ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физико-химическое моделирование растворении и выщелачивании иа Кинетика процессов химического разложении и выщелачивания минералов из "Химическое обогащение руд" В дальнейшем развитии теории химического обогащения значительная роль принадлежит математическим методам и ЭВМ, обеспечивающим строгое количественное рассмотрение процессов взаимодействия веществ и облегчающим получение достоверной информации об их составе, структуре, химической устойчивости. В этой своеобразной области химических и химико-технологических исследований быстро накапливается положительный опыт, появляются многочисленные публикации. [c.15] Математическое, или, как его называют, физико-химическое моделирование процессов представляет особый интерес для изучения многофазных и многокомпонентных систем при осуществлении химических процессов на производстве, особенно при переработке минеральных продуктов. В этом отношении моделирование является для исследователя и выходом из положения в связи с отсутствием других путей корректного описания сложных систем. [c.15] Автор применяет моделирование в исследованиях, посвященных изучению механизма и кинетики процессов химического разрушения, растворения и выщелачивания минеральных и других неорганических веществ. Уровень разработки теоретических основ этих процессов недостаточен вследствие зависимости их результатов от целой совокупности характеристик твердого тела и воздействующего на него реагента и в связи с отсутствием законченной количественной теории растворов. Последнее обусловлено не преодоленными пока трудностями исследования жидкого состояния вещества. До настоящего времени отсутствуют строгие решения теоретических вопросов избирательного растворения отдельных веществ, например минералов из их смесей, и научно обоснованного прогнозирования эффективных растворителей. [c.15] Для получения новой информации о рассматриваемых процессах привлечен метод термодинамического анализа равновесий в сложных системах на ЭВМ, отличающийся от традиционных тер-мбдинамических исследований возможностью учета обширной совокупности зависимостей и факторов, определяющих показатели процесса и ие поддающихся охвату в практическом эксперименте. [c.15] В основу моделирования был положен метод минимизации энергии Гиббса с использованием программного комплекса Селектор , разработанный в Институте геохимии имени А. П. Виноградова СО АН СССР для физико-химического моделирования на ЭВМ природных процессов минералообразоваиия [12]. [c.15] Первый цикл исследований был поставлен на системах, ранее изученных экспериментально. Результаты моделирования не только совпали с данными химии и технологии моделируемых систем, но и подтвердили выявленные с помощью других методов тонкости протекания процессов, прежде всего их стадийность (подробнее см. Карпов И. К., Шепотько М. Л., Черняк А. С. Термодинамический анализ сложных химических равновесий в гетерогенных мультисистемах как метод изучения процессов растворения и выщелачивания — Журн. физ. химии, 1979, т. 43, 10, с. 2476—2480). Это показало, что использованный метод описания процессов ми-нералообразования пригоден для получения ценной и надежной информации о процессах разрушения веществ растворителями. Метод позволяет на основании полученных зависимостей выбирать оптимальные условия проведения того или иного процесса, предсказывать его динамику, подбирать подходящие растворители. [c.16] Программный комплекс Селектор базируется на условиях равновесия в гетерогенных многокомпонентных системах с ограничениями в виде системы линейных уравнений баланса масс и теоремы Б. И. Пшеничного, обобщающей метод Ньютона на системы неравенств. Математически расчет параметров многокомпонентных систем сводится к решению задачи выпуклого программирования, термодинамически — к нахождению минимума энергии Гиббса мультисистсмы. [c.16] Под термодинамической мультисистемой понимают конечную совокупность фаз и составляющих их компонентов, которые априори могут находиться в равновесии друг с другом в данной, ограниченной сверху и снизу, области изменения температуры, давления и общего химического состава системы, причем число фаз, которые могут находиться в равновесии, превышает число независимых компонентов. [c.16] Понятие компонент ( зависимый компонент ) означает вещество определенного химического состава независимые компоненты — стехиометрнческие составляющие, путем линейной комбинации которых с положительными коэффициентами могут быть получены составы всех компонентов и фаз. Возможный состав системы определяется исходя из общих представлений в зависимости от характера решаемой задачи и, таким образом, в исходные данные включаются ограничивающие условия, являющиеся важной составной частью рассматриваемого метода. [c.16] Минимизация энергии Гиббса мультисистемы производится путем замены истинных значений энергии Гиббса образования веществ их относительными значениями. Этот прием общеупотребим, однако именно авторами Селектора убедительно показана принципиальная возможность такой замены при решении задачи физико-химического моделирования, поставленной как задача выпуклого программирования. [c.16] Подобное рассмотрение неравновесных реакций без привлечения кинетических данных возможно благодаря использованию вместо координаты времени в случае кинетичесекого подхода величины, характеризующей степень протекания неравновесного процесса. [c.17] Решая задачу выпуклого программирования на каждом из элементарных этапов процесса, можно охарактеризовать изменения, происходящие в неравновесной системе на ее пути к равновесию. [c.17] Для расчета коэффициентов активности yi в программном комплексе Селектор используется уравнение Дебая — Хюккеля в модификации Г. Хельгесона. [c.17] При изучении процессов растворения и выщелачивания метод позволяет получить сведения о числе, равновесном составе фаз и компонентов раствора, механизме протекания исследуемых реакций, взаимном влиянии компонентов раствора и твердых фаз, термодинамических характеристиках индивидуальных веществ и физико-химических параметрах среды (температура, давление) по известной эмпирической информации путем решения обратной задачи, поставленной как обратная задача математического программирования. [c.17] В любом случае для получения надежных результатов необходимо обеспечение согласованности входных данных и наличие достаточного объема информации о составе, строении и особенностях исследуемой системы. [c.17] В связи с этим целью исследования явились более подробное изучение разложения молибденита азотной кислотой и получение данных, позволяющих сделать более определенные выводы о стадиях окисления серы и молибдена, входящих в состав молибденита, и влиянии добавок некоторых кислот на состояние молибдена в исследуемой системе. [c.18] Изучалось взаимодействие 1 моль молибденита с водной и газовой фазами, содержащими соответственно 1000 г раствора и переменное количество воздуха. Исследуемая система включала 122 компонента, из них 33 потенциально возможных соединений молибдена в растворе и 12 — в твердой фазе. [c.18] Расчеты подтвердили (рис. 2), что окислителем молибденита в указанной системе могут быть как азотная кислота, так и кислород воздуха, В присутствии незначительных количеств азотной кислоты (10 моль/кг НгО) возможно полное окисление молибденита кислородом воздуха (кривая 1). Это согласуется с мнением В. П, Соломахи и В. А. Резниченко (1973) о роли азотной кислоты как катализатора при окислении молибденита кислородом. На участие кислорода в окислении молибденита указывает также вид начального участка кривой 2. В случае, соответствующем кривой 3, окислителем молибденита практически является лищь азотная кислота. [c.18] Полученные результаты еще раз подтверждают, что необходимо обеспечение максимально возможного контакта частиц окисляемого молибденита с кислородом или воздухом для улучшения кинетики его разложения и уменьшения расхода азотной кислоты. [c.18] Полученные результаты указывают на то, что наибольшее содержание (достигает 10 от общей концентрации молибдена в растворе) молибдена (III) и (V) в растворе соответствует стадии III. На стадии II окисления серы в растворе образуется лишь молибден (V), причем в незначительных количествах на стадии I окисления серы восстановленные формы молибдена практически отсутствуют. Следовательно, молибден (III) и (V) образуются в растворе в результате взаимодействия молибдена (VI) с сульфит-ионом, при этом сульфит-ион окисляется до сульфат-иона. Восстановительные свойства тио-сульфат-иона проявляются в значительно меньшей степени при взаимодействии его с молибденом (VI) образуется лишь молибден (V) в количествах, не превышающих 10 общего содержания молибдена в растворе. [c.19] Вернуться к основной статье