鋁酸鈉溶液晶種分解附聚過程及其強化的研究.pdf

1、砂狀氧化鋁由于具有較粗的粒度和較高的強度，在節(jié)能與環(huán)境保護要求日益嚴格的鋁電解工業(yè)得到廣泛的應用。要獲得砂狀氧化鋁，必須促進氫氧化鋁晶體的附聚和長大。附聚是獲得粗粒氫氧化鋁的重要前提，本論文著重研究了鋁酸鈉溶液種分附聚過程。
　　 應用紅外光譜和拉曼光譜對鋁酸鈉溶液進行半定量分析，并首次探討了結晶助劑(CGM)對鋁酸鈉溶液結構影響以及鋁酸鈉溶液微觀性質與分解過程宏觀指標的關聯(lián)；考察了各種因素對種分附聚過程的影響并得出了有利于種分

2、附聚的條件；研究了含有C=C鍵的長鏈十八碳羧酸表面活性劑和結晶助劑對種分附聚過程的影響，并通過對種分附聚工藝的改善得到了粒度較粗和強度較高的氫氧化鋁產品。本論文的研究成果將對砂狀氧化鋁生產提供一定的技術支持和理論依據(jù)，其主要研究結果如下：
　　 1.建立了鋁酸鈉溶液拉曼光譜結構分析方法和確定了優(yōu)化的操作條件。發(fā)明了以蓋玻片為內標物的鋁酸鈉溶液拉曼光譜半定量分析方法。根據(jù)拉曼光譜圖中鋁酸鈉溶液特征峰位置可以確定鋁酸根離子的類型，根

3、據(jù)鋁酸鈉溶液特征峰的強度或面積與蓋玻片內標物熒光特征峰(920cm-1)強度或面積的比值可以半定量分析鋁酸根離子含量。
　　 2.通過對鋁酸鈉溶液結構分析發(fā)現(xiàn)：溶液分子比1.4-3.2、苛性堿濃度120-260g/L的鋁酸鈉溶液，其主體鋁酸根離子均為[Al(OH)41-。在相同苛性堿濃度下，主體鋁酸根離子[Al(OH)4]-和鋁酸根二聚離子[Al2O(OH)6]2-濃度均隨溶液分子比升高而逐漸下降。苛性堿濃度在120-220g/

4、L時，同苛性堿濃度下低分子比鋁酸鈉溶液R值(620cm-1和535cm-1處特征峰強度之比)高，分解趨勢大。超高苛性堿濃度(260g/L)鋁酸鈉溶液的R值隨溶液分子比變化幅度較小，其值相對較高，相對于苛性堿濃度稍低的溶液(比如220g/L)，該類溶液具有相對較高的分解趨勢。在相同溶液分子比下，低苛性堿濃度鋁酸鈉溶液R值高，溶液分解趨勢大。但中等濃度苛性堿(157-174g/L)和超高濃度苛性堿(260g/L)具有相對較高R值，其溶液分解

5、趨勢也相對較大。通過計算對比函數(shù)，發(fā)現(xiàn)添加劑可能通過改變溶液中主體鋁酸根離子[Al(OH)4]-的濃度，從而對鋁酸鈉溶液結構產生微小影響。
　　 3.隨著溫度的增加，鋁酸鈉溶液分解率下降，氫氧化鋁附聚效率增加，高溫有利于-25μm粒級顆粒的附聚。隨著鋁酸鈉溶液起始分子比的增加，溶液分解率下降，分解反應8h的氫氧化鋁附聚效率先增加后降低。溶液起始分子比過低或過高時，附聚產物中均含有較多的-45μm粒級顆粒。隨著鋁酸鈉溶液苛性堿濃度

6、的增加，溶液分解率逐漸下降，附聚產物的粒度和氫氧化鋁附聚效率也隨之降低。隨著晶種系數(shù)的增加，鋁酸鈉溶液分解率增加，氫氧化鋁附聚效率先增加后降低。晶種系數(shù)過高或過低時，附聚產物中均含有較多的中小粒徑顆粒。隨著初始晶種粒度的增加，鋁酸鈉溶液分解率和氫氧化鋁附聚效率減小。鋁酸鈉溶液分解率隨攪拌速度的增加而增加。在適中的攪拌速度下，氫氧化鋁附聚效率最高，附聚產物具有最好的粒度分布。高溫78℃、較低溶液起始分子比1.45、低苛性堿濃度、晶種系數(shù)0

7、.25和攪拌速度100r/min等條件有利于鋁酸鈉溶液的種分附聚過程。
　　 4.通過對一段法與二段法分解工藝所得產品形貌和粒度分布的比較，發(fā)現(xiàn)在鋁酸鈉溶液晶種分解過程中加強附聚就可以得到粒度較大和強度較高的氧化鋁產品。并且對附聚機理進行了探討，在附聚過程中，氫氧化鋁晶種中細小顆粒優(yōu)先附聚。
　　 5.當硬脂酸、油酸和亞油酸三種表面活性劑添加量較少，為10ppm時，不含有C=C鍵的飽和硬脂酸降低了鋁酸鈉溶液的分解率；當添

8、加量大于20ppm時，表面活性劑中有無C=C鍵都能提高鋁酸鈉溶液分解率，且添加三種表面活性劑的鋁酸鈉溶液分解率基本接近。在溫度較低(65℃)或溶液過飽和度較高的情況下，表面活性劑的加入可以對二次成核有一定的抑制作用；在溫度較高(85℃)或溶液過飽和度較低的情況下，表面活性劑的加入可以促進附聚。晶種系數(shù)較低或較高時，添加表面活性劑增強附聚的效果都不是很明顯。低攪拌速度和較細的初始晶種粒度有利于添加劑對附聚的增強效果。添加表面活性劑對附聚過

9、程的增強作用主要體現(xiàn)在細粒子上。不管是抑制二次成核還是促進附聚，添加亞油酸的效果最好，油酸次之，硬脂酸最差，這與表面活性劑長鏈十八碳羧酸分子中C=C鍵有著緊密的關系。添加含有兩個C=C鍵的亞油酸時，鋁酸鈉溶液的表面張力降低的幅度最大，油酸次之，不含有C=C鍵的飽和硬脂酸溶液表面張力降低的幅度最小。
　　 6.在鋁酸鈉溶液中添加CGM可以明顯地增強氫氧化鋁顆粒的附聚和粗化，從而有效地抑制二次成核，但是卻降低了鋁酸鈉溶液的分解率。然