Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

5.6. Экстракция железа c алюминием из гартцинка

Процесс очистки гартцинка от железа рассмотрим как экстракцию железа экстрагентом алюминием из расплавленного цинка. В этой системе можно рассматривать: (Zn)-расплав; растворенное (Fe) в цинке; экстрагирующий реагент Al с образованием дроссов в отдельную фазу как экстракта.

Дроссы представляют кристаллы малорастворимые соединения Fe2Al5; FeAl3; FeZn3 (иногда в виде пены) и по ходу процесса изменяют состав расплава. Экстракционную систему характеризует коэффициент распределения Kpсп, определяемый как отношение равновесных концентраций вещества в двух не смешивающихся фазах. Равновесные концентрации Fe в фазе расплав цинка и в фазе твердых дроссов связаны коэффициентом распределения:

dyakov22.wmf (5.10)

Примем исходные обозначения: Масса железа в гартцинке = dyakov23.wmf

Масса железа в (рафинате) отрафинированном цинке = dyakov24.wmf

Масса цинка (растворителя) в (рафинате) в отрафинированном цинке = Мzn.

Масса (экстрагирующей фазы с реагентом алюминия) = Мdr.

Масса железа в (экстракте) дроссах = dyakov25.wmf

Коэффициент распределения:

dyakov26.wmf

dyakov27.wmf

dyakov28.wmf

dyakov29.wmf

dyakov30.wmf

dyakov31.wmf

делим числитель и знаменатель на МZn получим расчетное содержание Fe

dyakov32.wmf (5.11)

где dyakov33.wmf – масса железа в отрафинированном цинке после однократного акта фильтрации при постоянном Kрсп.

Расчет ожидаемого содержания железа в отрафинированном цинке с коэффициентом разделения позволяет определить момент необходимости введения дополнительного алюминия в расплав.

В табл. 27 приведены опытные данные процесса экстракции железа с алюминием из гартцинка центробежной фильтрацией при разной концентрации алюминия по отношению к содержанию железа.

Таблица 27

Экстракция железа с алюминием из гартцинка

В, мин

Расплав гартцинка

Дроссы от фильтрации

Kрасп Fedr / Fers

Zn/Fe dros

состав расплава

(Al/Fe)rs

состав дроссов

(Al/Fe)dr

Al, %

Fe, %

Fe, %

Al, %

0,7

0,09

0,53

0,35

5,88

1,39

0,49

11,0

15,8

1,4

0,08

0,49

0,34

5,88

1,39

0,49

12,0

15,8

2,1

0,07

0,44

0,32

5,88

1,39

0,49

13,3

15,8

2,8

0,06

0,39

0,30

5,88

1,39

0,49

15,1

15,8

3,5

0,05

0,36

0,28

4,36

1,14

0,54

12,1

21,7

4,2

0,04

0,33

0,25

4,36

1,14

0,54

13,2

21,7

4,9

0,03

0,31

0,23

4,14

1,02

0,51

13,4

22,9

5,6

0,03

0,29

0,21

4,14

0,96

0,48

14,3

22,9

6,3

0,03

0,28

0,20

3,86

0,90

0,48

13,7

24,7

7

0,02

0,26

0,19

3,86

0,84

0,45

14,7

24,7

7,7

0,02

0,25

0,17

3,33

0,78

0,48

13,3

28,8

8,4

0,02

0,22

0,14

4,31

0,72

0,35

19,5

22,0

9,1

0,01

0,21

0,13

4,31

0,66

0,32

21,0

22,0

9,8

0,01

0,19

0,13

4,28

0,36

0,17

22,9

22,3

10,5

0,01

0,18

0,12

4,28

0,36

0,17

23,8

22,3

11,2

0,01

0,17

0,12

4,28

0,36

0,17

25,0

22,3

11,9

0,01

0,17

0,12

4,28

0,36

0,17

25,2

22,3

Коэффициент распределения вначале фильтрации близок к постоянному, но в целом растет по линейному уравнению:

Kрсп = 0,8∙min + 9,5 с корреляцией 0,85, (5.12)

где min – длительность фильтрации от начала, в мин.

Это свидетельствует, что между фазами идет взаимодействие конкурирующих соединений Fe2Al5; FeAl3 и Zn2Fe3.

47.wmf

Рис. 47. Влияние (Al/Fe)rs на Kрсп –коэффициент распределения

48.wmf

Рис. 48. Влияние (Al/Fe)rs на (Al/Fe)dr

Опыты показали, что с увеличением отношения атомной концентрации алюминия к железу (Al/Fe)rs коэффициент распределения вначале снижается до 1,6 затем повышается (рис. 47) на участках по уравнениям:

Kрсп = 27,4 – 50,44∙(Al/Fe)rs с корреляцией 0,68 при (Al/Fe)rs > 0,1 < 0,4; (5.13)

Kрсп= 15,15 – 7,52∙(Al/Fe)rs с корреляцией 0,94 при (Al/Fe)rs > 0,4 < 1,6; (51.4)

Kрсп = 4,21∙(Al/Fe)rs – 3,32 с корреляцией 0,84 при (Al/Fe)rs > 1,6. (5.15)

Обработка подобных опытов при разной концентрации алюминия в расплаве и разной температуре показала, что коэффициент распределения увеличивается с повышением температуры [34].

Кроме того с увеличением (Al/Fe)rs возрастает доля алюминия в дроссах (Al/Fe)dr по уравнению:

(Al/Fe)dr = 0,51∙(Al/Fe)rs + 0,32 с корреляцией 0,84. (5.16)

Поэтому с увеличением (Al/Fe)rs снижается относительный выход цинка Zn/Fe в дроссы по уравнению:

(Zn/Fe) = 20,63 – 3,79∙(Al/Fe)rs с корреляцией 0,65. (5.17)

С повышением температуры фильтрации снижается выход цинка с осадком дроссов. Это можно объяснить растворением мелких кристаллов, снижения вязкости расплава и изменения фазового состава.


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252