過飽和鋁酸鈉溶液種分強化及添加劑分子設計.pdf

1、鋁酸鈉溶液種分過程是整個氧化鋁生產(chǎn)過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。本文采用活化晶種、有機添加劑等方法強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)晶過程的強化機制，為強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程為基礎，結(jié)合激光粒度分析、紅外(IR)、27Al NMR、27Al MAS NMR、XRD、S

2、EM等分析測試手段以及量化計算方法，研究了活性晶種的效能及作用機制；考察了具有籠狀結(jié)構(gòu)的15-冠-5-醚的強化作用機制；系統(tǒng)研究了添加劑官能團電荷結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)對其強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化附聚的效能與機制；提出了顆粒達到臨界附聚條件的臨界時間模型；從實驗和計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、分子探針方法對鋁酸鈉溶液的分解過程進行了跟蹤和分析；主要依據(jù)本文研究結(jié)

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

4、種分解，降低了鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性，強化了成核過程。鋁酸鈉溶液的27AlNMR峰寬隨15-冠-5-醚的增大而增加。冠醚可能的作用機理：與鈉離子配合，促進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電荷結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)對其性能的影響。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上氧原子凈電荷數(shù)成負相關關系；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附聚過程的影響。發(fā)現(xiàn)低濃度的油酸在較高溫度下能極大地促進晶種附聚；中等濃度的塔爾油對附聚的強化作用明顯；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。提出了臨界附聚時間概念，并結(jié)合鋁酸鈉溶液種分動力學分形特征，得出晶體顆粒達到臨界附聚狀態(tài)所需時間的定積分模型如下： 5.提出并證實了使用添加劑控制氫氧化鋁晶體形貌的設想。種分實驗

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；均相成核實驗結(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)面頑強顯露；油酸在(100)面以一定的方式吸附則促進了附聚。 6.采用27Al MAS NMR，分子探針方法、理論計算等方法對鋁酸鈉溶液的分解過程進行了跟蹤和分析。首次發(fā)現(xiàn)

7、、證明了某些醇類化合物(1，2-辛二醇)能夠通過改變?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?shù)亩嘣寄軌蚶喂痰匚皆诰ХN表面，抑制生長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)晶強化型、附聚強化型添加劑分子設計一般規(guī)則，指出結(jié)晶強化型添加劑分子設計可從降低溶液的穩(wěn)定性和改善固-液界面性質(zhì)兩個基本方面入手；附聚強