外加电场对铝酸钠溶液自发分解的影响_吴复忠
第30卷第3期(总第119期)
2011年9月湿法冶金
H ydrometallur gy of China Vol.30No.3(Sum.119)
Sep.2011
外加电场对铝酸钠溶液自发分解的影响
吴复忠,金会心,马
婕
(贵州大学材料科学与冶金工程学院,贵州贵阳
550003)
摘要:研究了电场对铝酸钠溶液自发分解的强化作用,借助扫描电镜和X -射线衍射仪分析了分解产物的形貌和物相组成。结果表明:在电场作用下,铝酸钠溶液的自发分解率显著提高;电场有效促进了初生晶核的形成,缩短了成核诱导期,而且不会改变铝酸钠溶液分解产物的物相,分解产物仍为三水铝石。关键词:外加电场;强化;铝酸钠溶液;分解;三水铝石中图分类号:T F 803.22
文献标志码:A 文章编号:1009-2617(2011)03-0226-03
收稿日期:2010-01-11
基金项目:贵州大学博士基金(贵大人基合字(2008)027号);贵州省科技厅自然科学基金(黔科合J 字(2009)2228号)。作者简介:吴复忠(1970-),男,安徽枞阳人,副教授,博士,主要研究方向为系统节能。
铝酸钠溶液的分解过程是拜耳法生产氧化铝的/瓶颈0,具有分解时间长、晶种添加量大、分解效率低等问题[1-4]。虽然拜耳法生产氧化铝过程中铝酸钠溶液的分解是加晶种分解过程,但从微观角度来看,研究不加晶种的自发成核过程对于探索铝酸钠溶液的分解机制更有意义。因此,研究了交流电场对铝酸钠溶液自发分解过程的影响,目的是探索一种提高铝酸钠溶液分解率的新方法,并最终为电场强化铝酸钠溶液自发分解在工业上的施行提供参考依据。
1试验部分
采用平果铝厂的铝酸钠精液,其原始A k =
1.70,苛性碱质量浓度160g/L 。取少量溶液,用去离子水稀释至苛性碱质量浓度118g/L,分别用电场处理这2种质量浓度的铝酸钠溶液,电流强度为8A 。反应在1L 烧杯中进行,搅拌速率300r/m in 。将烧杯中溶液恒温,开启搅拌,通电并开始计时。反应一段时间后,取浆液10m L,固液分离,取液体样,以滴定法分析A k 并计算分解率;取固体样分析形貌和物相。分别在50e 和60e 条件下重复以上试验。
分析方法:以BaCl 2去除溶液中的CO 2-3,以水杨酸钠掩蔽Al 3+,用绿光酚酞作指示剂,用盐酸标定苛性碱质量浓度;采用标准硝酸锌溶液滴
定过量EDTA 法测定氧化铝质量浓度。
2 结果与讨论
2.1 电场对铝酸钠溶液分解率的影响
铝酸钠溶液的苛性比为1.7,苛性碱质量浓度分别为118g /L 和160g/L,分解时间56h 。图1为50e 下铝酸钠溶液在有无外加电场情况下的试验结果。
图150e 下,电场对铝酸钠溶液自发分解率的影响
第30卷第3期吴复忠,等:外加电场对铝酸钠溶液自发分解的影响
从图1看出:当苛性碱质量浓度为118g/L、
其他条件相同时(图1a),外加电场的铝酸钠溶液
分解率明显加快,特别是在分解前期,电场能明显
强化铝酸钠溶液自发分解速度,而分解时间为30
h以后,分解速率的增长趋于平缓;而苛性碱质量
浓度为160g/L时(图1b),铝酸钠溶液的分解效
果类似,只是分解速率较低,这是因为分解后期,
随分解的进行,苛性碱质量浓度增大,溶液过饱和
度降低,分解速度的增长趋势趋于平缓。铝酸钠
溶液自发分解速率受电场影响明显,即电场能够
有效提高铝酸钠溶液的自发分解速率;电场对铝
酸钠溶液自发分解的强化作用主要体现在成核
期,即可以促进初生晶核的形成。
50e和60e下,电场对铝酸钠溶液自发分
解速率的影响试验结果如图2所示。可以看出:
温度为50e时,铝酸钠溶液的分解速率更大,且
2种苛性碱质量浓度的铝酸钠溶液的最大分解率差值较大,即试验条件下,电场的强化作用在低温下效果更加明显。
图2不同温度下电场对铝酸钠溶液自发分解率的影响
2.2电场对分解产物形貌的影响
图3为A k=1.7、苛性碱质量浓度118g/L、温度50e条件下铝酸钠溶液自发分解产物的扫
描电子显微照片,其中a、c、e为无电场下的产物, b、d、f为有外加电场下的产物。
图3铝酸钠溶液自发分解产物的SEM照片
从图3看出:无论有无外加电场,铝酸钠溶液自发分解产物均为片状、近似六边形结构。图a, b为分解产物放大5000倍的SEM照片,可以明显看到,无论有无外加电场,分解产物表面均有一些细小的片状颗粒,但无外加电场时细小片状颗粒明显减少;图c,d为分解产物放大1万倍的SEM照片,可以更加清楚地看到,有外加电场时产物表面的细小片状颗粒填充在片状六边形晶体之间,这会增大产物的强度;图e,f为分解产物放大2万倍的SEM照片,可以看到,无外加电场时分解产物的表面较为光滑,而有外加电场时分解产物表面更为粗糙,表面缺陷也更多。
因此,可以认为,电场能使铝酸钠溶液自发分解过程产生更多的细小颗粒,并且表面有更多的缺陷,增大了比表面积,促进了自发成核,最终提高了自发分解率。
2.3电场对分解产物物相的影响
图4为有、无外加电场作用下,铝酸钠溶液自发分解产物的X-射线衍射图。可以看出:外加电场并没有改变铝酸钠溶液自发分解产物氢氧化铝的晶体结构,分解后得到的仍为六方棱柱状的Gibbsite型氢氧化铝晶体;但无外加电场时分解产物中还混有Bayrite型氢氧化铝晶体,这可能与试验所用的铝酸钠溶液有关。Al(OH)3晶种在过饱和铝酸钠溶液分解时先部分溶解,构成某种
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湿法冶金 2011年9月有效成核成分,成核最终发生在液相而非晶种表面[5-8],所以,外加电场可能促进溶解过程,导致最终产物只有Gibbsite 型氢氧化铝晶体。
a )))有外加电场;
b )))无外加电场
图4 铝酸钠溶液自发分解产物的X -射线衍射图
3 结论
在试验室模拟工业生产条件下,用外加交流电场处理铝酸钠溶液,分别用苛性碱质量浓度118g/L 和160g/L 的铝酸钠溶液在50e 和60
e 条件下进行自发分解试验。结果表明:外加电
场可缩短铝酸钠溶液自发分解的诱导期,促进铝酸钠溶液的成核过程,并促进颗粒的生长,从而提高铝酸钠溶液的自发分解率;同时,外加电场有利
于规则的六边形晶体的生成,这可能是因为外加电场促进了铝酸钠溶液生长基元的形成,从而促进了Al(OH )3的成核及长大过程;外加电场并不会改变铝酸钠溶液自发分解产物的物相组成及结构,分解产物仍为六方棱柱状Gibbsite 型氢氧化铝晶体。参考文献:
[1] 杨重愚.氧化铝生产工艺学[M ].北京:冶金工业出版社,
1996:36.[2]
董觉,陈启元,尹周澜.离子膜电解铝酸钠溶液制备超细氢氧化铝[J ].中国有色金属学报,2008,18(7):1330-1335.[3] 尹周澜,曾纪术,陈启元,等.晶种活化强化铝酸钠溶液的种
分分解[J ].中国有色金属学报,2008,18(2):362-365.[4]韩颜卿,姚静武,张学英.磁场对铝酸钠溶液种分分解的影响[J ].矿产保护与利用,1999(2):26-28.
[5]
陈国辉,张斌,张平民,等.超声强化铝酸钠溶液分解过程中的成核现象[J].有色金属,2003,55(2):28-30.
[6] 尹周澜,敬叶灵,陈启元,等.聚合物对铝酸钠溶液种分过程
的影响[J ].中国有色金属学报,2007,17(6):1003-1007.
[7] L oh S C,Watling H R.A Kinetic Investigation of Gibbsite
Precipitation U sing in Situ Tim e Resolved Energy Disper -s ive X -ray Diffraction [J ].Phy Chem,2000,2(16):3597-3604.
[8] Cou nter J,Gerson A.Caus tic Alumin ate Liqu or s:Prepara -tion an d Characteriz ation Using Static Ligh t S cattering an d In Situ X -ray Diffraction[J].Colloid and Surface A:Phys-i cochem ical and Engin eering As pects,1997,126(2/3):103-112.
Affection of Electric Field on S pontaneous Decomposition of Sodium Alu minate Solution
WU Fu -zhong,JIN H u-i x in,M A Jie
(College of M aterials S cience and Metallurgy Engineer ing ,Guiz hou Univ ersity ,
G uiy ang,Guiz hou 550003,China)
Abstract:The action of electric field on spontaneous deco mposition o f sodium aluminate so lution w as
studied.By XRD and SEM ,the surface topo graphy and phase com position o f decom position product of sodium aluminate solutio n w as analy zed.T he electric field can promo te effectively primary nuclei to fo rm,but cannot change the phase composition of decomposition product.T he product was still gibbsite.Key words:electric field;enhancement;sodium alum inate solution;deco mpo sition;gibbsite
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影响铝酸钠溶液分解因素论文
学号XXXXXX XX大学 毕业设计（论文） 题目影响铝酸钠溶液分解的因素分析学院XX学院 专业 200X冶金技术 学生姓名XXX 指导教师刘XX职称高级讲师 评阅教师职称 时间 200X年X月X日
指导教师：刘XX 职称：高级讲师学生人数：XX人 学生姓名（学号、专业）：XX（、冶金技术） 毕业设计（论文）题目（来源、类型） 影响铝酸钠溶液分解的的因素分析（B、Z） 毕业论文工作内容与基本要求（目标、任务、途径、方法、成果形式，应掌握的原始资料（数据）、参考资料（文献）以及设计技术要求、注意事项等）（纸张不够可加页） 目标：通过文论的写作，掌握氧化铝生产中的影响铝酸钠溶液分解的主要因素，明了如何改善和控制这些因素提高氧化铝的产量和质量 任务：通过多种方法并结合所学专业知识了解影响铝酸钠溶液分解的主要因素，掌握这些因素的利弊，并据此找出提高铝酸钠溶液分解的方式。 途径：指导老师的帮助、图书馆、网络、氧化铝厂工人 方法：类比法、叙述法、举例法、推理法 成果形式：以论文的形式展示 应掌握的原始资料：拜耳法氧化铝生产工艺流程、铝酸钠溶液分解工艺、影响铝酸钠溶液分解的各种因素因素、控制和改善这些因素的方法。 参考资料：课本、图书馆藏书、轻冶杂质、网络资料。 设计技术要求：切合实际，量力而行，内容具体详实。 注意事项：叙述有条理，论据要具体，推理要严谨。 教研室审批意见： 审批人签名： 备注：（1）来源：A—教师拟订；B—学生建议；C—企业和社会征集；D—实习单位提供（2）类型：X—真实课题；Y—模拟课题；Z—虚拟课题
课题名称（来源、类型）： 影响铝酸钠溶液分解的因素分析（B、Z） 指导教师：刘XX 学生姓名：XX 学号：XXXXX 专业：冶金技术 开题报告内容：（调研资料的准备，论文的目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段内容及时间安排；小组内其他成员的分工；完成论文 所具备的条件因素等。） 调研资料的准备：指导老师的指导资料、课本、图书馆藏书、网络资料等。 论文的目的：通过写论文来达到巩固所学知识，学会搜集整理资料的方法、学会理论结合实际的方法。 论文的要求：课题要具体明了切合实际、资料要完善全面、论述要有条理谨慎。论文的思路：铝酸钠溶液的分解机理，影响铝酸钠溶液分解的主要因素，控制和改善因素的方法。 论文的预期成果：通过此次论文的写作，要懂得和掌握学术论文的写作方法和步骤，掌握收集和筛选资料的方法，了解理论是如何与实际相互 作用的。 任务完成的阶段内容和时间安排：第一阶段确定范围收集资料（2.11～2.20） 第二阶段确定题目筛选资料（2.21～3.02） 第三阶段完成论文初稿（3.02～3.10） 第四阶段指导老师修改（3.11～3.12） 第五阶段论文定稿（3.13～3.14） 完成论文所具备的条件因素：系统的理论知识、足够的材料、老师的指导帮助、 完整的思路、严谨的态度。 （可加页） 指导教师签名：日期： 备注：（1）来源：A—教师拟订；B—学生建议；C—企业和社会征集；D—实习单位提供（2）类型：X—真实课题；Y—模拟课题；Z—虚拟课题
第三章铝酸钠溶液习题
一、填空题：（每空1分，共20分） 1、氧化铝生产过程就是从矿石中（）氧化铝，并使之与 （）分离的过程。 2、碱法生产氧化铝的实质，就是把铝土矿中的（） 溶出制成铝酸钠溶液，然后在使（）分解以获 得氧化铝。 3、铝酸钠溶液中的氧化钠包括与氧化铝反应生成 ( )和以游离态存在的的（）。 4、拜尔法循环效率Ｅ值越高，单位体积的循环母液就可以产 出（）的氧化铝，设备产能按比例的（），而 处理溶液的费用也都按比例的降低。 5、提高溶出温度主要是能使溶液中氧化铝的平衡浓度 （），溶出速度增大，结果使氧化铝 （）。 6、拜尔循环主要包括溶出、（）、分解和（） 四个过程。 7、拜尔循环：表示着拜尔法生产中利用（）在高温下溶 出铝土矿中的氧化铝，而后又在低温、低浓度、添加晶种 的情况下（），分解后的母液经过蒸发浓缩返回到配 料工序。 8、铝酸钠溶液中所含（）与（）的摩尔 比叫做铝酸钠溶液的苛性比值。 9、工业上把（）_和（）合称为全碱。 10、循环效率E值越大，当溶出液苛性比值降低时，母液苛性 比值（）则一个生产循环周期产出氧化铝就（）。
11、在任何温度下提高工业铝酸钠溶液（），都可 以使溶液稳定性（）。 12、苛性比值的大小表示铝酸钠溶液中（）饱和度 和溶液（）的强弱。 13、随温度的提高氧化铝水合物在碱中的（）增大，因 此企业生产通常采用（）进行溶出。 14、拜尔法生产氧化铝有原料制备、（）、赤泥沉降分 离、（），母液蒸发和氢氧化铝焙烧六个主要工序。 二、判断题：（10分） 1、降低溶出液苛性比值，可以通过提高循环母液碱浓度和提高溶出温度来实现。（） 2、温度是影响溶出速度的主要因素，特别是溶出一水硬铝石型铝土矿时尤其是这样。（） 3、生产上为了提高循环效率，采用提高溶出温度和提高循环母液碱浓度的方法来达到。（） 4、稳定性是指从过饱和铝酸钠溶液开始分解析出氢氧化铝所需时间的长短。（） 5、每升循环母液再一次作业周期中所能生产氧化铝的克数，称为循环效率（） 6、循环母液在一次作业周期中所产生的氧化铝的克数，称为 溶出率。（） 7、每升铝酸钠溶液中所含有溶质的克数，称为铝酸钠溶液的 循环效率。（）
第五章 铝酸钠溶液的分析
第五章铝酸钠溶液的分析 第一节铝酸钠浆液概述 铝酸钠浆液是氧化铝生产过程中重要的中间产物。了解铝酸钠浆液的组成和含量，对正确管理氧化铝生产有着重要意义。 氧化铝生产过程中的铝酸钠浆液主要有如下几种：烧结法溶出后含硅钙渣的铝酸钠浆液，分解过程中含氢氧化铝的铝酸钠浆液。另外，还有经过沉降分离过滤后含少量悬浮物的铝酸钠溶液。 对铝酸钠浆液进行下列测定：液固比、固体含量、细度、浮游物和比重等物理性质，以及全碱、氧化铝、苛性钠、碳酸钠、二氧化硅、氧化铁、硫酸根、氧化镓、有机物等化学成分。 对各种浆液中的液固比及固体含量进行测定，可以了解矿浆配料的情况；硅钙渣浆液的过滤沉降性能以及种子分解过程中氢氧化铝种子添加量等。细度的测定是为了控制矿浆中矿石磨细的程度，以及控制烧结系统中溶出熟料中氧化铝溶出率和使硅钙渣较易沉降分离。铝酸钠精液中的悬浮物是铝硅酸钠细小颗粒，精液中有过多的悬浮物存在时会随铝酸钠溶液的分解而进入氢氧化铝中，从而使产品质量变坏。因此，必须控制精液中悬浮物的含量。 氧化铝生产中把铝酸钠溶液中的碱分为三种形式：全碱（Na2O T）、碳酸碱（Na2O C）和苛性碱（Na2O K）。它们主要以钠盐形式存在，此外尚有部分以钾盐形式存在。在分析过程中均以氧化钠形式报出结果。 在铝酸钠溶液中苛性碱是指未化合的NaOH、铝酸钠
[NaOH·Al(OH)3]、硅酸钠（Na 2SiO 3）等，以Na 2O k 表示；以Na 2CO 3形式存在的碱叫做碳酸碱，以Na 2O C 表示；上述二种状态的碱的总和则称为全碱，以Na 2O T 表示。 氧化铝生产中铝酸钠溶液成份浓度用每升铝酸钠溶液中所含该成份的克数来表示。 铝酸钠溶液的一个重要特性函数是苛性比值（ak ），计算公式为： 1.645k N ak Ao =? 式中：N k ，A 0 — 分别为铝酸钠溶液中Na 2O k 和Al 2O 3的浓度，克 /升 1.645 — Al 2O 3与Na 2O 分子量的比值，即102/62 苛性比值为1.0的铝酸钠溶液瞬间即分解，ak=1.193的溶液制成后经过几个小时即开始分解，ak=1.4～1.8的铝酸钠溶液在生产条件下相当稳定，ak=3.0以上的铝酸钠溶液经过很长时间都不会分解。氧化铝生产过程中各个工序的苛性比值的变化范围为1.1～3.5，苛性比值等于1或小于1的铝酸钠溶液是不存在的。 在烧结法中要求保持一定浓度的碳酸碱，碳酸碱含量过低时对硅钙渣的沉降带来不利的后果，但碳酸碱的含量过高，它能与硅酸钙反应，生成碳酸钙和硅酸钠。而硅酸钠进一步与铝酸钠反应生产铝硅酸钠溶液造成溶液中氧化铝的损失。 在这里先对生产中一些技术指标的概念加以简要说明。 固体含量表示在1L 浆液中所含固体重量的克数（g/L ）。 液固比表示浆液中液体重量与固体重量之比，即液/固，L/S 。
铝酸钠安全技术说明书
铝酸钠 第一部分标识 中文名: 铝酸钠 英文名: SODIUM ALUMINATE；Aluminum sodium oxide；Sodium aluminum oxide 分子式: AlNaO ２；NaAO ２ (Na ２ O．Al ２ O ３ 分子量: 结构式： CAS号：11138-49-1 RTECS号：BD1600000 HS编码： UN编号：2812(固体) 危险货物编号：82502(固体) IMDG规则页码： 第二部分理化性质 外观与性状：白色晶体 主要用途：UN：1819(溶液) 危编号：82008(溶液) 熔点： 1800 沸点： 相对密度(水=1)：>1．5 相对密度(空气=1): 饱和蒸汽压(kPa)： 溶解性： 临界温度(℃)： 临界压力(MPa)： 燃烧热(kj/mol)： 第三部分燃烧爆炸危险性避免接触的条件：潮湿
燃烧性：不燃 建规火险分级： 闪点(℃)： 自燃温度(℃)： 爆炸下限(V%)： 爆炸上限(V%)： 危险特性： 燃烧(分解)产物： 稳定性： 禁忌物： 聚合危害： 灭火方法：选用适合周围火源的灭火剂 第四部分包装储运 危险性类别： 危险货物包装标志： 包装类别： 储运注意事项：储存：存储于密闭容器内，置于凉爽、通风处运输：无论固体、溶液运输时，均须贴“腐蚀”标签，航空、铁路限量运输 第五部分毒性危害 接触限值： 侵入途径：吸入，皮肤及眼睛接触 毒性： 健康危害：有腐蚀性；皮肤、眼睛接触会受严重刺激、灼伤；吸入粉尘后会刺激呼吸道，引起咳嗽(有痰)，甚至呼吸短促 第六部分急救 皮肤接触：立即用大量水冲洗患处
眼睛接触：用大量水清洗30分钟；就医 吸入：将患者移至新鲜空气处；呼吸停止时，施行呼吸复苏术；心跳停止时，施行心肺复苏术；就医 食入： 第七部分防护措施 工程控制： 呼吸系统防护：选用适当呼吸器，定期检查肺功能 眼睛防护：戴护目镜和面具，以保护眼睛 防护服：穿戴清洁完好的防护用具，以避免皮肤接触 手防护： 其他： 泄漏处置：须穿戴防护用具进入现场；用蛭石、干砂、泥土或类似物质吸收泄漏液于密闭容器内；用简便安全的方法收集泄漏粉末于密闭容器内。 高考是我们人生中重要的阶段，我们要学会给高三的自己加油打气