Возможность протекания реакций взаимодействия некоторых соединений цинка, меди и кадмия с раствором серной кислоты

	ΔZ0298 ккал/моль	Возможность
Реакции	протекания реак­
	реакции
ZnS + Н2SO4 = ZnSO4 + Н2 + S	+3.20	Не протекает
ZnO +Н2SO4 = ZnSO4 + Н2О	-24.85	Протекает
Zn + Н2SО4 = ZnSO4 + Н2	-44.21	Протекает
Сu2S +2Н2SO4 = 2СuSО4 + 2Н2 + S	+32.4	Не протекает
СuО + Н2SO4 = СuSO4 + Н2О	-20.39	Протекает
СdO + Н2SО4 = СdSO4 + Н2О	-34.79	Протекает

 

 

Процесс растворения состоит из трех стадий. Первая из них — стадия переноса реагирующих частиц раство­рителя к поверхности, на которой происходит взаимодей­ствие.

Вторая стадия — собственно взаимодействие твердой поверхности с частицами реагента. Третья стадия состоит в отводе продуктов реакции от поверхности раздела фаз.

Согласно представлениям, развитым более полувека тому назад А. Н. Щукаревым, Нернстом, Бруннером и др., скорость самого процесса растворения всегда очень ве­лика. Скорость же диффузионных процессов много мень­ше, поэтому у поверхности растворяющегося тела имеется слой насыщенного раствора.

Диффузия частиц растворителя и отвод растворенного вещества от поверхности происходит с конечной скоростью через пленку неподвижной жидкости толщиной около 20—40 мкм.

Эта теория дает только качественное представление о характере происходящих явлений. В отдельных конкрет­ных случаях в нее должны быть внесены коррективы в двух направлениях: во-первых, природа пограничного слоя жидкости на границе раздела фаз зависит от харак­тера движения жидкости относительно поверхности твер­дого тела; во-вторых, скорость процесса растворения, если он сопровождается химической реакцией, не всегда намного выше скорости диффузии. В некоторых случаях скорость химической реакции бывает меньше скорости диффузии или соизмерима с ней. Если жидкость движется относительно поверхности твердого тела, то, согласно современным представлениям, только непосредственно прилегающий к поверхности слой жидкости молекуляр­ной толщины неподвижен. Все остальные слои жидкости движутся. Это в равной степени относится и к ламинарному (послойному) движению потока, и к турбулентному (хао­тическому). При турбулентном движении пограничный слой меньше, чем при ламинарном.

Согласно теории физико-химической гидродинамики, предложенной В. Г. Левичем, диффузия частиц вещества из раствора к поверхности твердого тела осуществляется двояким образом: во-первых, при разности концентра­ции возникает молекулярная диффузия; во-вторых, ча­стицы вещества, растворенного в жидкости, увлекаются ею в процессе движения и переносятся вместе с ней. Со­вокупность обоих процессов называется конвективной диффузией. Скорость молекулярной диффузии много мень­ше, чем конвекция. Поэтому при ламинарном потоке в пограничном слое только в самых близлежащих к поверх­ности слоях жидкости, которые двигаются очень медлен­но, вещество переносится диффузией. В остальной части пограничной зоны перенос осуществляется в основном конвекцией, и здесь концентрация реагента практически такая же, как в толще раствора.

Скорость потока диффузии в диффузионном слое опре­деляется уравнением

 

где Δ — коэффициент диффузии;

С — концентрация реагента в толще раствора;

Со — концентрация реагента у поверхности твердого тела;

δ_д—толщина диффузионного слоя.

Это уравнение справедливо и при турбулентном потоке жидкости.

Если в раствор переходит основная масса твердой фазы, как при выщелачивании обожженных цинковых концент­ратов, то растворение идет практически только с поверхности зерен. Растворитель омывает зерна твердой фазы, и скорость процесса выщелачивания будет определяться условиями конвекции раствора и скоростью процесса растворения.

Для вывода уравнения скорости выщелачивания необ­ходимо знать механизм процесса в каждом конкретном случае. В общем виде уравнение скорости выщелачивания может быть представлено формулой

 

 

где К₁ — константа;

S — поверхность раздела фаз;

Δ — коэффициент диффузии;

С — концентрация реагента:

δ_д — толщина диффузионного слоя.

Этому уравнению подчиняется большое число гетеро­генных реакций выщелачивания. Если диффузия к поверх­ности велика, то в знаменателе уравнения К₁ δ_д≤Δ величиной К₁ δ_д можно пренебречь. Тогда уравнение превратится в чистое уравнение первого порядка. Это означает, что при достаточно большом потоке диффузии и малом значении константы скорости реакции К₁ ско­рость процесса целиком контролируется скоростью самой реакции. Наоборот, если К₁ δ_д≥Δ, то мы получим урав­нение диффузии, т. е. процесс целиком контролируется скоростью диффузии.

 

Влияние температуры на скорость выщелачивания

Скорость большинства химических реакций, а также диффузии с ростом температуры возрастает, так как чем выше температура, тем большая доля частиц обладает достаточным для вступления в реакцию запасом энергии (энергия активации). Количественно влияние температуры на скорость реакции выражается уравнением Аррениуса:

 

где А_р — энергия активации реакции, кал/моль;

R — газовая постоянная, кал/(моль-град);

Т — абсолютная температура, °К;

К _о — постоянная величина, отвечающая константе скорости реакции в случае, когда энергия ак­тивации равна нулю.

Приближенно влияние температуры на скорость реак­ции определяется правилом Вант-Гоффа, согласно кото­рому константа скорости реакции возрастает примерно на 10% при повышении температуры на 1 град.

Процесс диффузии также требует энергии активации, но меньшей, чем химические реакции. Количественно влия­ние температуры учитывается изменением коэффициента диффузии по формуле, аналогичной формуле Аррениуса:

Скорость диффузии увеличивается с уменьшением вяз­кости раствора, которая, в свою очередь, падает с ростом температуры.

Влияние температуры на скорость диффузии прибли­женно вычисляют по правилу, согласно которому при повышении температуры на 1 град скорость диффузии увеличивается на 2%.

Влияние температуры на скорость процессов выщелачивания определяется влиянием ее на лимитирующую стадию процесса. Если скорость выщелачивания опреде­ляется скоростью диффузионных факторов, то повыше­ние температуры будет менее резко влиять на скорость процесса, чем в случае, когда скорость выщелачивания лимитируется скоростью самой химической реакции.

Так как с повышением температуры скорость химиче­ской реакции возрастает быстрее, чем скорость диффузии, то при повышении температуры реакция часто перехо­дит из кинетической области в диффузионную.

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: