Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Области применения оксидов железа связаны с их оптическими, электрическими и магнитными свойствами. Они являются полупроводниковыми материалами, нашедшими применение в технике. Порошковые композиции полидисперсных оксидов железа с углеродом применяются для утилизации радиоактивных отходов. Изучение кинетики растворения оксидов железа способствует разработке более эффективных технологий переработки железо-оксидных руд [1–3].
Изучение кинетики растворения оксидов железаявляется актуальной задачей и направлено на оптиммизацию техгологических процессов травления, выщелачивания и обогащения железо-оксидных руд. ужаления отложений с теплоэнергетического оборудования.
В современных представлениях о механизмах растворения железа и металлов его группы определяющая роль отводится образованию поверхностных комплексов железа с анионами водной среды с последующим переходом комплексов в раствор. Растворение оксидов происходит на поверхностных дефектах кристаллической решетки (активных центрах), адсорбирующих ионы H+ и ионные пары Н+…А–.
Образование гидроксокомплексов железа может осуществляться по нескольким кинетическим схемам протекания реакций, причем общепризнанным является единство механизма ионизации железа в кислотных, нейтральных и слабощелочных водных растворах [4].
При окислении железа в присутствии ОН–-ионов возможно образование частиц [5]:
Fe + ОН– = FеОНадс + е
FеОНадс + ОН– = FеОадс + Н2О + е
FeOадс + OH– = HFeO2–
НFеО2– + Н2О = Fе(ОН)2 + ОН–
Присутствие в растворе комплексов железа разного состава приводит к их совместному участию в процессе растворения:
Fe + Н2О = Fе(ОН)–адс + Н+
Fе(ОН)–адс = Fе(ОН)адс + е
Fе(ОН)адс + HSO4– = FeSO4 + Н2О + е
Fе(ОН)адс + SO42– = FeSO4 + ОН– + е
По механизму, предложенному К. Хойслером,
Fе + ОН– = Fе(ОН)адс + е
Fе(ОН)адс + Fе = Fе(FеОН)адс
Fе(FеОН)адс + ОН– = Fе(ОН)адс + FеОН+ + 2е
FеОН+ + Н+ = Fе2+ + Н2О
По механизму Д. Бокриса образующиеся при гидролизе ионы FeOH+ присутствуют даже в кислотных средах:
Fе + ОН– = FеОН + е
FеОН = FеОН+ + е
FeOH+ = Fe3+ + OH–,
или
Fe + Н2О = FeOH + Н+ + e
FeOH = FeOH+ + e
FeOH+ + H+ = Fe2+ + H2O
В сульфатных растворах растворение железа происходит через образование промежуточного двухъядерного комплекса по четырехэлектронной реакции:
Fe + ОН– = FеОНадс + е
Fe + FеОНадс + ОН– = Fe2(OH)2 адс + е
Fe2(OH)2 адс = Fe2(OH)2+ + е
Fe2(OH)2+ = 2Fe2+ + 2ОН– + е
Fe2(OH)2+ = 2Fe2+ + 2ОН– + е
Моделирование процесса предполагает использование общепринятых мехзанизмов растворения. При выборе кинетических моделей растворения обычно выделяют две основные модели [6].
При моделировании с использованием метода Хоугена — Ватсона удельная скорость растворения оксида железа пропорциональна поверхностной концентрации адсорбированных ионов. Предполагается, что зависимость концентрации ионов на поверхности оксида и в растворе подчиняется изотерме Ленгмюра, что позволяет связать поверхностную и объемную концентрации ионов.
Моделирование процесса растворения по механизму Бартона — Странского предполагает, что резкое ускорение процесса растворения во времени может быть обусловлено увеличением числа активных центров и их разветвлением, когда каждый образовавшийся зародыш способствует возникновению множества других. В соответствии с механизмом растворения, изменение поверхности оксида с течением времен пропорционально числу активных центров на поверхности частицы оксида.
Понимание механизма процесса растворения и моделирование процесса на базе кинетических параметров с использованием конкретных кинетических моделей позволяет снизить энергопотребление выбранного производства и расширить возможности его оптимизации. Энергоемкость технологического производства зависит от ряда факторов, поэтому определение в результате исследований оптимальных кинетических параметров позволяет снизить норму расхода реагентов и энергопотребление. Результат расчета экономической эффективности зависит от конкретного исходного состава сырья и требований, предъявляемых к производительности процесса.
