過飽和鋁酸鈉溶液種分附聚過程及其強(qiáng)化.pdf

1、鋁酸鈉溶液種分附聚不但是晶種顆粒快速增大的重要手段，而且是產(chǎn)品砂狀化的一個(gè)重要過程。以前研究工作一般涉及整個(gè)種分過程，其中基本過程間彼此互相影響。本論文從還原論的觀點(diǎn)，通過研究種分基本過程--附聚過程，從而達(dá)到研究種分過程的目的。 本文首次給出了兩種基于粒度信息的附聚判定方法；考察了各種可操作因素對種分附聚過程的影響并據(jù)此得出了有利于附聚的條件；發(fā)現(xiàn)了種分附聚過程中氫氧化鋁粒度分布的振蕩現(xiàn)象，并首次將混沌和分形理論引入到粒度分布

2、的特征分析中；基于粒度信息研究了鋁酸鈉溶液的附聚動(dòng)力學(xué)；運(yùn)用紅外半定量分析法首次分析了聚丙烯酰胺影響鋁酸鈉溶液種分附聚過程的機(jī)理。本論文的研究成果將對氧化鋁生產(chǎn)提供一定的技術(shù)支持和理論依據(jù)，其主要研究結(jié)果如下： 1.提出了附聚過程的兩種判斷方法，一個(gè)是依據(jù)氫氧化鋁粒度分布曲線位置和峰強(qiáng)度的變化，另一個(gè)是依據(jù)粒度分布數(shù)據(jù)中最小粒徑粒子含量的變化，根據(jù)粒度分布數(shù)據(jù)的判斷方法更加簡單和直觀。 2.隨著溫度的增加，鋁酸鈉溶液過飽

3、和度降低，鋁酸鈉溶液的分解率下降，氫氧化鋁的附聚效率增加，附聚物中-45μm粒子含量減少；隨著溶液分子比增加，鋁酸鈉溶液過飽和度降低，分解率逐漸下降，氫氧化鋁附聚效率首先增加然后逐漸減少；分子比過高或過低時(shí)，附聚物中均含有較多的-45 μm的粒子；隨著苛性堿濃度的增加，鋁酸鈉溶液過飽和度迅速下降，鋁酸鈉溶液分解率逐漸下降，氫氧化鋁附聚效率逐漸卞降，氫氧化鋁附聚物中-45μm粒子含量逐漸增加；高溫(78℃)、較低分子比(1.45)、低苛性

4、堿濃度有利于種分附聚過程。 3.采用機(jī)械活化晶種能強(qiáng)化鋁酸鈉溶液種分附聚過程；對活化機(jī)理的研究表明：機(jī)械活化晶種粒度更小，比表面積更大，因而晶種與鋁酸鈉溶液之間的固-液接觸界面更大；機(jī)械活化晶種含有大量斷裂面，新形成的斷裂面活性大；機(jī)械活化晶種的晶格畸變率更大，晶種活性更強(qiáng)。隨晶種系數(shù)的增加，鋁酸鈉溶液的分解率逐漸增加，氫氧化鋁的附聚效率先增加后減少；晶種系數(shù)過低或過高時(shí)，附聚物均含有較多的中小粒徑的粒子；鋁酸鈉溶液的分解率隨攪

5、拌速度的增加而增加；在適中的攪拌速度下，氫氧化鋁的附聚效率最高，附聚物具有最好的粒度分布；機(jī)械活化晶種、晶種系數(shù)0.25、100 r.min<'-1>攪拌速度等實(shí)驗(yàn)條件有利于鋁酸鈉溶液的種分附聚過程。 4.全粒徑范圍粒子的粒度分布宏觀無序，一定粒徑范圍內(nèi)粒子的粒度分布有其自身規(guī)律性；在附聚過程的某些時(shí)間段，粒度分布圖出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，粒子分布不穩(wěn)定，但在整個(gè)分解過程中，一定粒徑范圍粒子的行為具有整體趨勢；初始條件的微小變化均會(huì)在分解

6、過程中被放大，造成粒度信息變化的"蝴蝶效應(yīng)"；在一定粒徑范圍內(nèi)，各粒度分布曲線具有空間分形特征，當(dāng)采用較小粒徑范圍劃分尺度時(shí)，更能體現(xiàn)圖形精細(xì)結(jié)構(gòu)；在鋁酸鈉溶液種分的實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)實(shí)踐中，氫氧化鋁的粒度信息均可能出現(xiàn)混沌現(xiàn)象。 5.基于附聚過程的顆粒二元碰撞模型，以粒徑r<,i-1>、r<,i>、r<,i+1>的三種顆粒為作用物，按照窮舉法，建立了附聚的物理模型；依照附聚模型給出了粒子的附聚速率方程，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出發(fā)，按照差分法求出

7、了附聚的宏觀速率；運(yùn)用1stOpt數(shù)據(jù)綜合分析軟件對方程組進(jìn)行了求解，動(dòng)力學(xué)的計(jì)算結(jié)果表明等徑粒子的附聚速率常數(shù)大于不等徑粒子的附聚速率常數(shù)。 6.三種一元醇均能提高鋁酸鈉溶液分解率，低添加量在初期使分解率更高，但是高添加量對分解率的持續(xù)提高能力更強(qiáng)；在同等添加量時(shí)短碳鏈一元醇在初期的分解率更高，但長碳鏈一元醇對分解率的持續(xù)提高能力更好；十八醇在低濃度下使產(chǎn)品粗化。隨著一元羧酸濃度的增加，鋁酸鈉溶液的分解率增加，高濃度羧酸能提高

8、分解率；在同樣添加量下，短碳鏈一元羧酸在初期對分解率的提高更大，但是長碳鏈一元羧酸對分解率的持續(xù)促進(jìn)作用更強(qiáng)；對同一羧酸而言，高添加量有利于增加產(chǎn)品粒度；在同樣的添加量下，長碳鏈一元羧酸有利于增加產(chǎn)品氫氧化鋁的粒度；添加十八酸，產(chǎn)品氫氧化鋁有所粗化?；旌咸砑邮舜寂c十八酸或者混合添加十八醇與二十一碳烷油載體對種分附聚過程的強(qiáng)化沒有協(xié)同效應(yīng)。 7.添加非離子PAM對鋁酸鈉溶液分解率沒有明顯改善；添加適量離子型PAM能增加分解率，其

9、中陽離子PAM添加量為2.5×10<'-6>(W/W)時(shí)，分解率能提高2.5％。適量的PAM促進(jìn)了-45μm的氫氧化鋁粒子的附聚，從而使產(chǎn)品的粒度分布粗化；其中當(dāng)陰離子PAM添加量為1.5×10<'-6>(W/W)時(shí)，產(chǎn)品氫氧化鋁的平均粒徑增大4.9μm,-45μm粒子含量減少23％。添加PAM情況下，產(chǎn)品氫氧化鋁的基本構(gòu)架是由中等晶粒構(gòu)成，中等晶粒之間有很多5μm左右晶粒的填充，5μm左右晶粒之間又有更小的晶粒填充，相互之間采用鑲嵌方