입자의 반응 속도모델

침출은 침출제와 광석들의 반응을 통해, 유용한 금속과 때로는 불순물을 함께 용액으로 녹여내는 과정입니다. 이 과정에서 각각의 입자들이 어떻게 반응을 하는지와 그 반응의 속도를 나타내는데는 다양한 모델들이 있습니다. 이 모델들은 유체(fluid)와 입자(particle) 간의 반응에 해당되며, 반응과 결과는 아래와 같이 분류할 수 있을 것입니다.

Different sorts of behavior of reacting spherical solid particles

 

·A(fliud) + B(solid) → fluid products

·A(fliud) + B(solid) → solid products (ex.  배소(roasting), 가소(calcination))

·A(fliud) + B(solid) → fluid and solid products (ex. 광석의 침출)

 

이들의 반응과 반응의 속도 모델을 통해 구해지는 속도상수(k)와 아레니우스 식(Arrhenius's equation)을 이용하여 구한 활성화에너지(activation energy)를 통해 실제 환경에서 발생하는 현상을 예측하고 공정을 디자인하기 위하여 사용될 수 있기 때문에, 반응에 대한 모델 식과 실제로 관측되는 현상이 유사하여야 합니다. 아래에서는 자주 사용되는 모델들을 살펴보도록 하겠습니다.

 

(1) Shrinking Core Model (SCM)

 

SCM은 반응이 진행됨에 따라 반응의 영역이 입자의 외곽부에서 중심부로 이동하며 발생한다는 모델이며, 가스(gas)나 용액(solution)과의 반응에서 일반적으로 생각해볼 수 있는 대표적인 모델 중 하나입니다. 

 

---

(2) Progressive Conversion Model (PCM)

 

SCM과 반대로, 반응 시간동안 반응이 입자의 전역에 걸쳐서 발생하는 모델입니다. PCM은 입자 내 반응의 지점에 따라 상이한 반응 속도를 가지며, 반응은 지속 및 점진적으로 발생합니다.

 

모델을 설명해주는 위의 그림을 통해, 각각의 반응 진행이 입자의 외곽부터 중심부까지 다르게 진행된다는 것을 알 수 있습니다.