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铝酸钠溶液晶种分解过程强化与粒子行为研究

作　者: 杨帅帅
导　师: 李小斌
学　校: 中南大学
专　业: 冶金工程
关键词: 铝酸钠溶液晶种分解红外光谱溶液结构强化 Al（OH）3颗粒
分类号: TQ133.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

铝酸钠溶液晶种分解是氧化铝生产关键工序之一,其分解率低以及提高分解率与改善产品质量之间的矛盾使种分成为氧化铝生产的一大难题。为强化铝酸钠溶液晶种分解,本文研究了热历史对溶液中含铝离子结构的影响,明确了含铝离子间转化规律；采用调控溶液结构与粒子行为的协同调控方法强化铝酸钠溶液晶种分解,提高了分解率并改善了产品质量；研究了分解过程中氢氧化铝的粒子行为,明晰了成核、附聚、长大的规律。主要研究结果如下：1)热历史对铝酸钠溶液含铝离子间转化有重要影响：提高温度和延长保温时间有助于Al2O(OH)62-向[A12(OH)8(H2O)2]2-和Al(OH)4-转化,对低苛性比浓铝酸钠溶液影响尤甚；稀释过程快速发生Al2O(OH)62-(?)Al2(OH)8(H2O)2-向Al(OH)4-的转化,但稀释后溶液可发生Al(OH)4-向[Al2(OH)8(H2O)2]2-的恢复性转化；浓缩过程则发生Al(OH)4-向[Al2(OH)8(H2O)2]2-和Al2O(OH)62-的转化,且向[Al2(OH)8(H2O)2]2-的转化较容易,而向Al2O(OH)62-的转化较困难。2)研究开发了通过调控溶液中含铝离子向有利于分解的简单四面体Al(OH)4离子转化和分解后期进行升温-保温熟化的协同调控晶种分解技术,与传统分解工艺制度下的实验结果比较,可提高分解率6.65%,且产品质量得到改善。3)明晰了Al(OH)3成核、附聚与长大的规律。二次成核发生在分解前22h内,尤其是10～22h之间；分解时间小于10h以及大于22h后均存在粒子附聚行为；晶体长大贯穿了整个分解过程；分解34h以后晶体破裂及磨蚀显著。后期升温-保温熟化主要促进细粒子溶解、粗粒子摄取细粒子长大以及粒子的附聚,通过匹配粗、细粒子以及熟化温度可增强熟化效果。调整溶液结构强化分解促进了二次成核。大量细粒子的存在能够抑制溶液中二次晶核的形成。晶种循环过程中分解率的变化规律与细粒子行为密切相关。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 文献综述  9-18
  1.1 引言  9
  1.2 过饱和铝酸钠溶液结构  9-11
  1.3 过饱和铝酸钠溶液晶种分解过程粒子行为的研究  11-13
    1.3.1 氢氧化铝晶体的长大  11
    1.3.2 氢氧化铝晶体附聚  11-12
    1.3.3 次生晶核的形成  12-13
    1.3.4 晶体的破碎与磨蚀  13
  1.4 过饱和铝酸钠溶液晶种分解过程强化研究  13-16
    1.4.1 活化晶种  13-14
    1.4.2 添加剂强化铝酸钠溶液晶种分解  14-15
    1.4.3 外场对铝酸钠溶液晶种分解的影响  15
    1.4.4 工艺参数的调整  15-16
  1.5 本课题选题意义及研究思路  16-18
    1.5.1 选题意义  16-17
    1.5.2 研究思路  17-18
2 研究方法及表征手段  18-22
  2.1 原料及设备  18-19
    2.1.1 实验原料  18
    2.1.2 实验设备  18-19
  2.2 实验方法  19-22
    2.2.1 铝酸钠溶液配制  19
    2.2.2 铝酸钠溶液晶种分解  19-20
    2.2.3 分析及表征方法  20-22
3 热历史对铝酸钠溶液中含铝离子间转化的影响  22-30
  3.1 温度对铝酸钠溶液中含铝离子间转化的影响  22-25
  3.2 保温时间对铝酸钠溶液中含铝离子间转化的影响  25-26
  3.3 稀释过程对铝酸钠溶液中含铝离子间转化的影响  26-27
  3.4 浓缩过程对铝酸钠溶液中含铝离子间转化的影响  27-28
  3.5 本章小结  28-30
4 过饱和铝酸钠溶液晶种分解过程强化  30-48
  4.1 工艺条件对铝酸钠溶液晶种分解过程的影响  30-38
    4.1.1 苛性比对铝酸钠溶液晶种分解过程的影响  30-31
    4.1.2 苛碱浓度对铝酸钠溶液晶种分解的影响  31-32
    4.1.3 晶种条件对铝酸钠溶液分解过程的影响  32-38
  4.2 调控溶液结构强化铝酸钠溶液晶种分解过程  38-42
    4.2.1 晶种存在时调控溶液结构红外谱图的变化  38-39
    4.2.2 调整铝酸钠溶液结构对分解过程的影响  39-41
    4.2.3 调控时间点对铝酸钠溶液晶种分解的影响  41-42
    4.2.4 分解后期进行二次溶液结构调整对种分的影响  42
  4.3 升温-保温熟化措施强化铝酸钠溶液晶种分解  42-46
    4.3.1 熟化温度对铝酸钠溶液晶种分解过程的影响  43-45
    4.3.2 调整溶液结构与升温-保温熟化协同调控种分过程  45-46
  4.4 本章小结  46-48
5 铝酸钠溶液分解过程中粒子行为的研究  48-66
  5.1 铝酸钠溶液晶种分解过程中氢氧化铝粒子数计算方法  48-53
    5.1.1 晶种分解过程中单位体积氢氧化铝粒子数计算方法  48-51
    5.1.2 单位质量产品中Al(OH)_3颗粒数的计算  51-53
  5.2 铝酸钠溶液晶种分解过程溶液中粒子行为  53-55
  5.3 后期熟化对种分过程粒子行为的影响  55-59
    5.3.1 采取熟化措施时分解过程粒子行为研究  55-57
    5.3.2 熟化温度对种分过程粒子行为的影响  57-58
    5.3.3 熟化前氢氧化铝粒度分布对熟化过程粒子行为的影响  58-59
  5.4 调整溶液结构对种分过程中粒子行为的影响  59-62
    5.4.1 分解前期调整溶液结构对种分过程粒子行为的影响  59-61
    5.4.2 分解后期二次调整溶液结构对分解过程粒子行为的影响  61-62
  5.5 晶种循环分解过程中氢氧化铝粒子行为  62-65
  5.6 本章小结  65-66
6 结论及展望  66-68
  6.1 主要结论  66-67
  6.2 回顾与展望  67-68
参考文献  68-73
附录A 溶液成分分析方法  73-74
攻读学位期间主要的研究成果  74-75
致谢  75

铝酸钠溶液晶种分解过程强化与粒子行为研究

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