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铝酸钠溶液晶种分解是拜耳法生产氧化铝的关键工序之一,它对产品氧化铝的质量、产量及生产技术经济指标具有重要影响。铝酸钠溶液不同于一般无机盐溶液,由于其体系结构复杂,晶种分解过程速度缓慢,分解率较低(~50%),这导致晶种分解成为氧化铝生产耗时最长,积压物料最多的工序,是拜耳法生产氧化铝技术发展的瓶颈之一。因此,强化过饱和铝酸钠溶液晶种分解,改善氧化铝产品的质量,成为氧化铝生产亟待解决的问题。就强化铝酸钠溶液晶种分解过程进行研究,对提高氧化铝生产技术经济指标具有重要的现实意义。
本文在不改变现行工艺生产条件的前提下,采用添加表面活性剂的方式强化铝酸钠溶液晶种分解过程。在铝酸钠溶液晶种分解过程中,添加非离子、阴离子、阳离子和两性等不同类型的表面活性剂,就其对分解过程的影响进行了大量的实验研究,从中选出了强化效果良好的非离子型表面活性剂A与阴离子型表面活性剂B两种表面活性剂。应用这两种表面活性剂强化晶种分解过程时就添加量与添加方式等工艺条件进行了系统的研究,并对表面活性剂的作用机理作出了合理的解释。
从表面活性剂在水溶液中的一般作用机理并结合其结构和性质,实验室合成了H与G两个系列的添加剂。在铝酸钠溶液晶种分解过程中应用H、G两个系列添加剂,均能使过程的分解率大为提高,起到有效强化过程的作用。G系列与H系列具有不同的空间结构,这使得两个系列添加剂对晶种分解分解过程影响机制各有不同。
研究结果表明:(1) 在铝酸钠溶液晶种分解过程中添加非离子型表面活性剂A,可提高过程分解率6%左右;添加阴离子型表面活性剂B,可提高分解率4%左右;(2) 添加剂的最佳加入方式是在分解6h左右加入;(3) H系列添加剂在一定程度上均可提高晶种分解过程的分解率,其中H7的强化效果最好,最大可提高分解率5.47%;(4) 晶种分解过程中,加入G系列两种添加剂,都可提高过程的分解率,其中G1的强化效果优于G2,G1最大可提高分解率5.18%。
论文还对铝酸钠溶液分解过程添加剂的作用机理进行了探讨。结果表明,添加剂的加入使得铝酸钠溶液的物理化学性质及其固液界面性质发生了较大的改变,铝酸钠溶液的表面张力降低了20~30mN/m,铝酸钠溶液的稳定性大为降低。晶种Al(OH)3表面zeta电位发生了较大的改变,晶种表面性质也随之发生变化,为强化铝酸钠溶液晶种分解创造了有利条件。