鋁酸鈉溶液晶種分解過程中顆粒行為及其調控.pdf

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

2、數據計算NaOH-NaAl(OH)4-H2O體系的熱力學性質模型，從而奠定了鋁酸鈉溶液分解過程研究的熱力學基礎。
　　利用Debye-Hückel模型與Pitzer方程的關聯(lián)性構建了三水鋁石在氫氧化鈉溶液中的溶解反應平衡常數的理論計算模型:logK=-161.1495+4629.7868/T+26.6959ln(T)-0.0256T
　　根據該平衡常數與溶解度數據的關系，獲得了NaAl(OH)4的Pitzer模型參數，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θOH-Al(OH)4-，以及Al(OH)4-與OH-和Na+的三離子混合參數ψNa+OH-Al(OH)4-，從而形成了NaO H-NaA l(OH)4-H2O體系的活度系數計算模型。適用性分析表明，所得模型和參數可準確計算三水鋁石溶解反應的平衡常數及平衡溶解度。
　　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、關系，為控制分解不同時期體系細粒子含量以提高分解率提供了理論依據。
　　在測定鋁酸鈉溶液表面張力、氫氧化鋁固體表面能以及固-液接觸角等參數的基礎上，計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，結合Ostwald熟化公式，對鋁酸鈉溶液中Al(OH)3溶解度與其顆粒尺寸之間的關系以及臨界核尺寸的變化規(guī)律進行了分析。結果表明:三水鋁石細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、附聚與長大的規(guī)律，為調控晶種分解過程粒子數平衡提供了理論支撐。
　　通過分析分解過程中各粒度區(qū)間粒子數變化規(guī)律，發(fā)現:二次成核主要發(fā)生在晶種分解前期(＜10h);分解中期(10～34h)，晶種系數在0.7～1.4范圍內的體系，顆粒附聚占主導作用，而對于晶種系數在2.0～4.0范圍內的體系，以晶體長大為主;分解末期(＞34h)，粒子數變化不大，晶體緩慢長大。<

6、br>　　4)明晰了添加劑強化鋁酸鈉溶液晶種分解過程的機理，為篩選和開發(fā)改善固-液界面性質的高效表面活性劑提供了理論依據。
　　研究了篩選出的兩類添加劑對分解過程的影響: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％，產品平均粒徑提高～20μm。理論分析表明，添加劑通過提高晶種表面Zeta電位、降低溶液表面張力等方式，改善了固-液界

7、面性質，從而使分解過程得以強化。
　　5)研究開發(fā)了協(xié)同調控晶種分解過程Al(OH)3顆粒行為的技術，為強化鋁酸鈉溶液晶種分解過程提供了技術支撐。
　　基于上述理論研究結果，提出了通過調控溶液中含鋁離子向有利于分解的簡單四面體鋁酸根離子Al(OH)4轉化、添加劑改善固-液界面性質和分解后期控制體系處于Ostwald熟化過程等措施強化晶種分解過程。與傳統(tǒng)分解工藝制度下的實驗結果比較，可提高分解率6～8％，而Al(OH)3未見明