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作为亚熔盐法氧化铝清洁生产技术中的中间步骤,水合铝酸钠结晶是整个工艺的核心技术之一,在整个清洁生产工艺中发挥着举足轻重的作用。本论文对水合铝酸钠的结晶过程进行了系统的研究,主要考察了铝酸钠溶液中二氧化硅浓度对水合铝酸钠结晶过程的影响利水合铝酸钠的连续结晶过程及动力学研究。
利用间歇结晶实验,研究了铝酸钠溶液中SiO7含量对水合铝酸钠结晶过程的影响。实验结果表明,铝酸钠溶液中的杂质SiO2对MAH的结晶过程有着明显的抑制作用。随着溶液中初始SiO2浓度的升高,其抑制作用更加明显,且MAH的结品反应转化率及MAH晶体产品的平均粒径下降。当溶液中初始SiO2浓度较低时,析出的含硅杂质物相为铝硅酸钠(NaAlSiO4)和硅酸钠(Na2SiO3);当铝酸钠溶液中SiO2浓度很高时,析出的含硅杂质物相则为硅酸钙钠Na4Ca4Si6O18、无水钙铝榴石Ca3Al2Si3O12和水钙铝榴石Ca3Al2(SiO4)2(OH)4。实验所得MAH晶体产品主要为薄圆片结构。随着溶液中SiO2浓度的升高,MAH晶体产品形貌由不规则的圆片结构转变为片状聚集体。
采用连续操作的方式对水合铝酸钠的结晶过程进行研究,考察了平均停留时间、过饱和度、温度及搅拌强度对结品过程的影响。实验结果表明,体系平均停留时间增大,有利于晶体的生长。随着停留时间的增大,晶体粒径及结晶反应转化率增大,但是停留时间在50 min后,结晶反应转化率增大不明显。结晶温度的升高使得小粒径范围内的晶体数明显增多,不利于MAH的结晶过程。晶体粒径随搅拌速率的增大而减小。此外连续结晶实验得到的MAH晶体粒度均一、结构与形貌规则,均为由截锥体及八边形片状的小晶体组成的球状聚结体。
利用MSMPR结晶技术,基于粒数衡算模型,研究了MAH的结晶动力学,主要包括成核动力学、生长动力学及团聚动力学。实验结果表明,MAH品体的体积生长速率与过饱和度的1.19次方成正比,这意味着MAH晶体生长属于扩散与表面反应机理。二次成核速率与晶浆悬浮密度的1.06次方成正比,表明结晶器内二次成核主要来自于晶体与搅拌桨间的碰撞及晶体与结晶器壁面间的碰撞,且成核速率小于种分过程中gibbsite的成核速率。团聚因子与体积生长速率、成核速率及平均停留时间成正比。随着溶液过饱和度的增加,晶浆的悬浮密度增加而晶体的平均粒径下降。实验结果表明,在本体系中,MAH晶体长大主要源于晶体的生长。