化学反应速率与扩散传质速率

化学反应速率v_k及扩散传质速率v_D，它们各按自身的规律而变化。对于堆浸来说，经过一段时间的浸出后，有可能达到v_k与v_D相等，这时堆浸过程的速率v可表示如下：

或              k_D（C₀－C_i）＝k_kC"_j     （2）

浸出中的化学反应多数是一级反应，即n＝1，于是式（2）变为

k_DC₀－k'_DC_t＝k_kC_i       （3）

整理式（3），则得

因此时的浸出速率v与v_k相等，故

当堆浸过程为化学反应速率所决定时，则k_k《k_D，即v＝k_kC₀

当堆浸过程为扩散传质速率所控制时，则k_D《k_k，即v＝k_DC₀

上述系两种极端情况，绝大多数的堆浸过程的化学反应速率与扩散传质速率的差别没有如此之大，但整个浸出过程仍由慢步骤所控制。由于化学反应常发生在界面处，人们常称此处为化学反应动力学区，简称动力区；而物质的扩散传质需在均一的液相中进行，故人们通常把进行扩散传质的溶液主体称为扩散动力学区。简称扩散区。

在反应区，化学反应速率受控于溶浸剂种类、浓度、接触面积、矿物组成及其价态、反应温度等主要因素。在扩散区，影响物质扩散传质速率的主要因素有：引起分子扩散的浓度梯度，引起对流扩散的外力－机械力、重力、毛管力等，分子或离子的直径、质量，介质溶液的粘度等。温度对扩散速率也有影响，但温度对化学反应的影响尤为主要。人们还常把温度对浸出反应的表观速率的影响程度作为区分该浸出过程是受化学反应动力控制，还是受扩散动力控制的一条重要依据。如果温度的变化能引起浸出速率大的变化，则往往认为该浸出反应是属化学反应动力学控制；反之，湿度变化不能使浸出速率发生大的变化，则通常认为该浸出过程受扩散控制，如前所述，氰化浸金过程中一般是不加温的，因为人们认定氰化浸金过程是典型的扩散动力学过程。而碱法浸铀过程一般需要较高温度，因为它是受化学反应动力学所支配。

许多浸出过程是非常复杂的。因而，从更广泛的意义上来说，是化学反应控制，还是扩散控制只有相对的意义，不应绝对化，只能结合具体的实际情况，进行细致的分析研究，方能真实地描绘出浸出历程。就堆浸而言，一般情况下，无论铀、金，还是铜主要受控于扩散过程。但是在特定的条件下，例如某些原生矿石的堆浸，化学反应速率慢，成为浸出过程的速率决定步骤。对浸出过程，人们通常假定经历如下五个阶段：

一、溶浸剂从溶液主体扩散到矿石表面，包括从溶液主体到矿石表面的重力和表面张力的作用和通过液膜的分子扩散－外扩散。

二、溶浸剂从矿石的外表面扩散到矿石的裂隙和毛细管中－内扩散。

三、溶浸剂与矿物发生化学反应，包括化学变化和相变。

四、生成物从矿石的内表面，通过裂隙和毛细管扩散到外表面－内扩散。

五、生成物从矿石外表面扩散到溶液主体－外扩散。

这五个步骤中仅第三步骤与化学反应速率有关，且大多数是一级反应，而其他四个步骤都与扩散相关。