表面活性劑在砂狀氧化鋁生產(chǎn)中的應(yīng)用及機(jī)理研究.pdf

1、氧化鋁是電解鋁生產(chǎn)的主要原料，同時(shí)也是電子、石油、化工、耐火材料、陶瓷等行業(yè)不可缺少的重要原料。上世紀(jì)七十年代以來，由于電解鋁廠環(huán)保及節(jié)能的需要，特別是干法煙氣凈化和大型中間自動(dòng)點(diǎn)式下料預(yù)焙槽的推廣以及懸浮預(yù)熱及流態(tài)化焙燒技術(shù)的應(yīng)用，不但對氧化鋁的純度，而且對氧化鋁的物理性質(zhì)也提出了嚴(yán)格的要求。砂狀氧化鋁正在逐步取代歐亞原先流行生產(chǎn)的粉狀氧化鋁。 鋁酸鈉溶液晶種分解是拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的重要工序之一，我國拜耳法以難溶的一水硬鋁石型

2、鋁土礦為原料，溶出條件苛刻，溶出液分子比高，溶液的苛性堿濃度也高，制得的氧化鋁與國外典型的砂狀氧化鋁產(chǎn)品比較，主要缺點(diǎn)是產(chǎn)品強(qiáng)度低，同時(shí)不能保證細(xì)粒子含量在合適范圍內(nèi)，所以鋁酸鈉溶液晶種分解制取砂狀氧化鋁是我國鋁工業(yè)迫切需要解決的問題。 氧化鋁的許多物理性質(zhì)，特別是α-Al2O3含量和安息角等主要取決于焙燒條件，而氧化鋁的顆粒粒度和強(qiáng)度在很大程度上決定于原始?xì)溲趸X的粒度和強(qiáng)度，所以為了生產(chǎn)砂狀氧化鋁，首先必須得到粒度較粗和強(qiáng)度

3、較大的氫氧化鋁。因此，本文以改善產(chǎn)品氫氧化鋁粒度和強(qiáng)度為主要研究內(nèi)容。 一段法砂狀氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)，流程短，易控制，但以一水硬鋁石型鋁土礦為原料難以實(shí)現(xiàn)；二段法砂狀氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)，充分利用一段細(xì)顆粒附聚和二段結(jié)晶長大，并采用旋流分離器對產(chǎn)品分級，易于實(shí)現(xiàn)砂狀氧化鋁生產(chǎn)，但流程較為復(fù)雜。 本文分別在一段法和二段法晶種分解過程中使用表面活性劑來改善晶種分解產(chǎn)物的粒度和強(qiáng)度。研究了陰離子、非離子和復(fù)合型表面活性劑及其不同添加量對

4、分解過程的影響，發(fā)現(xiàn)單一表面活性劑的作用效果總體不如復(fù)合型。復(fù)合型表面活性劑在不降低溶液分解率的前提下，可以明顯地提高產(chǎn)物的粒度和強(qiáng)度，其中性價(jià)比最好的是H8型添加劑。 系統(tǒng)研究了表面活性劑強(qiáng)化鋁酸鈉溶液晶種分解的作用機(jī)理。利用鋁酸鈉溶液晶種分解過程中附聚和結(jié)晶長大的機(jī)理推導(dǎo)出分解過程的動(dòng)力學(xué)方程，找出了二段法生產(chǎn)砂狀氧化鋁工藝的理論依據(jù)。在試驗(yàn)條件下，分別推導(dǎo)了空白溶液和添加陰離子表面活性劑Ⅰ的分解動(dòng)力學(xué)方程，結(jié)果表明，表面活

5、性劑的加入降低了反應(yīng)的表觀活化能，使反應(yīng)進(jìn)行所需克服的勢壘降低，因此反應(yīng)易于進(jìn)行。 首次在鋁酸鈉溶液晶種分解體系中系統(tǒng)研究了表面活性劑在Al(OH)3顆粒上的吸附行為，通過吸附等溫線的測定，找出了各類表面活性劑的最佳添加量。測定了吸附速率曲線，確定了油酸在鋁酸鈉溶液晶種分解體系中的吸附動(dòng)力學(xué)方程。研究了溫度對不同種類表面活性劑吸附的影響。首次借助紅外光譜確定了鋁酸鈉溶液晶種分解體系中表面活性劑在Al(OH)3顆粒上的吸附方式。結(jié)

6、果表明，陰離子表面活性劑以靜電力作用吸附到Al(OH)3顆粒上，而非離子表面活性劑則是與Al(OH)3成鍵吸附到顆粒表面上的。 首次研究了表面活性劑作用下鋁酸鈉溶液物理化學(xué)性質(zhì)的變化對產(chǎn)物質(zhì)量的影響。結(jié)果顯示，表面活性劑的加入，鋁酸鈉溶液的表面張力、粘度等物理化學(xué)性質(zhì)有明顯改變，并與產(chǎn)品氫氧化鋁的粒度、強(qiáng)度有一定的關(guān)系：當(dāng)表面活性劑的加入使鋁酸鈉溶液的表面張力降低0.015-0.020N/m時(shí)，析出的氫氧化鋁粒度與強(qiáng)度較好；凡使

7、氫氧化鋁強(qiáng)度提高、粒度增大的添加劑，分解初期都使鋁酸鈉溶液的粘度有所下降。 借助SEM照片，探討了表面活性劑對氫氧化鋁晶體生長的影響。研究表明，表面活性劑類添加劑改善產(chǎn)物粒度和強(qiáng)度的作用機(jī)理是促進(jìn)了細(xì)粒子的附聚，改善了產(chǎn)物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，使氫氧化鋁向具有鑲嵌式的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。 研究了添加表面活性劑對氧化鋁物理性質(zhì)的影響。結(jié)果說明，表面活劑能夠不同程度的降低氧化鋁-45um粒子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，改善其平均粒度、強(qiáng)度等性質(zhì)，為實(shí)現(xiàn)砂狀氧化