铝酸钠溶液碳酸化分解过程若干问题的研究

摘要

碳酸化分解是烧结法生产氧化铝的重要工序之一,它直接影响氧化铝产品的纯度与粒度.目前,我国烧结法生产的氧化铝产品质量与砂状氧化铝的要求仍存在较大差距.论文从碳酸化分解过程的内因着手,对碳酸化分解过程动力学机理进行了深入的研究.将碳酸化分解过程分解为氢氧化钠被二氧化碳中和的酸碱中和反应和氢氧化铝结晶析出两个过程,单独进行实验研究.通过对前者的研究表明,该过程的活化能仅为8.057KJ.mol<'-1>,为扩散控制;推导出该反应的速率r<,d>与气体流量Q之间的关系为r<,d>=K(Q/V<,L>)<'2/3>.对后者的研究表明,碳酸化分解过程分解率与反应时间之间的关系可用阿乌拉米方程来描述;随着CO<,2>浓度的增大,碳酸化分解过程的分解率明显提高;在75~90℃范围内,温度对分解率的影响不大;添加晶种可提高分解前期的分解速度.综合两者的研究结果,通过进一步分析和推导认为碳酸化分解过程的动力学方程.对不同条件下碳酸化分解过程中铝酸钠溶液过饱和度与时间关系的研究,表明:溶液的过饱和度呈现先增后降的变化规律.CO<,2>浓度越大,反应过程的诱导期就越短;温度的提高,诱导期的变化规律不一致;晶种系数的提高,诱导期变短;不加晶种时碳酸化分解的成核过程与晶种分解不同,而加晶种碳酸化分解的成核情况与晶种分解过程相似;通过回归计算得到了碳酸化分解过程的总包成核表观活化能为123.679KJ/mol,表明该成核过程为化学反应控制.本文还针对烧结法生产氧化铝过程存在流程复杂、时间长、能耗高等问题,提出在低硅量指数(300左右)的铝酸钠溶液中加添加剂进行碳酸化分解的新思路.实验研究表明,添加A物质在一定程度上能够抑制溶液中SiO<,2>的析出,在最佳添加量下,当分解率为90﹪左右时,产品Al<,2>O<,3>中的SiO<,2>含量能够接近国家二级品标准(0.04﹪).其作用机理可能是该添加剂改变了溶液中SiO<,2>的介稳区,增大了它的不稳定性,使得其介稳浓度变大.

目录

文摘

英文文摘

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第一章文献综述

1.1引言

1.2铝酸钠溶液分解的机理

1.2.1碳酸化分解过程的机理

1.2.2晶种分解过程的机理

1.3影响碳酸化分解过程的因素

1.3.1分解温度

1.3.2通气速度和CO2气体浓度

1.3.3搅拌制度

1.3.4氢氧化铝晶种

1.4本研究的意义和主要内容

第二章实验原料、设备及方法

2.1实验原料和药品

2.2实验设备

2.2.1主要实验设备

2.2.2碳酸化分解实验设备连接图

2.3实验方法

2.3.1铝酸钠溶液配制方法

2.3.2实验过程

2.3.3溶液成分分析方法

2.3.4有关计算公式

第三章铝酸钠溶液碳酸化分解过程的宏观动力学

3.1氢氧化钠被二氧化碳中和的酸碱中和反应的宏观动力学

3.1.1二氧化碳浓度对反应过程的影响

3.1.2温度对反应过程的影响

3.1.3氢氧化钠浓度对反应过程的影响

3.1.4动力学数据的处理与动力学方程参数的求解

3.1.5气体流量与反应速率的关系

3.2主要影响因素对碳酸化分解过程的影响规律

3.2.1CO2浓度对碳酸化分解过程的影响

3.2.2温度对碳酸化分解过程的影响

3.2.3 晶种系数的影响

3.3碳酸化分解过程的宏观动力学

3.3.1碳酸化分解过程的动力学模型和其动力学参数的求解

3.3.2关于碳酸化分解过程的动力学方程的讨论

3.4本章小结

第四章碳酸化分解过程中的成核

4.1碳酸化分解过程的诱导期

4.1.1不同CO2浓度下的诱导期

4.1.2不同温度下的诱导期

4.1.3不同晶种系数下的诱导期

4.2碳酸化分解过程的诱导期与初始过饱和度的关系

4.3碳酸化分解过程的成核方程

4.4本章小结

第五章低硅量指数碳酸化分解的研究

5.1研究背景

5.2低硅量指数碳酸化分解过程的探索

5.2.1加S物质的实验研究

5.2.2加B物质的实验研究

5.2.3作用机理推测

5.3本章小结

第六章结论与展望

6.1主要结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文