過(guò)飽和鋁酸鈉溶液種分強(qiáng)化及添加劑分子設(shè)計(jì).pdf

1、鋁酸鈉溶液種分過(guò)程是整個(gè)氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程最重要的工序之一。提高溶液的分解速率，獲得粒度分布均勻、強(qiáng)度高的氫氧化鋁產(chǎn)品是氧化鋁生產(chǎn)工作者孜孜以求的目標(biāo)。本文采用活化晶種、有機(jī)添加劑等方法強(qiáng)化鋁酸鈉溶液的晶種分解與附聚，著重探討了氫氧化鋁結(jié)晶過(guò)程的強(qiáng)化機(jī)制，為強(qiáng)化鋁酸鈉溶液的晶種分解研究提供了新的思路和方法。 本文以研究鋁酸鈉溶液晶種分解過(guò)程為基礎(chǔ)，結(jié)合激光粒度分析、紅外(IR)、27Al NMR、27Al MAS NMR、XRD、S

2、EM等分析測(cè)試手段以及量化計(jì)算方法，研究了活性晶種的效能及作用機(jī)制；考察了具有籠狀結(jié)構(gòu)的15-冠-5-醚的強(qiáng)化作用機(jī)制；系統(tǒng)研究了添加劑官能團(tuán)電荷結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)對(duì)其強(qiáng)化鋁酸鈉溶液分解能力的影響；研究了油酸等油性添加劑強(qiáng)化附聚的效能與機(jī)制；提出了顆粒達(dá)到臨界附聚條件的臨界時(shí)間模型；從實(shí)驗(yàn)和計(jì)算兩方面論證了使用添加劑控制氫氧化鋁形貌的可行性；采用27Al MAS NMR、分子探針?lè)椒▽?duì)鋁酸鈉溶液的分解過(guò)程進(jìn)行了跟蹤和分析；主要依據(jù)本文研究結(jié)

3、果，歸納了添加劑設(shè)計(jì)的一般規(guī)則。具體研究結(jié)果如下： 1.采用蒸餾水蒸煮方法對(duì)工業(yè)級(jí)氫氧化鋁晶種進(jìn)行了活化。發(fā)現(xiàn)活化晶種能明顯提高溶液的分解速率。在種分附聚實(shí)驗(yàn)中，溶液分解率在10 h內(nèi)最高可提高5.0％左右；種分全過(guò)程中(60 h)，提高分解率4.0％左右。晶種被活化的機(jī)理是封閉晶種活性點(diǎn)的有機(jī)物解吸，從而使顯露的活性點(diǎn)增多。 2.研究了籠狀分子結(jié)構(gòu)的15-冠-5-醚對(duì)鋁酸鈉溶液分解過(guò)程的影響。發(fā)現(xiàn)其促進(jìn)了鋁酸鈉溶液的晶

4、種分解，降低了鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性，強(qiáng)化了成核過(guò)程。鋁酸鈉溶液的27AlNMR峰寬隨15-冠-5-醚的增大而增加。冠醚可能的作用機(jī)理：與鈉離子配合，促進(jìn)了鋁酸根離子的締合以及鋁酸根離子的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成。 3.系統(tǒng)研究了添加劑官能團(tuán)電荷結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)對(duì)其性能的影響。發(fā)現(xiàn)四碳鏈添加劑1-丁醇，1，4-二氧六環(huán)和四氫呋喃提高鋁酸鈉溶液晶種分解速率的能力與分子中官能團(tuán)上氧原子凈電荷數(shù)成負(fù)相關(guān)關(guān)系；濃度較高的乙二醇降低了溶液的分解速率，而空

5、間位阻更大的乙二醇一乙醚則能提高分解速率。 4.研究了一系列油性添加劑對(duì)附聚過(guò)程的影響。發(fā)現(xiàn)低濃度的油酸在較高溫度下能極大地促進(jìn)晶種附聚；中等濃度的塔爾油對(duì)附聚的強(qiáng)化作用明顯；塔爾油與十二醇按一定的配比和濃度添加，可得到分解率高、附聚度好的產(chǎn)品。提出了臨界附聚時(shí)間概念，并結(jié)合鋁酸鈉溶液種分動(dòng)力學(xué)分形特征，得出晶體顆粒達(dá)到臨界附聚狀態(tài)所需時(shí)間的定積分模型如下： 5.提出并證實(shí)了使用添加劑控制氫氧化鋁晶體形貌的設(shè)想。種分實(shí)驗(yàn)

6、結(jié)果顯示，油酸使種分產(chǎn)品gibbsite晶體(001)面簇顯露面積增大；均相成核實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，十八醇、油酸和十八酸均能明顯影響晶體的形貌。油酸與gibbsite晶面相互作用的理論計(jì)算結(jié)果表明，油酸以一定的方式吸附在晶種(001)面，抑制了附聚，但是使(001)面頑強(qiáng)顯露；油酸在(100)面以一定的方式吸附則促進(jìn)了附聚。 6.采用27Al MAS NMR，分子探針?lè)椒?、理論?jì)算等方法對(duì)鋁酸鈉溶液的分解過(guò)程進(jìn)行了跟蹤和分析。首次發(fā)現(xiàn)

7、、證明了某些醇類(lèi)化合物(1，2-辛二醇)能夠通過(guò)改變?nèi)芤航Y(jié)構(gòu)的方式抑制鋁酸鈉溶液的分解；發(fā)現(xiàn)鋁酸根離子的分解、構(gòu)型轉(zhuǎn)化過(guò)程主要在本體溶液(固-液界面)中完成；發(fā)現(xiàn)空間結(jié)構(gòu)匹配、電荷結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亩嘣寄軌蚶喂痰匚皆诰ХN表面，抑制生長(zhǎng)基元在晶種表面的析出。 7.主要依據(jù)本文的研究結(jié)果，分別歸納出了結(jié)晶強(qiáng)化型、附聚強(qiáng)化型添加劑分子設(shè)計(jì)一般規(guī)則，指出結(jié)晶強(qiáng)化型添加劑分子設(shè)計(jì)可從降低溶液的穩(wěn)定性和改善固-液界面性質(zhì)兩個(gè)基本方面入手；附聚強(qiáng)