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電場對鋁酸鈉溶液晶種分解過程的影響

文檔作者：吳復(fù)忠金會(huì)心馬婕文檔來源：貴州大學(xué)材料科學(xué)與冶金工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年06月06日
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第30卷第4期(總第120期)
2011年12月
濕法冶金
Hydrometallurgy of China
V01．30 No．4(Sum．120)
Dec．2011
電場對鋁酸鈉溶液晶種分解過程的影響
吳復(fù)忠，金會(huì)心，馬婕
(貴州大學(xué)材料科學(xué)與冶金工程學(xué)院，貴州貴陽550003)
摘要：研究了電場對鋁酸鈉溶液晶種分解過程的影響，考察了不同溫度和苛性堿質(zhì)量濃度條件下電場對鋁酸
鈉溶液非晶種分解過程和晶種分解過程的影響，并用掃描電鏡、X一射線衍射儀分析了分解產(chǎn)物的形貌和物相
組成。試驗(yàn)結(jié)果表明：鋁酸鈉溶液的分解率在電場作用下顯著提高；電場能促成大量初生晶核的形成，以及一
些大顆粒氫氧化鋁的附聚，縮短了成核誘導(dǎo)期；電場不會(huì)改變鋁酸鈉溶液分解產(chǎn)物的物相。
關(guān)鍵詞：電場；鋁酸鈉溶液；晶體；分解
中圖分類號：TF803．22 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1009—2617(2011)04—0309—03
鋁酸鈉溶液種分過程是拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的
關(guān)鍵工序之一，其存在的主要問題是分解時(shí)間冗
長、分解率低，且需要加入大量晶種[1]。強(qiáng)化鋁酸
鈉溶液分解過程的研究[2—3有很多，目前，工業(yè)上
主要采用工藝參數(shù)優(yōu)化、添加試劑強(qiáng)化、活化晶種
強(qiáng)化、物理強(qiáng)化等方法[8。1川，但這些方法效果不很
理想，在工業(yè)上沒有得到廣泛應(yīng)用。外場強(qiáng)化物
理方法已在鋼鐵冶金過程中得到成功應(yīng)用，為此，
討論了電場對鋁酸鈉溶液晶種分解過程的影響，
以期找到一種更好的強(qiáng)化方法。
1 試驗(yàn)部分
1．1 試驗(yàn)裝置
試驗(yàn)裝置如圖1所示。鋁酸鈉溶液取自鋁
廠，原始苛性比口t一1．70，原始苛性堿質(zhì)量濃度
為160 g／L。取部分溶液，用去離子水稀釋至苛
性堿質(zhì)量濃度為118 g／L，加入工業(yè)氫氧化鋁作
為晶種，晶種添加量為500 g／L。用電流為8 A
的電場分別處理此2種苛性堿質(zhì)量濃度的鋁酸鈉
溶液，反應(yīng)在1 L燒杯中進(jìn)行，攪拌速率為300
r／min。將燒杯中溶液恒溫，開啟攪拌，通電，開始
計(jì)時(shí)。反應(yīng)一段時(shí)間后取漿液10 mL，固液分離，
液體樣滴定分析口。并計(jì)算分解率，固體樣分析形
貌和物相組成。分別在50℃和60℃條件下重復(fù)
以上試驗(yàn)。
圈1試驗(yàn)裝置示意圖
試驗(yàn)前要特別仔細(xì)地清除燒杯內(nèi)的結(jié)疤，再
用酸、乙醇洗滌，最后用蒸餾水沖洗，以防止燒杯
內(nèi)壁上有結(jié)晶核心。
2 試驗(yàn)結(jié)果及討論
2．1 電場對過飽和鋁酸鈉溶液種分分解速率的
影響
50℃、電場作用下，苛性堿質(zhì)量濃度分別為
118 g／L和160 g／L的過飽和鋁酸鈉溶液，以500
g／L晶種添加量添加氫氧化鋁晶種，分解56 h，試
驗(yàn)結(jié)果如圖2、3所示。
收稿日期：201卜02—28
基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No．51064005)；貴州大學(xué)博士基金資助項(xiàng)目(貴大人基合字(2008)027號)；貴州省科技廳自
然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(黔科合J字(2009)2228號)。
作者簡介t吳復(fù)忠(1970一)，男，安徽樅陽人·副教授，博士，研究方向?yàn)橄到y(tǒng)節(jié)能。E-mail：gutwfz@163．COITI．
萬方數(shù)據(jù)
·310· 濕法冶金2011年12月
35
30
l
25
喜20
生15
隸10
5
O
o lO 20 30 40 50 60
時(shí)閫／h
圍2 118 g／L條件下電場對種分分解睪的影響
圍3 160 g／L條件下電場對種分分解率的影響
由圖2、3看出：苛性堿質(zhì)量濃度為118 g／L
和160 g／L的鋁酸鈉溶液，在電場強(qiáng)化前期，種分
分解速率都增長迅速；而到分解后期，特別是30
h以后，分解速率曲線幾乎接近水平，增長趨于平
緩。這個(gè)結(jié)果和自發(fā)分解試驗(yàn)結(jié)果“2J一致。
60℃、電場作用下，鋁酸鈉溶液晶種分解試
驗(yàn)結(jié)果如圖4、5所示?？梢钥闯?，在ffk一1．7、60
℃條件下，外加電場時(shí)鋁酸鈉溶液種分分解速率
明顯提高，并且低苛性堿質(zhì)量濃度時(shí)效果更明顯。
這可能是因?yàn)檩^低苛性堿質(zhì)量濃度的鋁酸鈉溶液
有較高的過飽和度，電場縮短了鋁酸鈉溶液的誘
導(dǎo)期，促進(jìn)了晶核形成。而一旦有晶核快速形成，
高溫條件比低溫條件更有利于鋁酸鈉溶液分解。
50
柏
；30
羹20
10
0
0 10 20 30 40 50 60
時(shí)問／h
圈4 118 g／L條件下電場對種分分解的影響
0 10 20 30 40 50 60
時(shí)問／h
圈5 160 g／L條件下電場對種分分解的影響
50℃和60℃條件下，電場對鋁酸鈉溶液分
解速率的影響幾乎一致，表明加晶種條件下，溫度
對電場強(qiáng)化鋁酸鈉溶液種分分解率的影響不是很
明顯，進(jìn)一步說明電場的強(qiáng)化作用主要是強(qiáng)化成
核。
外加電場對鋁酸鈉溶液分解過程的強(qiáng)化作用
主要體現(xiàn)在分解的成核期，因?yàn)殡妶龅淖饔脤?dǎo)致
大量初生晶核的形成．提高了種分分解率。由此
得出，電場能有效縮短成核誘導(dǎo)期，促進(jìn)成核，最
終提高鋁酸鈉溶液的種分分解率。
2．2 電場對過飽和鋁酸鈉溶液種分分解產(chǎn)物形
貌的影響
在a。一1．7、苛性堿質(zhì)量濃度118 g／L、溫度
50℃、晶種添加量500 g／L條件下，鋁酸鈉溶液
種分分解產(chǎn)物掃描電鏡照片如圖6所示。
a，c一無，l,]JIJ電場；b、cl_有外加電場
圈6 鋁酸鈉溶液種分分解產(chǎn)物的SEM照片
圖6(a)和(c)放大1 000倍，可以看出，產(chǎn)物
表面較為光滑，有些微細(xì)小片狀顆粒附著其上。
圖6(b)放大2 000倍，可以看見產(chǎn)物顆粒表面附
著了大量細(xì)小顆粒，表面很粗糙；晶種大顆粒周圍
還能看見一些明顯的細(xì)小顆粒。圖6(d)放大
萬方數(shù)據(jù)
第30卷第4期吳復(fù)忠，等：電場對鋁酸鈉溶液晶種分解過程的影響·311·
5 000倍，可以更加清晰地看到晶種顆粒表面有大
量細(xì)小顆粒，這些細(xì)小顆粒填充在晶種顆粒表面
及界面的縫隙中。
外加電場明顯促進(jìn)了鋁酸鈉溶液種分過程中
的二次成核現(xiàn)象，生成了更多的次生晶核。這些
次生晶核進(jìn)入到溶液中，成為新的晶核，從而強(qiáng)化
了分解過程，提高了種分分解率。
2．3 電場對過飽和鋁酸鈉溶液種分分解產(chǎn)物物
相的影響
圖7為有外加電場作用下鋁酸鈉溶液加晶種
分解過程析出產(chǎn)物的x一射線衍射圖。結(jié)果表明，
析出產(chǎn)物為Gibbsite型氫氧化鋁晶體。
100
80
芝60
倒
鼎40
20
0．．?！?。一、．，。一一一
10 20 30 40 50 60
20／(9)
圈7 外加電場時(shí)鋁酸鈉溶液加昌種分解時(shí)產(chǎn)物的XRD圍
3 結(jié)論
通過對工業(yè)鋁酸鈉溶液在不同溫度、不同苛
性堿質(zhì)量濃度條件下添加晶種進(jìn)行的分解試驗(yàn)，
探討了外加電場對鋁酸鈉溶液晶種分解過程的影
響，結(jié)果表明：
1)外加電場可以有效強(qiáng)化鋁酸鈉溶液晶種分
解過程，提高鋁酸鈉溶液的分解速率，但是高溫下
電場對其強(qiáng)化作用較之低溫下要弱；
2)電場能促成大量初生晶核的形成以及一些
大顆粒氫氧化鋁的附聚；
3)電場強(qiáng)化鋁酸鈉溶液種分過程并沒有改變
分解產(chǎn)物的物相，仍然為氫氧化鋁，且晶體結(jié)構(gòu)也
未發(fā)生改變。
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Affection of Electric Field on Seed Crystal Precipitation of Sodium Aluminate Solution
WU Fu—zhong．JIN Hui—xin．MA Jie
(College of Materials Science and Metallurgy Engineering，Guizhou University
Guiyang 550003，China)
Abstract：Electric field reinforcing action on seeded crystal precipitation of sodium aluminate solution
was studied．Effect of electric field on seed precipitation process under different temperature and
concentration of caustic alkal was examined．The topography and phase composition were analysed by
XRD and SEM．The results indicate that the precipitation rate sodium aluminate solution are promoted
by electric field．Seed precipitation time is shortened．The nucleation and crystal growth are promoted
in electric field，but the Al(0H)3 phase is not changed．
Key words：

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