Контрольная работа: Нікель із вторинної вольфрамвмісної сировини

1- (1-φ) ^1/3 = кτ, ( 3)

де к - константа швидкості реакції, хв^-1 , яке відображає процеси розчинення твердих тіл, що перебігають у кінетичній області і описуються рівнянням:

1-2/Зα - (1-φ) ² /³ = кτ, ( 4)

де α - ступінь змінення маси зразка, яке відображає процеси розчинення твердих тіл, що мають місце у дифузійній області [3].

Зіставлення даних призводить до висновку, що процес вилучення нікель нітратною кислотою досить добре описується рівнянням (3), тобто він перебігає в дифузійній області, кінетика якого відображена на рис.4.

Взаємодія реагентів поступово переміщується із зовнішньої поверхні в глибину пор, й процес вилучення нікель починає поступово лімітуватися також і дифузією нітратної кислоти в тріщини його частинок.

На підставі отриманих даних були розраховані деякі кінетичні параметри процесу вилучення нікель із вторинної вольфрамвмісної сировини нітратною кислотою, які наведені у таблиці.

Знайдене значення уявної енергії активації, що розраховане за аналітичним методом [4] і складає 25,1 кДж/моль, також свідчить про перебіг процесу вилучення, в основному, у дифузійній області.

З метою одержання більш переконливих доказів наведених висновків поряд із рівняннями (2,3) використали й рівняння, одне із яких описує перебіг процесу витягнення твердих тіл у кінетичному режимі:

1-φ=. (5)

друге - у дифузійному [5]:

1 - φ^2/3 = (6)

де φ - ступінь вилучення нікель із сплаву ВНЖ-90, д. о.;

τ - поточний момент часу, хв;

T_s - час повного витягнення, хв.

Область перебігу процесу вилучення нікель нітратною кислотою можна визначити також і шляхом зіставлення експериментальних даних із двома різнорідними за конфігураціями кривими (рис.4).

Процес, який характеризується кривою, що перебуває під апроксимуючою прямою, перебігає в кінетичній області, а процес, що характеризується кривою, яка знаходиться над апроксимуючою прямою, - у дифузійній.

Рис.5 свідчить про те, що процес вилучення нікель із сплаву ВНЖ-90, в основному, перебігає в дифузійній області, однак на початку проведення процесу вилучення має місце кінетична область його перебігу.

Аналіз отриманих кінетичних кривих процесу розчинення вторинної вольфрамвмісної сировини у нітратній кислоті, взятій у надлишку 15% від стехіометрично необхідної кількості, показує, що на початковій стадії проведення процесу спостерігаються певні відхилення від апроксимуючої прямої.

Цей факт можна пояснити тим, що на початку процес розчинення перебігає в кінетичній області, оскільки кількість непрореагованої нітратної кислоти ще досить велика, і нікель знаходиться на зовнішній поверхні частинок сплаву.

Потім фронт взаємодії зміщується із зовнішньої поверхні в глибину, й процес розчинення, лімітується дифузією HN0₃ і нітратів невольфрамвмісних компонентів.

Крім того, рівняння (4) й (5) складені для випадку, коли частинки, що містять речовину, яка підлягає вилученню, мають ідеальну сферичну форму. У нашому випадку форма частинок далека від сферичної: має гострі кути й тріщини, з яких нікель витягається значно швидше.

Отриманий розчин нітратів невольфрамвмісних компонентів разом із металічним вольфрамом витягали з реактора і розділяли на нутч-фільтрі.

Твердий залишок відмивали від нітратної кислоти дистилятом до негативної проби на йони N0₃ ^- , висушували за температури 383 К і аналізували за допомогою лазерного масспектрометра ЕМАЛ-2. Концентрація невольфрамвмісних компонентів при цьому не перевищувала 0,1%.

Кінетичні параметри процесу вилучення нікель із сплаву ВНЖ-90

Кінетичні параметри	Температура, К
318	333	348	363
Константа швидкості к, хв-1	9,71∙10-4	2,45∙10-3	6,27∙10-3	1,09∙10-2
Уявна енергія активації Еа, кДж/моль	25,1

Висновки

Отже, на підставі виконаних технологічних і кінетичних досліджень за технологією перероблення вторинної вольфрамвмісної сировини визначені деякі особливості вилучення компонентів сплаву ВНЖ-90, зокрема нікель із металобрухту вітчизняної галузі машинобудування.

Література

1. Separation in solid solutions of Ni - W system // Ustinovshikov Y, Sapegina I. J. Mater. Sci., - 2004. - 39, - № 20. - C.6233-6242.