程和穿过物料生成层的质量传递过程是影响黄铁矿分解的两个重要因素。J H Huang等[7]将湿法冶金处理后的处于酸性环境的黄铁矿置于微波场中进行加热，提高了黄铁矿浸出率，认为黄铁矿热分解反应动力学过程受颗粒表面化学反应速率控制，穿透生成物层的扩散控制，符合未反应缩合模型。
综上所述，对于在中性气氛下利用微波焙烧黄铁矿的热分解动力学研究尚不完善。微波加热不同于传统的加热方式，微波是一种电磁波，其波长在1 mm到1 m之间，我国工业微波的频率为915 MHz和2 450 MHz[8]。常规加热方式依靠热量从物料表面逐层传物料内部使之升温，微波加热依靠微波透入到物料内，在高频率微波作用下物料内部的极性分子产生剧烈震动，瞬间获得热量升温。
本文利用管式微波焙烧炉，在中性气氛下对黄铁矿进行焙烧，考察了不同温度下黄铁矿分解率的差异，根据黄铁矿分解率随保温时间的试验结果，选择了均相反应模型和未反应缩合模
型进行了黄铁矿在不同温度下的黄铁矿分解动力学特性研究，探索微波焙烧条件下黄铁矿热分解反应的动力学机理。
1 试 验
1.1 试样性质
试验所使用的黄铁矿采购于北京丰台水远山长矿物标本有限责任公司，产于热液石英矿脉上，为品位较高的单晶块状黄铁矿。经过化学分析， Fe品位为45.76%，S品位为53.35%，两者品位之和为99.11%。对黄铁矿进行X射线衍射分析，如图1所示，主峰为FeS2，并且黄铁矿的特征峰比较单一，表明此黄铁矿的纯度十分高，符合本试验的要求。
将黄铁矿用颚式破碎机和对辊破碎机破碎至-2 mm，再用实验室三头玛瑙研磨机研磨至-0.074 mm 100%，取筛下的部分低温烘干后作为微波焙烧原料，黄铁矿粒度分布见表1。
图1 黄铁矿XRD衍射谱图表1 黄铁矿粒度分布
粒级/mm产率/%-0．074+0．05516．54-0．055+0．03714．62-0．037+0．02341．81-0．02327．03合计100．00
1.2 试验方法
黄铁矿的焙烧在管式微波焙烧炉中进行，该微波炉型号为WBMW-GS4，将15 g黄铁矿置于石英舟中，再将石英舟置于石英管中央，将热电偶插入物料，把保温材料移至物料处，向石英管里通入氩气约5 min将石英管中的空气排净，然后通过微波设备控制面板启动微波发生器。试验过程中保持氩气通入，气体流流量为1 000 mL/min，当物料升温至指定温度后，开始计时。达到指定的焙烧时间后停止加热，将保温材料移开，使石英管内的温度快速降低，当温度低至200 ℃时，停止通气，将物料取出，称重。reaction kinetics mechanism期刊

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。