超聲波強化鋁酸鈉溶液分解過程機理的研究.pdf

1、鋁酸鈉溶液分解過程是拜耳法氧化鋁生產(chǎn)的重要工序，它對產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)能等指標均有十分重要的影響。它是氧化鋁生產(chǎn)過程中耗時最長，設備最龐大的工序之一，也成為氧化鋁產(chǎn)能提高的瓶頸之一，因此，強化鋁酸鈉溶液種分過程對降低氧化鋁生產(chǎn)的設備費用、提高氧化鋁產(chǎn)能有著十分重要的意義。研究表明，超聲波作用對鋁酸鈉溶液分解過程有一定強化作用，但超聲波的作用機理及影響超聲波強化的條件十分復雜，還有待進一步研究。 本工作通過量熱、聲頻譜分析、化學分析等手

2、段初步探討了超聲波作用于不同性質(zhì)的鋁酸鈉溶液的能量及其分布關系；通過聲致熒光法研究了鋁酸鈉溶液聲場分布及聲場性質(zhì)；通過拉曼、核磁共振、EPR譜分析、分子動力學模擬及自由基反應特性探討了超聲波作用于鋁酸鈉溶液種分過程的機理；通過滴定分析、粒度分析及SEM影象考察了超聲波對鋁酸鈉溶液分解過程的影響；并由超聲波作用于種分過程的機理初步探索了超聲波應用及強化途徑。研究結果如下： 1)定義了表征超聲波聲場性質(zhì)的參數(shù)，確立了用聲頻譜分析來判

3、斷超聲空化的方法；結合量熱測定，用超聲空化率、空化能量等參數(shù)對水為媒質(zhì)的聲場性質(zhì)進行了研究，得出了計算超聲空化能量和空化閾值等參數(shù)的方法。 2)在相同的超聲波條件下，超聲波產(chǎn)生的熱量隨著鋁酸鈉溶液濃度和αk的增加而減??；超聲波輸入系統(tǒng)的總能量隨著αk增加而減??；超聲空化能量基本隨濃度的增加而減小，而在中等αk時較高；隨著鋁酸鈉溶液濃度的增加，空化閾值聲功率也增加，中等αk時，空化閾值聲功率較??；溫度升高可提高超聲空化強度；媒質(zhì)中

4、溶入氣體有利于超聲空化作用發(fā)生；媒質(zhì)中含有微粒可使超聲空化強度有一定提高，但加入微粒的量在0.1g·l-1以上時，加入微粒量增加對超聲空化程度幾乎沒有影響。 3)在同樣超聲波功率條件下，鋁酸鈉溶液濃度越高，超聲波聲致熒光的區(qū)域越窄；鋁酸鈉溶液的聲致熒光強度隨著濃度增加而減小，在αk=1.48以下，聲致熒光強度隨αk增加迅速增加，而αk=1.48以上時，聲致熒光強度隨αk的變化不顯著?？栈撝惦S著鋁酸鈉溶液濃度增加而增加，低αk比

5、中等αk的鋁酸鈉溶液空化閾值明顯要高，而中等αk與高αk基本無差別。 4)用電子自旋共振及自旋捕捉技術檢測了鋁酸鈉溶液中的聲致自由基，通過Naman光譜和Al27-NMR譜的分析，發(fā)現(xiàn)超聲波作用后鋁酸鈉溶液中可能形成高聚體的離子，溶液的聚合度增加，且鋁酸根離子配位數(shù)可能增加。通過分子動力學模擬和自由基反應特性提出了超聲波強化鋁酸鈉溶液分解過程的可能機理。 5)低頻超聲波可在一定時間內(nèi)提高鋁酸鈉溶液的種分分解速率，鋁酸鈉溶

6、液種分過程主要是通過對成核過程強化而起作用的。只有在中等溫度條件下，超聲波功率足夠強時，才有可能使超聲波對鋁酸鈉溶液種分過程的強化作用得以實現(xiàn)。發(fā)生超聲空化是超聲波強化作用能夠發(fā)生的必要條件，但不是充分條件。超聲波作用后的鋁酸鈉溶液生成的六邊形晶體薄片更多，可能造成其堆積更有序，而導致生成晶核速率較快。通過XRD分析，發(fā)現(xiàn)超聲波作用對鋁酸鈉溶液晶型沒有影響。討論了用加入擾動和雙聲源強化超聲空化作用的方法。針對超聲波強化過程中出現(xiàn)的細小粒