论文部分内容阅读
我国氧化铝生产的传统工艺为烧结法和混联法，平均能耗约是国外拜耳法的2-4倍。在铝酸钠溶液分解阶段以一水软铝石取代传统的三水铝石产物，由于二者焙烧焓变的不同可以在后续的焙烧阶段实现氧化铝生产的节能，其实质是用“低温结晶脱水”代替“高温焙烧脱水”。中科院过程工程研究所提出了“铝酸钠溶液碳分-种分耦合分解制备一水软铝石”的新思路，前期对分解可控结晶过程进行了深入研究。由于砂状氧化铝是今后铝工业的发展方向，这要求作为前驱体的一水软铝石也必须是砂状的。本文针对铝酸钠溶液分解析出砂状一水软铝石进行了基础研究，重点对一水软铝石晶体的生长、附聚，以及NaHCO3和有机添加剂强化分解过程的机理问题进行了研究。
(1)生长是晶体形成的动力学过程，采用光学显微镜在线观测一水软铝石晶体的生长。结果表明，一水软铝石晶体生长速率范围为0.08-2.4μm/h，集中分布在0.5μm/h左右，比三水铝石的生长速率慢4-10倍，且升高温度有利于提高生长速率，同一温度下一水软铝石晶体的生长速率与起始品种的粒径大小没有关系。
(2)附聚是提高分解产物粒度的主要手段，把附聚效率和磨损指数相结合来判断附聚过程的有效性。晶种添加量越少或分解率越高，新析出的物质可以把颗粒粘结的更牢固，使分解产物磨损指数越低。研究范围内一水软铝石的最佳有效附聚条件为晶种系数SR=1.0，温度T=75℃，分子比MR=1.6，铝酸钠溶液浓度C(Na2O)=155g/L。
(3)基于分解结晶中反应传递过程匹配耦合调控原理，研究了NaHCO3对铝酸钠溶液晶种分解制备一水软铝石过程的强化作用与规律。晶种系数和NaHCO3添加方式均会影响分解过程，相同条件下添加NaHCO3使分解率提高了3倍，品种系数SR在0.0-1.0范围内NaHCO3添加量到151.2 g·L-1时分解率均高于80％，恒定SR时NaHCO3添加速率越慢分解率越高。NaHCO3的添加方式改变了铝酸钠溶液的瞬时过饱和度，因而改变了产物的组成和粒度。采用逐步增加NaHCO3添加速率的方式有利于提高产物中一水软铝石的含量和粒度。
(4)基于添加剂对结晶过程固-液界面特性调控的作用原理，研究了有机添加剂对调控铝酸钠溶液分解结晶的影响，并结合溶液的红外光谱分析了作用机理。聚丙二醇PPG改变了溶液中的氢键，使铝酸钠溶液分解率提高，而且可以促进颗粒二次附聚的进行，所以有利于产物粒度的增加。1，2丙二醇也改变了溶液中的氢键使分解率升高，但抑制了部分细粒子的附聚。正丙醇、丙三醇、正辛醇和甘露醇对铝酸钠溶液分解率和产物粒径均起到抑制的作用。结晶助剂(Alclar CM5159)改变了铝酸钠溶液的结构，分解率随着结晶助剂添加量的增加而升高，但产物中大于45μm粒子的含量却随之降低，因为其对细粒子的附聚没有促进作用。