水合铝酸钠结晶过程的应用基础研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 曹绍涛 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2010-05-25 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 张懿 |
| 关键词 | 水合铝酸钠 NaOH亚熔盐 氧化铝生产 结晶动力学 晶习 |
| 其他题名 | Applied and fundamental research for crystallization of monosodium aluminate hydrate |
| 学位专业 | 化学工程 |
| 中文摘要 | 基于我国铝土矿资源特点研发的NaOH亚熔盐氧化铝清洁生产技术可以实现低铝硅比铝土矿的高效、清洁、循环利用，并解决氧化铝赤泥资源化的国内外环保难题，意义十分重大。本文研究的水合铝酸钠结晶过程是清洁工艺相分离的核心技术之一。论文系统研究了水合铝酸钠结晶过程的反应动力学、成核与生长动力学、晶习和晶体生长机理，并进行了一水硬铝石型铝土矿NaOH亚熔盐溶出液的结晶工艺和分离全过程研究。本论文在以下几个方面取得了创新结果：（1）首次研究了水合铝酸钠结晶过程反应动力学和成核与生长动力学。水合铝酸钠结晶反应过程符合宏观二级反应特征，活化能为38.0 kJ mol-1，结晶过程晶种添加量较低、结晶反应速率较快；获得了水合铝酸钠结晶成核与生长动力学方程，连续结晶由过饱和溶液的扩散过程与晶体表面二维协调生长过程共同控制，且晶体线性生长速率在10-12 m s-1数量级上。（2）首次研究了水合铝酸钠初级成核动力学，根据初级成核理论辨识了初级均相成核区域和初级非均相成核区域，在60~100 ºC内，水合铝酸钠晶体在其过饱和结晶母液中的液-固界面张力为7.8~4.1 mJ m-2；通过实验和模型分析，证实水合铝酸钠晶体生长过程符合二维成核与生长协调机理。（3）系统研究了不同结晶条件对水合铝酸钠晶体形貌的影响，获得的晶体形貌包括正截锥体、截锥体复合结构、八边形片状、八边形片状复合结构、薄圆片和薄圆片复合结构。溶液过饱和水平降低、结晶温度升高、过量苛碱浓度和杂质硅浓度的升高，均会抑制基面生长过程，晶体由三维生长模式向二维生长模式转变，使得晶体形貌向片状结构发展；杂质硅浓度的升高，抑制晶体各个晶面的生长速率，导致水合铝酸钠晶体形貌向圆形转变。（4）研究了杂质硅对水合铝酸钠结晶过程的影响，随着铝酸钠溶液中杂质硅浓度的升高，硅分别以硅酸钠、硅酸铝和铝硅酸钠物相嵌入晶体晶格内，抑制了过饱和溶液中溶质通过表面反应进入晶体晶格的过程，使得水合铝酸钠结晶反应速率大大降低；当杂质硅浓度超过一定程度后，水合铝酸钠结晶过程被完全抑制；通过提高溶液苛碱浓度，可以在一定程度上降低杂质硅对水合铝酸钠结晶过程的抑制作用。（5）提出了水合铝酸钠结晶过程实现介质循环的新思路，首次研究了不经过滤的铝土矿溶出矿浆的水合铝酸钠结晶过程，主要通过结晶过饱和度和温度的动力学调控，实现了亚熔盐介质的高效相分离，且MAH结晶工艺操作简单易行。获得了水合铝酸钠结晶过程的优化工艺条件，即以1.5:1的碱矿比，采用45%的NaOH亚熔盐溶出一水硬铝石型铝土矿后，将溶出液的浓度调整至氧化钠浓度在575 g/L左右，在消除外扩散影响的前提下，保证8 g/L以上的MAH晶种添加量，在60 ºC下进行MAH等温结晶6 h。铝土矿溶出液过滤后结晶，结晶母液分子比高于35，混晶分子比低于1.2；不经过滤的铝土矿溶出浆料结晶，结晶母液分子比高于27，混晶分子比低于1.35，满足了结晶母液二次溶出和混晶溶解去种分的要求。研究发现，较小的赤泥颗粒主要作为固体杂质被水合铝酸钠晶体包裹起来，较大的赤泥颗粒则主要通过表面聚结的作用与晶体产品形成团聚体，从而在一定程度上抑制了结晶反应的效率。 |
| 英文摘要 | The process of Al2O3 clean production using NaOH Sub-Molten Salt, developed for leaching Chinese diasporic bauxite with low A/S ratio, has been an environmentally benign, efficient and economical process with recycling utilization of bauxite resources, and can solve the environmental problems of the utilization of red mud at home and abroad. The research and development of this process is thus of of great significance. The crystallization of monosodium aluminate hydrate (MAH) in this study is accordingly a key technology to realize the phase separation of this clean production process. |
| 公开日期 | 2013-09-17 |
| 页码 | 115 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/1536]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 曹绍涛. 水合铝酸钠结晶过程的应用基础研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：过程工程研究所
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