铝酸钠溶液分解产品粒度周期性细化的规律及防治研究

论文摘要

氧化铝是生产电解铝的主要原料，同时也是电子、石油、化工、耐火材料、陶瓷等行业不可缺少的重要原材料。近年来，随着对环保要求的日益严格以及大型预焙电解槽的广泛应用，具有颗粒均匀粗大、较好的流动性、良好的熔盐溶解性能、优越的吸附性等诸多优点的砂状氧化铝更加受到青睐。为适应国际市场的要求，氧化铝界的科研单位和企业做了大量的工作，目前，氧化铝的粒度和强度等均有了很大的改善，但我国拜耳法氧化铝的粒度仍然存在周期性爆发性细化问题，严重影响到拜耳法系统的正常运行。因此消除产品粒度的周期性细化已成为我国氧化铝工业急需解决的问题，本文针对氧化铝工业生产中存在的上述问题，对铝酸钠溶液分解产品粒度周期性细化的规律及防治进行了系统研究。 本文在实验室模拟工业条件对产品粒度周期性细化的规律、条件、影响因素进行了系统研究，并结合SEM照片对其机理进行了研究。发现产品粒度波动的周期随温度的升高而缩短、随晶种量的增加而延长，粒度波动的振幅随温度的升高而减小、随晶种加入量的增加而增大：在其它条件基本不变的情况下，用于分解的晶种粒度分布出现断层造成其分布不平衡，特别是细粒子减少，粗粒子增多，导致种子的比表面积变小，以至于分解后期种子的比表面积小于某一临界值，从而导致产品粒度的爆发性细化。 本文提出在产品粒度变化的不同时期向分解流程中连续补充细种子以稳定产品的粒度。研究发现在产品粒度变化的粗化期补充细种子有加速产品粒度产生细化的趋势，在产品粒度变化的细化中期补充60g/L左右的细种子可稳定产品的粒度波动。 本文在实验室模拟工业条件系统研究了碳分晶种对铝酸钠溶液种分过程的影响。发现在种分过程加入一定比例的碳分晶种可提高铝酸钠溶液的分解率，稳定产品氢氧化铝的粒度，显著提高产品氢氧化铝的强度，依据本次试验条件，建议在分解总固含为500g/L的条件下，碳分晶种的添加量为150～200g/L较宜。 研究了不同添加剂以及不同添加剂的添加量对铝酸钠溶液种分过程的影响，结合电子显微镜（SEM）对产品的结晶形貌进行了观察，并探讨了添加剂的作用机理。发现添加剂的应用促进了不同颗粒间附聚的进行，增大附聚颗粒的临界半径，并有效抑制了二次成核的发生，同时也促进了晶体的交互生长，相比之下，添加剂I32的添加量在40mg/L下更有利于改善产品的粒度、强化铝酸钠溶液分解。

论文目录

• 独创性声明
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• 中文摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 本论文研究的目的及意义
• 1.3 国内外生产砂状氧化铝的技术概况
• 1.3.1 砂状氧化铝的特点
• 1.3.2 国外生产砂状氧化铝的技术概况
• 1.3.2.1 美国法生产砂状氧化铝
• 1.3.2.2 欧洲法生产砂状氧化铝
• 1.3.3 国内生产砂状氧化铝的技术概况
• 1.4 铝酸钠溶液加种子分解过程
• 1.4.1 铝酸钠溶液的结构
• 1.4.2 分解机理
• 1.4.2.1 铝酸离子的分解
• 1.4.2.2 氢氧化铝结晶形成过程
• 1.4.3 影响晶种分解的因素
• 1.4.3.1 温度对晶种分解的影响
• 1.4.3.2 晶种对分解过程的影响
• 1.4.3.3 苛性碱浓度和分子比对分解过程的影响
• 1.4.3.4 杂质对晶种分解过程的影响
• 1.5 强化铝酸钠溶液分解过程的研究
• 1.5.1 添加剂强化铝酸钠溶液分解过程的研究
• 1.5.2 超声波对铝酸钠溶液分解过程的影响
• 1.6 本论文研究的主要内容
• 2 试验及测试方法
• 2.1 晶种与溶液
• 2.1.1 晶种
• 2.1.2 铝酸钠溶液
• 2.2 分析及计算方法
• 2.2.1 铝酸钠溶液浓度的分析
• 2O₃和全碱的分析'>2.2.1.1 Al₂O₃和全碱的分析
• 2O_k）浓度的分析'>2.2.1.2 苛碱（Na₂O_k）浓度的分析
• 2.2.2 分解率计算
• 2.2.3 铝酸钠溶液的平衡浓度计算
• 2.3 晶种及产品粒度的分析
• 2.4 分析及试验设备
• 2.4.1 分析及测试仪器
• 2.4.2 分解槽
• 2.4.2.1 搅拌桨式分解槽
• 2.4.2.2 水浴式搅拌桨式分解槽
• 3强度测定'>2.4.3 Al（OH）₃强度测定
• 2.4.4 超声波清洗器
• 3 铝酸钠溶液分解过程中产品 AH粒度周期性细化现象的研究
• 3.1 拜耳法生产简述
• 3.1.1 生产工艺流程简介
• 3.1.2 生产数据分析
• 3.2 氢氧化铝粒度发生周期性爆发性细化的规律及条件
• 3.2.1 产品粒度变化的规律
• 3.2.2 产品粒度发生爆发性细化的条件
• 3.3 影响产品粒度周期性爆发性细化的因素
• 3.3.1 过饱和度的影响
• 3.3.2 分解温度对周期性细化的影响
• 3.3.3 晶种加入量对周期性细化的影响
• 3.3.5 种子粒度及其表面性质对周期性细化的影响
• 3.4 晶体形貌在分解过程中的变化
• 3.5 周期性爆发性细化的机理分析
• 3.6 小结
• 4 细种子对产品粒度影响的研究
• 4.1 产品粒度周期性变化的阶段划分
• 4.2 粗化初期补充细种子对粒度的影响
• 4.2.1 产品粒度在分解过程中的变化
• 4.2.2 产品比表面积在分解过程中的变化
• 4.3 细化中期补充细粒子对产品粒度的影响
• 4.3.1 细种子添加量对产品粒度的影响
• 4.3.2 细种子添加量对产品比表面积的影响
• 4.3.3 产品氢氧化铝的结晶形貌在分解过程中的变化
• 4.4 小结
• 5 碳分晶种对铝酸钠溶液分解过程影响的研究
• 5.1 碳分晶种对产品粒度的影响
• 5.2 碳分晶种对溶液分解率的影响
• 5.3 碳分晶种对产品氢氧化铝强度的影响
• 5.4 产品氢氧化铝中部分杂质在分解中的变化
• 5.5 小节
• 6 添加剂对铝酸钠溶液分解过程影响的研究
• 6.1 表面活性剂概述
• 6.1.1 表面活性剂的分子结构特征与类型
• 6.1.2 表面活性剂的特性
• 6.1.3 表面活性剂在溶液界面上的吸附
• 6.1.4 表面活性剂在固一液界面上的吸附
• 6.1.4.1 吸附机理
• 6.1.4.2 吸附对固体表面的影响
• 6.2 表面活性剂强化种分过程的依据及选择原则
• 6.2.1 表面活性剂强化铝酸钠溶液晶种分解过程的依据
• 6.2.2 表面活性剂选择
• 6.3 阴离子表面活性剂
• 6.4 添加剂的添加量对分解的影响
• 3型添加剂对分解的影响'>6.4.1 I₃型添加剂对分解的影响
• 3对二次成核的影响'>6.4.1.1 I₃对二次成核的影响
• 3对附聚的影响'>6.4.1.2 I₃对附聚的影响
• 3对分解率的影响'>6.4.1.3 I₃对分解率的影响
• 32型添加剂对分解的影响'>6.4.2 I₃₂型添加剂对分解的影响
• 32对成核的影响'>6.4.2.1 I₃₂对成核的影响
• 32对附聚的影响'>6.4.2.2 I₃₂对附聚的影响
• 32对分解率的影响'>6.4.2.3 I₃₂对分解率的影响
• 6.4.3 7837型添加剂对分解的影响
• 6.4.3.1 7837对成核的影响
• 6.4.3.2 7837对附聚的影响
• 6.4.3.3 7837对分解率的影响
• 6.5 不同添加剂对分解的影响
• 6.5.1 添加剂对附聚过程的影响
• 6.5.2 添加剂对二次成核的影响
• 6.5.3 添加剂对分解率的影响
• 6.5.4 添加剂对产物结晶形貌的影响
• 6.6 添加剂对产品粒度变化周期的影响
• 6.7 热重分析
• 6.8 表面活性剂的作用机理研究
• 6.8.1 表面活性剂使粒度变大
• 6.8.2 添加剂使结晶形貌的改变
• 6.8.3 添加剂使分解率降低
• 6.9 小结
• 7 超声波对铝酸钠溶液分解过程影响的研究
• 7.1 超声波概述
• 7.1.1 超声波与媒质间的作用机制
• 7.1.1.1 热机制
• 7.1.1.2 机械（力学）机制
• 7.1.1.3 空化机制
• 7.1.2 超声波在结晶过程中的应用
• 7.1.3 超声波强化溶液结晶过程的机理
• 7.2 超声波对铝酸钠溶液过程的影响
• 7.2.1 超声波频率对分解过程的影响
• 7.2.1.1 超声波频率对产品粒度的影响
• 7.2.1.2 超声波频率对溶液分解率的影响
• 7.2.2 超声波功率对分解过程的影响
• 7.2.2.1 超声波功率对产品粒度的影响
• 7.2.2.1 超声波功率对溶液分解率的影响
• 7.2.3 超声场的作用时间对分解过程的影响
• 7.2.3.1 超声场的作用时间对产品粒度的影响
• 7.2.3.1 超声场的作用时间对溶液分解率的影响
• 7.2.4 超声场作用下溶液分子比对分解过程的影响
• 7.2.4.1 溶液分子比对产品粒度的影响
• 7.2.4.2 溶液分子比对溶液分解率的影响
• 7.2.5 超声波对产品晶体形貌的影响
• 7.3 超声波促进铝酸钠溶液分解过程的机理
• 7.3.1 超声场对铝酸钠溶液性质的影响
• 7.3.1.1 超声场对铝酸钠溶液表面张力的影响
• 7.3.1.2 超声场对铝酸钠溶液粘度的影响
• 7.3.2 超声场对分解动力学的影响
• 7.3.2.1 动力学方程及分解速率常数的确定
• 7.3.2.2 活化能的求解
• 7.3.3 超声波促进铝酸钠溶液分解过程的机理分析
• 7.4 小节
• 8 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 致谢
• 作者简介