分類號(hào)密級(jí)U D C 編號(hào)中 南 大 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 論文題目 五元雜環(huán)類添加劑對(duì)鋁酸鈉溶液 種分過程的影響 學(xué) 科、專 業(yè) 冶金物理化學(xué) 研究生姓名 董楠婭 導(dǎo)師 姓 名 陳啟元教授中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘 要 I 摘 要 在拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝中， 選用合適的添加劑是強(qiáng)化鋁酸鈉溶液晶種分解過程的一種簡(jiǎn)單易行的方法， 由于對(duì)鋁酸鈉溶液結(jié)構(gòu)及添加劑與晶種表面的作用機(jī)制不甚了解， 在選擇合適添加劑上往往缺乏理論指導(dǎo)。本文選擇一組具備獨(dú)特結(jié)構(gòu)的五元雜環(huán)化合物添加劑，即核糖、四氫糠醇、四氫呋喃作為探針分子，在不同苛堿濃度、添加劑濃度下，通過研究種分分解率、產(chǎn)品粒度、產(chǎn)品形貌與晶體結(jié)構(gòu)的變化，探討了不同結(jié)構(gòu)探針分子對(duì)鋁酸鈉溶液種 分過程的影響，采用 算了優(yōu)化后模型的幾何構(gòu)型、總能量、原子凈電荷數(shù)、態(tài)密度、費(fèi)米能級(jí)等，獲得了五元雜環(huán)類添加劑在鋁酸鈉溶液種分過程中的作用機(jī)理，結(jié)論如下： 1. 核糖的添加明顯抑制了附聚過程，隨著添加濃度的增加和苛堿濃度的增大，核糖的抑制作用增強(qiáng)，種分過程出現(xiàn)成核現(xiàn)象，產(chǎn)品的細(xì)化現(xiàn)象明顯。但是核糖的添加并不能完全抑制氫氧化鋁的附聚，種分 810 2. 四氫糠醇的添加對(duì)附聚過程分解率及產(chǎn)品粒度未產(chǎn)生明顯的影響，僅產(chǎn)品的晶體表面出現(xiàn)了少量的片狀單晶。 3. 四氫呋喃對(duì)鋁酸鈉溶液附聚過程起明顯的促進(jìn)作用，隨著添加濃度的增加和苛堿濃度的增大，促進(jìn)作用增強(qiáng)，種分過程以附聚為主，產(chǎn)品粒度明顯增大。當(dāng)四氫呋喃添加量為 100時(shí)，產(chǎn)品晶粒之間的連接最緊密，此濃度下產(chǎn)品粒徑增大最明顯。 4. 添加劑核糖、四氫糠醇、四氫呋喃對(duì)鋁酸鈉溶液種分過程的作用機(jī)制存在差異。隨著探針分子羥基個(gè)數(shù)增多，氧原子的凈電荷數(shù)絕對(duì)值增大（四氫呋喃 四氫糠醇 核糖） ，探針分子與晶種表面形成的氫鍵鍵能增大，對(duì)晶種表面活性點(diǎn)的封閉作用增大，對(duì)種分附聚過程的抑制作用也增大。 關(guān)鍵詞：核糖，四氫糠醇，四氫呋喃，分解率，粒度分析 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 I t is a to of its to of as in By of HF on of at of of of of of of is as 1. an on is is be in 10m h. 2. no on of on of 3. It at of of 00, 4. HF is of of 南大學(xué)碩士學(xué)位論文 of is 目 錄 i 目 錄 摘 要 . I . 錄 .一章 文獻(xiàn)綜述 .言 .飽和鋁酸鈉溶液的性質(zhì)及結(jié)構(gòu) .酸鈉溶液種分過程強(qiáng)化途徑 . 外場(chǎng)強(qiáng)化 . 晶種活化 . 添加劑強(qiáng)化 .機(jī)鹽添加劑 .機(jī)添加劑 .子化學(xué)方法及 件包計(jì)算原理 .課題的提出 .二章 種分實(shí)驗(yàn)及分析方法 .驗(yàn)方法 . 鋁酸鈉溶液與晶種的制備 . 實(shí)驗(yàn)流程圖 . 主要試劑與儀器 . 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 . 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制 .性堿的分析 .化鋁的分析 .氧化鋁的粒度分析 .描電鏡 (定 . 射線衍射 (定 .三章 核糖對(duì)鋁酸鈉溶液種分過程的影響 .同添加量的核糖對(duì)鋁酸鈉溶液分解率及產(chǎn)品粒度分布的影響 .同苛堿濃度下核糖對(duì)鋁酸鈉溶液分解率及產(chǎn)品粒度分布的影響 .同添加量的核糖對(duì)產(chǎn)品氫氧化鋁表面形貌的影響 .品氫氧化鋁 X 射線衍射分析 .結(jié) .南大學(xué)碩士學(xué)位論文 目 錄 第四章 四氫糠醇對(duì)鋁酸鈉溶液種分過程的影響 .氫糠醇添加量對(duì)鋁酸鈉溶液分解率及產(chǎn)品粒度分布的影響 .氫糠醇對(duì)不同苛堿濃度鋁酸鈉溶液分解率及產(chǎn)品粒度分布影響 .同添加濃度下四氫糠醇對(duì)產(chǎn)品氫氧化鋁表面形貌的影響 .品氫氧化鋁 X 射線衍射分析 .結(jié) .五章 四氫呋喃對(duì)鋁酸鈉溶液種分過程的影響 .氫呋喃添加量對(duì)鋁酸鈉溶液分解率及產(chǎn)品粒度分布的影響 .氫呋喃對(duì)不同苛堿濃度鋁酸鈉溶液分解率及產(chǎn)品粒度分布影響 .氫呋喃對(duì)產(chǎn)品氫氧化鋁表面形貌的影響 .品氫氧化鋁 X 射線衍射分析 .結(jié) .六章 五元雜環(huán)類添加劑作用機(jī)理探索 .言 .論模型與計(jì)算方法 .糖的作用機(jī)理 . 核糖分子幾何構(gòu)型優(yōu)化及凈電荷數(shù)值 . 計(jì)算模型及作用機(jī)理 .氫糠醇的作用機(jī)理 . 四氫糠醇分子幾何構(gòu)型優(yōu)化及凈電荷數(shù)值 . 計(jì)算模型及作用機(jī)理 .氫呋喃的作用機(jī)理 . 四氫呋喃分子幾何構(gòu)型優(yōu)化及凈電荷數(shù)值 . 計(jì)算模型及作用機(jī)理 .結(jié) .七章 結(jié) 論 .考文獻(xiàn) . 謝 .讀碩士學(xué)位期間主要研究成果 .南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 1 第一章 文獻(xiàn)綜述 是發(fā)展最快的金屬產(chǎn)品，目前鋁的產(chǎn)量和消費(fèi)量均居有色金屬首位1由于鋁的應(yīng)用廣泛， 世界鋁的產(chǎn)銷兩旺， 一直呈持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)， 進(jìn)入 21世紀(jì)后，世界鋁的產(chǎn)銷狀況如表 1 表1界鋁產(chǎn)銷增長(zhǎng)狀況 單位：萬噸 項(xiàng)目名稱 2000 年 2001 年 2002 年 2003 年 2004 年 2005 年 年均遞增率 (%)氧化鋁產(chǎn)量 解鋁產(chǎn)量 解鋁消費(fèi)量 生鋁產(chǎn)量 氧化鋁是煉鋁的基本原料，每生產(chǎn) 1噸金屬鋁需要消耗近兩噸氧化鋁(隨著電解煉鋁產(chǎn)業(yè)的迅速增長(zhǎng)，氧化鋁生產(chǎn)已經(jīng)發(fā)展成較大的工業(yè)部門之一，目前世界 90%以上氧化鋁是用于生產(chǎn)電解鋁。氧化鋁的生產(chǎn)方法主要有堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法與熱法等四種，但只有堿法成功的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。堿法即用堿 (理鋁礦石， 使礦石中的氧化鋁轉(zhuǎn)變成鋁酸鈉溶液，純凈的鋁酸鈉溶液即可分解析出氫氧化鋁，經(jīng)分離、洗滌后進(jìn)行煅燒，便獲得氧化鋁產(chǎn)品。堿法生產(chǎn)氧化鋁有拜耳法、燒結(jié)法和拜耳燒結(jié)聯(lián)合法等。 目前世界近 90%氧化鋁和氫氧化鋁是用拜耳法生產(chǎn)的5，拜耳法包括兩個(gè)主要過程，過程一是： 右的鋁酸鈉溶液，在常溫下，添加氫氧化鋁作為晶種，不斷攪拌，溶液中的 時(shí) 鋁酸鈉溶液中的晶種分解過程。另一過程是溶出：已經(jīng)析出的大部分氫氧化鋁的溶液，在加熱的同時(shí)又可以溶出鋁土礦中的氧化鋁水合物，這也是利用種分母液溶出鋁土礦的過程。交替使用這兩個(gè)過程就可以一批批地處理鋁土礦，從中得出純的氫氧化鋁產(chǎn)品，構(gòu)成所謂的拜耳法循環(huán)。其實(shí)質(zhì)如下： 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 2 13H)4+ (1拜耳法具有流程簡(jiǎn)單、能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量好、純度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但鋁土礦的含硅礦物會(huì)造成氧化鋁和苛性堿的大量損失，因此，拜耳法只能處理含硅低的高品位鋁土礦 (A/S 應(yīng)大于 7)。 我國(guó)鋁土礦為一水硬鋁石型，與國(guó)外三水鋁石和一水軟鋁石相比，主要存在的問題歸納起來有以下幾個(gè)方面6, 7：由于主要采用混聯(lián)法生產(chǎn)工藝，處理中、低品位鋁土礦而造成氧化鋁生產(chǎn)流程長(zhǎng)、能耗高、生產(chǎn)成本高、產(chǎn)品質(zhì)量差、勞動(dòng)生產(chǎn)率低、建設(shè)投資大。為了找到適合我國(guó)鋁土礦資源特點(diǎn)的溶出工藝，我國(guó)氧化鋁工作者對(duì)此進(jìn)行了大量的研究， 提出了很多種新方法5， 如選礦拜耳法、石灰拜耳法、雙流法、焙燒預(yù)脫硅“拜耳法溶出”、焙燒壓力預(yù)脫硅過量石灰拜耳法浸出工藝、預(yù)焙燒拜耳法強(qiáng)化溶出等方法。雖然我國(guó)在一水硬鋁石溶出方面已取得突破性進(jìn)展，但對(duì)拜耳法種分工序的研究卻很少，未能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)提供有指導(dǎo)意義的理論依據(jù)。 晶種分解過程是拜耳法生產(chǎn)中耗時(shí)間最長(zhǎng)的一個(gè)工序 (一般為 3672h) ,且需加入很多晶種，而分解率一般也不超過 55%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論值。由于影響晶種分解的因素很多，如分解原液的濃度和苛性比值、溫度制度、晶種數(shù)量和質(zhì)量、分解時(shí)間、雜質(zhì)、攪拌強(qiáng)度等，使晶種分解過程成為氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的瓶頸之一。因此，如何強(qiáng)化晶種分解過程，縮短晶種分解時(shí)間，提高分解率，對(duì)提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用前景 。 年以來，為了探索鋁酸鈉溶液的結(jié)構(gòu)，許多研究者對(duì)鋁酸鈉溶液的密度、粘度、導(dǎo)電率、折射率、蒸氣壓和熱化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究和測(cè)定，得到了一般性的規(guī)律8, 9：鋁酸鈉溶液的密度隨溶液中氧化鋁濃度的增高而直線的增大，并在所有苛性堿濃度和溫度條件下，該比率相同；鋁酸鈉溶液的粘度隨溶液濃度的增大和 濃度的溶液尤為顯著；鋁酸鈉溶液的電導(dǎo)率隨溶液中 酸鈉溶液的飽和蒸氣壓主要決定于溶液中 酸鈉溶液的熱容，在 2590范圍內(nèi)受溫度的影響較大，隨溫度升高，影響減弱。 成瓊文等人10對(duì)溶液粘度與溫度、溶液中各成分濃度、苛性比等影響因素間的相互關(guān)系及其作用機(jī)理進(jìn)行研究， 得出鋁酸鈉溶液的粘度與其結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。溫度、溶液濃度和苛性比等因素影響溶液中 H)4與聚合鋁酸根離子間的相互轉(zhuǎn)變，從而影響溶液的粘度。同時(shí)指出粘度與苛性比、溫度和氧化鋁質(zhì)中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 3 量濃度之間的關(guān)系符合方程 : 503T (1王雅靜等人11過測(cè)定鋁酸鈉溶液的拉曼光譜證實(shí)， 隨著氧化鋁濃度的增大，聚合鋁離子 H)62 增多，溶液內(nèi)部離子相互作用力增強(qiáng)， “分子 ”變大，因而表面張力增大。同時(shí)通過正交實(shí)驗(yàn)得到在 L ， ，溫度 2575條件下鋁酸鈉溶液表面張力和比熱的回歸方程： =584T (1 (1由此回歸方程計(jì)算得出的表面張力和比熱與實(shí)際測(cè)量值偏差較小， 可以滿足氧化鋁生產(chǎn)的實(shí)際需要，為氧化鋁生產(chǎn)提供了充分的理論依據(jù)。 鋁酸鈉溶液特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定其物理性質(zhì)迥異于一般的離子溶液， 鋁酸鈉溶液的結(jié)構(gòu)實(shí)際上主要指鋁酸根陰離子的組成、 結(jié)構(gòu)和它們彼此之間以及鋁酸根陰離子與溶劑之間的相互作用。過飽和鋁酸鈉具有很大的穩(wěn)定性，氫氧化鋁結(jié)晶析出的過程極為緩慢， 但由于對(duì)溶液中鋁酸鈉陰離子的結(jié)構(gòu)和行為還沒有研究清楚， 所以關(guān)于鋁酸鈉溶液的分解機(jī)理至今沒有一致見解。 關(guān)于鋁酸陰離子的結(jié)構(gòu)，許多研究者已提出了許多可能的結(jié)果，大致分為以下三種： 1) 鋁酸鈉溶液是單純鋁酸根離子存在下的真溶液； 2) 在鋁酸鈉溶液中，存在加水分解的氫氧化鋁的膠狀膠體； 3) 鋁酸鈉溶液雖為真溶液，但離子是以較復(fù)雜的狀態(tài)存在的。 關(guān)于鋁酸陰離子的結(jié)構(gòu)，盡管存在大量爭(zhēng)議，但大量的研究證實(shí)：在中等濃度以下的鋁酸鈉溶液中，鋁酸根離子以 H)4形式存在；在溫度較低的稀溶液中，以水化離子 H)4(溫度較高或較濃的溶液中，發(fā)生H)4離子脫水， 聚合成二聚離子 H)62 ，它是鋁酸鈉離子的唯一聚合物；當(dāng) 00170g/H)4和 H)62 可以同時(shí)存在。 下里純一郎14通過測(cè)定鋁酸鈉溶液的粘度、導(dǎo)電率、比重等物理性質(zhì)，認(rèn)為鋁酸根陰離子存在 H)4和 種形態(tài)，在低溫低堿濃度范圍內(nèi)H)4的晶體結(jié)構(gòu)和 氧化鋁晶體的晶體結(jié)構(gòu)相似，且鋁酸根陰離子與氫離子鍵合作用明顯。在濃度大、過飽和度高的溶液中鋁酸根陰離子有明顯的配合作用，接近非解離狀態(tài)。 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 4 15通過研究鋁酸鈉溶液的紅外、拉曼、核磁共振譜后，認(rèn)為低濃度過飽和鋁酸鈉溶液中 H)4占絕對(duì)主要成分，而高濃度溶液中 H)4脫水形成 O 聯(lián)結(jié)構(gòu)的 H)62二聚離子。洪梅16等測(cè)量了工業(yè)用濃度范圍內(nèi)鋁酸鈉溶液不同濃度、溫度和制備歷史條件下27磁共振譜。發(fā)現(xiàn)中等濃度以下的化學(xué)位移在 80近，高 0認(rèn)為中等濃度以下時(shí)鋁酸根離子的存在形態(tài)為 H)4， 而在高濃度時(shí)鋁酸鈉溶液中除存在 H)4外，還存在 的多核陰離子。陳念貽等17, 18通過對(duì)鋁酸鈉溶液的物理化學(xué)性質(zhì)和光譜性質(zhì)研究，得到了與 似的結(jié)論，并認(rèn)為在高苛性比溶液中 H)4和 H)63平衡共存。 19試了 814 的低濃度、高度過飽和鋁酸鈉溶液光譜后提出，鋁酸根離子的性質(zhì)隨時(shí)間變化形成 (H)42型類聚合離子，當(dāng) 3 時(shí)， 溶液的主要成分。 柳妙修等人23, 24，丘國(guó)芳等人25通過測(cè)定鋁酸鈉溶液的 l(和二聚粒子 H)62 外，還含有其它縮聚鋁酸鈉根陰離子。孫素琴等人26用近紅外傅立葉變化拉曼光譜儀原位跟蹤了鋁酸鈉溶液碳酸化過程發(fā)現(xiàn)代表 H)4離子的 6251處的拉曼光譜峰在通 4301處和 5401處的拉曼光譜峰會(huì)逐步增大，而這兩個(gè)峰的位置與 H)10的拉曼光譜峰相同，表明分解過程中出現(xiàn)了二聚離子。 李潔等人27通過大量結(jié)構(gòu)計(jì)算和溶液結(jié)構(gòu)測(cè)定認(rèn)為中等濃度鋁酸鈉溶液中鋁酸根離子主要形態(tài)為 H)4(；溶液 H)44中 k+式中 鋁酸鈉溶液中苛堿折合成氧化鈉摩爾濃度與溶液中氫氧化鋁折合氧化鋁的摩爾濃度之比。在 時(shí)形成H)4離子對(duì)和 H)62、 H)7、 H)8(2二聚離子，其中 H)7不穩(wěn)定，僅存在于低濃度高飽和溶液中；當(dāng) 液中只存在 H)44鋁酸根離子。穩(wěn)定和介穩(wěn)狀態(tài)的溶液中觀測(cè)不到三聚或聚合度更高的鋁酸根離子。 通過對(duì)鋁酸鈉溶液結(jié)構(gòu)的研究李潔等人提出了鋁酸鈉溶液生長(zhǎng)的基元結(jié)構(gòu)為六配位八面體鋁酸根及其聚合物：H)18(。 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 5 28通過對(duì)氧化鈉濃度大于 4 1鋁酸鈉溶液的紅外光譜和拉曼光譜研究后認(rèn)為， 鋁酸根離子的存在形態(tài)與 當(dāng) 度為 45 1時(shí)，溶液的 H)4含量達(dá)最大值，而其它濃度下， H)4脫水形成O 聯(lián)結(jié)構(gòu)的鋁酸根離子，高苛性比時(shí)還可能有 H)63。 張牧群等29應(yīng)用密度泛函理論以及 于 L 果表明：在高苛性比中等濃度鋁酸鈉溶液中，鋁主要以水合 H)4離子和 2O)6+H)4離子對(duì)形式存在，同時(shí)還存在中性水合分子 H)3 李潔30和趙繼華31等人用 33鋁酸鈉溶液后測(cè)定其拉曼光譜，對(duì)比發(fā)現(xiàn)在超聲處理的鋁酸鈉溶液中 H)4離子的特征譜線的 6251峰強(qiáng)度大幅度減弱，而二聚離子 H)2 6的 5401特征峰基本消失，說明 33H)2 6二聚離子，降低 H)4離子濃度，促使其轉(zhuǎn)化為某種過渡態(tài)陰離子。上述現(xiàn)象可以解釋超聲波處理的鋁酸鈉溶液在一定溫度下種分，可以提高分解率。 過飽和鋁酸鈉溶液的結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性，在分解過程中，不同濃度的鋁酸鈉溶液可能與其周圍介質(zhì)發(fā)生的某些過程也不盡相同， 這種鋁酸根離子結(jié)構(gòu)的變化直接關(guān)系到氫氧化鋁結(jié)晶的過渡態(tài)，造成鋁酸鈉溶液種分過程機(jī)理的復(fù)雜性。 著我國(guó)加入 國(guó)氧化鋁工業(yè)面臨的是整個(gè)國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，若不致力于發(fā)展砂狀氧化鋁，則無法在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地，然而我國(guó)氧化鋁生產(chǎn)中晶種分解過程存在有分解率低、 分解時(shí)間長(zhǎng)、 種子比大等問題。 因此，強(qiáng)化種分過程，縮短分解時(shí)間，提高分解率，對(duì)提高我國(guó)氧化鋁工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。目前，國(guó)內(nèi)外強(qiáng)化種分過程的方法主要有31, 32：外場(chǎng)強(qiáng)化、晶種活化和添加劑強(qiáng)化等。 鋁酸鈉晶種分解過程中外加超聲波、磁場(chǎng)等物理手段以促進(jìn)溶液的分解， 提高其分解率，近年來已成為強(qiáng)化研究的一個(gè)熱點(diǎn)。趙繼華31首次研究了超聲場(chǎng)對(duì)拜耳法晶種分解過程的強(qiáng)化效果，發(fā)現(xiàn) 203分解率為 45%的時(shí)間由 30應(yīng)的活化能由 68kJ/5kJ/同頻率的超聲場(chǎng)對(duì) H)3結(jié)中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 6 晶過程影響的具體方式不同。 20高產(chǎn)品的平均粒度 33種頻率的超聲場(chǎng)都不影響鋁酸鈉溶液的一次成核。另外，鋁酸鈉溶液的 超聲場(chǎng)處理后，二聚體 H)2 6完全解聚，部分 H)4離子轉(zhuǎn)變成了某種過渡態(tài)離子。 陳國(guó)輝33于鋁酸鈉溶液晶種分解的經(jīng)典二級(jí)反應(yīng)， 結(jié)合不規(guī)則的分形介質(zhì)上的非經(jīng)典擴(kuò)散行為導(dǎo)致的奇異動(dòng)力學(xué)行為，運(yùn)用分形反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的方法，考察了高固含下超聲強(qiáng)化和溫度對(duì)鋁酸鈉溶液晶種分解的動(dòng)力學(xué)的影響。 超聲波強(qiáng)化鋁酸鈉溶液晶種分解在較低溫度和較低頻率情況下， 前期可以通過促進(jìn)次生晶核的生成， 增大晶種的形貌不規(guī)則性提高譜維數(shù)進(jìn)而促進(jìn)鋁酸鈉溶液晶種分解動(dòng)力學(xué)速率，提高分解率；升高溫度則可以增大晶種的表面活性，增大譜維數(shù)，進(jìn)而在前期提高晶種分解速率，增大分解率。 劉吉波36通過量熱、頻譜分析、化學(xué)分析等手段初步探討了鋁酸鈉溶液超聲波作用的能量及分布關(guān)系； 通過聲致熒光法研究了鋁酸鈉溶液聲場(chǎng)分布及聲場(chǎng)性質(zhì)；通過拉曼、核磁共振、 子動(dòng)力學(xué)模擬及自由基反應(yīng)特性探討了超聲波作用于鋁酸鈉溶液種分過程的機(jī)理， 并由超聲波作用于種分過程的機(jī)理初步探索了超聲波應(yīng)用及強(qiáng)化途經(jīng)。通過不同溫度條件下恒溫種分過程的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)只有在中等溫度下，同時(shí)超聲波功率足夠強(qiáng)的時(shí)候，超聲波對(duì)鋁酸鈉溶液的強(qiáng)化作用才能夠?qū)崿F(xiàn)， 且超聲波作用后的鋁酸鈉溶液生成的六邊形氫氧化鋁晶體薄片更多，從而有可能造成其堆積更有序，生成晶核速率加快。 韓顏卿37研究了磁場(chǎng)對(duì)氧化鋁廠拜爾法鋁酸 鈉溶液晶種分解的強(qiáng)化作用。在實(shí)驗(yàn)室條件下使分解前的鋁酸鈉溶液通過由通用電磁鐵產(chǎn)生的固定磁場(chǎng)， 然后對(duì)磁化的分解原液和未磁化的分解原液進(jìn)行同等分解條件下的對(duì)比試驗(yàn)。 在磁場(chǎng)強(qiáng)度為 m 的條件下將分解原液進(jìn)行磁化處理，可以明顯提高分解速度，并且磁場(chǎng)強(qiáng)度為 m 時(shí)提高效果最為明顯。磁場(chǎng)強(qiáng)度一定時(shí)，溶液在磁場(chǎng)中的停留時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)，磁化效果越明顯。但磁化時(shí)間大于 ，對(duì)分解率的影響不甚明顯。 采用磁化技術(shù)處理晶種分解原液時(shí)， 隨著溶液流速增大，分解率增值減小。對(duì)原液進(jìn)行磁性處理具有較大工業(yè)應(yīng)用價(jià)值，且工藝流程及設(shè)備簡(jiǎn)單。 性晶種能提高晶種分解過程的分解速度，是強(qiáng)化分解的有效方法。鋁酸鈉溶液分解是從晶種表面開始的，但并不是所有的表面都起作用，只有表面上的微觀缺陷、晶種的棱和角才是活性點(diǎn)。因此，通常利用機(jī)械粉碎或加熱脫水使晶體粉碎，增大比表面來提高活性點(diǎn)的數(shù)量，或者加強(qiáng)液體與晶體之間的傳質(zhì)作用，中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 7 破壞包裹晶體的雜質(zhì)液層，使表面的活性點(diǎn)得到充分利用。 上官正38經(jīng)過探索和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，可用簡(jiǎn)單的 熱活化和機(jī)械活化相結(jié)合的辦法活化工業(yè) H)3，制得活性大的細(xì)晶種。固體的機(jī)械活化比熱活化有效，但只用機(jī)械活化還達(dá)不到制取 下的細(xì) H)3對(duì)晶種活性的要求。在400600、真空度 5265，煅燒工業(yè) H) 310右，然后用振動(dòng)磨磨 10到活性大的晶種，可從鋁酸鈉溶 氧化鋁晶體型 H) 3。 人向鋁酸鈉溶液中添加焙燒窯窯灰，分解 5572h 制出活性晶種。進(jìn)一步研究的結(jié)果表明， 在種分溶液中添加的晶種中混入 焙燒爐粉塵， 可使分解速度提高至原來的 ，且還可穩(wěn)定產(chǎn)品的粒度分布。離心裝置中對(duì) H)3的活化過程進(jìn)行了研究。其結(jié)果表明， 在520，細(xì)顆粒繼續(xù)破碎為定向分布的片狀晶體，表面積保持不變，繼續(xù)活化到 2060，片狀晶體發(fā)生塑性變形；當(dāng)活化時(shí)間超過 70，樣品的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?9通過水力旋流器回收結(jié)晶器中的細(xì)顆粒，用泵輸送到結(jié)晶器， 使細(xì)顆粒成為晶種分解過程的結(jié)晶中心，其中水力旋流器和泵既作為回收、傳輸裝置，又是進(jìn)一步粉碎細(xì)顆粒、活化細(xì)顆粒的處理器，在促進(jìn)結(jié)晶的同時(shí)又簡(jiǎn)化了流程。 提出了把分子比為 鋁酸鈉溶液冷凍至溫度 78來制取活性晶種，只需 10可制得粒子大小為 H)3。用這種晶種分解6h 就可得到分子比為 6 左右的溶液，既可以提高分解速度又可以提高分解的深度。 謝雁麗40用醋酸、磷酸等酸類對(duì)工業(yè)晶種進(jìn)行處理來制取活性晶種，并通過分解試驗(yàn)檢驗(yàn)了晶種的活性，對(duì)活性晶種的作用機(jī)理也進(jìn)行了初步探討，推測(cè)工業(yè)晶種用酸處理后， H)3晶體表面被酸腐蝕而使晶體的頂點(diǎn)、棱邊及缺陷增加，從而增加了晶種的活性。當(dāng)用醋酸處理時(shí)，低溫和高濃度有利于增加種子活性；而當(dāng)用磷酸處理時(shí)，則應(yīng)采用高溫但濃度不易太高。 尹建國(guó)43等對(duì)晶種進(jìn)行機(jī)械活化，并且通過 X 射線衍射和量化計(jì)算對(duì)活性晶種的作用機(jī)理進(jìn)行探討，研究發(fā)現(xiàn)相對(duì)于未活化的晶種，機(jī)械活化后的晶種微晶尺寸 D 未發(fā)生太大變化，但晶格畸變 率卻明顯升高，晶種的活性也明顯的提高了。 據(jù)我國(guó)氧化鋁廠生產(chǎn)現(xiàn)狀，在不需對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行大量改動(dòng)的前提下，添加劑強(qiáng)化鋁酸鈉溶液的晶種分解過程是一種極其經(jīng)濟(jì)可行的方法。一般認(rèn)為，氫中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 8 氧化鋁從鋁酸鈉溶液中的分解反應(yīng)是多相反應(yīng)，它可分為以下五個(gè)步驟，如圖 1 1所示：H)4的體擴(kuò)散；H)4向反應(yīng)區(qū)的邊界層擴(kuò)散；H)4經(jīng)表面反應(yīng)析出；界層擴(kuò)散； 體擴(kuò)散，其中為控速步驟44。而改變晶種表面潤(rùn)濕性或改變鋁酸鈉溶液的特性可使鋁酸根離子在晶種表面的吸附變得更容易而達(dá)到強(qiáng)化分解的目的。對(duì)于不同類型的添加劑，其作用機(jī)理有各不相同，分解中常用的添加劑主要分為無機(jī)鹽添加劑和有機(jī)物添加劑兩大類。 圖1子型膠團(tuán)結(jié)構(gòu)示意圖 鋁酸鈉溶液中加入鋁鹽 (， 24 )14和鐵鹽45，當(dāng)其添加量達(dá)到或超過溶液中氧化鋁含量的 1%時(shí)，即可促進(jìn)鋁酸鈉溶液的分解過程。 這是因?yàn)殇X鹽或鐵鹽的晶體與其相接觸的鋁酸鈉溶液相互作用，使溶液變?yōu)橹行裕谥泻瓦^程中生成膠體氫氧化鋁，這些鋁膠質(zhì)點(diǎn)便成為加速其余部分鋁酸鈉溶液分解的結(jié)晶核心，從而強(qiáng)化鋁酸鈉溶液的分解過程。但析出的氫氧化鋁粒度很小，過濾困難，難以在工業(yè)上應(yīng)用。該法可