鋁酸鈉溶液晶種分解過(guò)程中顆粒行為及其調(diào)控.pdf

1、鋁酸鈉溶液晶種分解過(guò)程是拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的關(guān)鍵工序，提高分解率與改善產(chǎn)品質(zhì)量之間的矛盾，一直是氧化鋁生產(chǎn)亟待突破的技術(shù)瓶頸之一。
　　本文通過(guò)對(duì)鋁酸鈉溶液晶種分解體系熱力學(xué)與界面性質(zhì)的研究，明晰了Al(OH)3顆粒在晶種分解過(guò)程中成核、附聚與長(zhǎng)大的規(guī)律，提出了協(xié)同調(diào)控晶種分解過(guò)程Al(OH)3顆粒行為的技術(shù)，在提高分解率的同時(shí)，保證和改善了產(chǎn)品質(zhì)量。主要研究結(jié)果如下:
　　1)發(fā)展和完善了基于鋁酸鈉溶液中Al(OH)3溶解度

2、數(shù)據(jù)計(jì)算NaOH-NaAl(OH)4-H2O體系的熱力學(xué)性質(zhì)模型，從而奠定了鋁酸鈉溶液分解過(guò)程研究的熱力學(xué)基礎(chǔ)。
　　利用Debye-Hückel模型與Pitzer方程的關(guān)聯(lián)性構(gòu)建了三水鋁石在氫氧化鈉溶液中的溶解反應(yīng)平衡常數(shù)的理論計(jì)算模型:logK=-161.1495+4629.7868/T+26.6959ln(T)-0.0256T
　　根據(jù)該平衡常數(shù)與溶解度數(shù)據(jù)的關(guān)系，獲得了NaAl(OH)4的Pitzer模型參數(shù)，即β(

3、0)NaAl(OH)4，β(1)NaAl(OH)4和CΦNaAl(OH)4，Al(OH)4-與OH的二離子混合參數(shù)θOH-Al(OH)4-，以及Al(OH)4-與OH-和Na+的三離子混合參數(shù)ψNa+OH-Al(OH)4-，從而形成了NaO H-NaA l(OH)4-H2O體系的活度系數(shù)計(jì)算模型。適用性分析表明，所得模型和參數(shù)可準(zhǔn)確計(jì)算三水鋁石溶解反應(yīng)的平衡常數(shù)及平衡溶解度。
　　2)分析了鋁酸鈉溶液中氫氧化鋁溶解度與其顆粒尺寸的

4、關(guān)系，為控制分解不同時(shí)期體系細(xì)粒子含量以提高分解率提供了理論依據(jù)。
　　在測(cè)定鋁酸鈉溶液表面張力、氫氧化鋁固體表面能以及固-液接觸角等參數(shù)的基礎(chǔ)上，計(jì)算了鋁酸鈉溶液與氫氧化鋁之間的固-液界面能。以此為基礎(chǔ)，結(jié)合Ostwald熟化公式，對(duì)鋁酸鈉溶液中Al(OH)3溶解度與其顆粒尺寸之間的關(guān)系以及臨界核尺寸的變化規(guī)律進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:三水鋁石細(xì)粒子的溶解度大于粗粒子的溶解度，且其臨界核尺寸隨堿濃度、苛性比及溫度的升高而增大，細(xì)粒子

5、的存在是限制分解深度的重要因素。
　　3)明晰了Al(OH)3成核、附聚與長(zhǎng)大的規(guī)律，為調(diào)控晶種分解過(guò)程粒子數(shù)平衡提供了理論支撐。
　　通過(guò)分析分解過(guò)程中各粒度區(qū)間粒子數(shù)變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn):二次成核主要發(fā)生在晶種分解前期(＜10h);分解中期(10～34h)，晶種系數(shù)在0.7～1.4范圍內(nèi)的體系，顆粒附聚占主導(dǎo)作用，而對(duì)于晶種系數(shù)在2.0～4.0范圍內(nèi)的體系，以晶體長(zhǎng)大為主;分解末期(＞34h)，粒子數(shù)變化不大，晶體緩慢長(zhǎng)大。<

6、br>　　4)明晰了添加劑強(qiáng)化鋁酸鈉溶液晶種分解過(guò)程的機(jī)理，為篩選和開(kāi)發(fā)改善固-液界面性質(zhì)的高效表面活性劑提供了理論依據(jù)。
　　研究了篩選出的兩類添加劑對(duì)分解過(guò)程的影響:添加500mg/L醚類非離子表面活性劑A可提高分解率4％，產(chǎn)品平均粒徑增大～10μm，而添加150 mg/L陰離子表面活性劑B可提高分解率3.8％，產(chǎn)品平均粒徑提高～20μm。理論分析表明，添加劑通過(guò)提高晶種表面Zeta電位、降低溶液表面張力等方式，改善了固-液界

7、面性質(zhì)，從而使分解過(guò)程得以強(qiáng)化。
　　5)研究開(kāi)發(fā)了協(xié)同調(diào)控晶種分解過(guò)程Al(OH)3顆粒行為的技術(shù)，為強(qiáng)化鋁酸鈉溶液晶種分解過(guò)程提供了技術(shù)支撐。
　　基于上述理論研究結(jié)果，提出了通過(guò)調(diào)控溶液中含鋁離子向有利于分解的簡(jiǎn)單四面體鋁酸根離子Al(OH)4轉(zhuǎn)化、添加劑改善固-液界面性質(zhì)和分解后期控制體系處于Ostwald熟化過(guò)程等措施強(qiáng)化晶種分解過(guò)程。與傳統(tǒng)分解工藝制度下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，可提高分解率6～8％，而Al(OH)3未見(jiàn)明