影響鋁酸鈉溶是液分解的因素分析

1、 學號xxxxxxxx大學畢業(yè)設計（論文）題 目 影響鋁酸鈉溶液分解的因素分析 學 院 xx學院 專 業(yè) 200x 冶金技術 學生姓名 xxx 指導教師 劉xx 職稱 高級講師 評閱教師 職稱 時 間 200x年x月x日 中州大學工程技術學院畢業(yè)論文任務書指導教師： 劉xx 職稱： 高級講師 學生人數(shù)： xx人 學生姓名（學號、專業(yè)）： xx（、冶金技術） 畢業(yè)設計（論文）題目（來源、類型） 影響鋁酸鈉溶液分解的的因素分析（b、z） 畢業(yè)論文工作內(nèi)容與基本要求（目標、任務、途徑、方法、成果形式，應掌握的原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻）以及設計技術要求、注意事項等）（紙張不夠可加頁） 目標：通

2、過文論的寫作，掌握氧化鋁生產(chǎn)中的影響鋁酸鈉溶液分解的主要因素， 明了如何改善和控制這些因素提高氧化鋁的產(chǎn)量和質(zhì)量 任務：通過多種方法并結合所學專業(yè)知識了解影響鋁酸鈉溶液分解的主要因素，掌握這些因素的利弊，并據(jù)此找出提高鋁酸鈉溶液分解的方式 。 途徑：指導老師的幫助、圖書館、網(wǎng)絡、氧化鋁廠工人 方法：類比法、敘述法、舉例法、推理法 成果形式：以論文的形式展示 應掌握的原始資料：拜耳法氧化鋁生產(chǎn)工藝流程、鋁酸鈉溶液分解工藝、影響鋁酸鈉溶液分解的各種因素因素、控制和改善這些因素的方法。 參考資料：課本、圖書館藏書、輕冶雜質(zhì)、網(wǎng)絡資料。 設計技術要求：切合實際，量力而行，內(nèi)容具體詳實。 注意事項：敘述

3、有條理，論據(jù)要具體，推理要嚴謹。 教研室審批意見：審批人簽名：備注：（1）來源：a教師擬訂；b學生建議；c企業(yè)和社會征集；d實習單位提供（2）類型：x真實課題；y模擬課題；z虛擬課題中州大學工程技術學院畢業(yè)論文開題報告課題名稱（來源、類型）： 影響鋁酸鈉溶液分解的因素分析（b、z） 指導教師： 劉xx 學生姓名： xx 學號：xxxxx 專業(yè)：冶金技術 開題報告內(nèi)容：（調(diào)研資料的準備，論文的目的、要求、思路與預期成果；任務完成的階段內(nèi)容及時間安排；小組內(nèi)其他成員的分工；完成論文所具備的條件因素等。）調(diào)研資料的準備：指導老師的指導資料、課本、圖書館藏書、網(wǎng)絡資料等。 論文的目的：通過寫論文來達到

4、鞏固所學知識，學會搜集整理資料的方法、學會 理論結合實際的方法。 論文的要求：課題要具體明了切合實際、資料要完善全面、論述要有條理謹慎。 論文的思路：鋁酸鈉溶液的分解機理，影響鋁酸鈉溶液分解的主要因素，控制和改善因素的方法。 論文的預期成果：通過此次論文的寫作，要懂得和掌握學術論文的寫作方法和步 驟，掌握收集和篩選資料的方法，了解理論是如何與實際相互 作用的。 任務完成的階段內(nèi)容和時間安排：第一階段 確定范圍收集資料（2.112.20） 第二階段 確定題目篩選資料（2.213.02） 第三階段 完成論文初稿（3.023.10） 第四階段 指導老師修改（3.113.12） 第五階段 論文定稿（3

5、.133.14） 完成論文所具備的條件因素：系統(tǒng)的理論知識、足夠的材料、老師的指導幫助、 完整的思路、嚴謹?shù)膽B(tài)度。 （可加頁）指導教師簽名： 日期： 備注：（1）來源：a教師擬訂；b學生建議；c企業(yè)和社會征集；d實習單位提供（2）類型：x真實課題；y模擬課題；z虛擬課題 目錄摘要6abstract7前言81. 分解原液的濃度和分子比的影響91.1 分解原液濃度的影響91.2 分解原液分子比的影響101.3 針對分解原液和分子比采取的措施102. 溫度制度的影響122.1 溫度對分解速度的影響122.2 溫度制度對氫氧化鋁粒度的影響132.3 溫度對雜質(zhì)的影響132.4 掌握溫度制度對鋁酸鈉溶液

6、晶種分解的影響143. 晶種數(shù)量和質(zhì)量的影響153.1 晶種數(shù)量對分解速度和分解產(chǎn)物粒度的影響153.2 晶種質(zhì)量對分解速度和分解產(chǎn)物粒度的影響153.3 晶種系數(shù)的影響154. 攪拌的影響175. 分解時間及母液分子比的影響186. 雜質(zhì)的影響197. 結語208. 致謝219. 參考文獻22摘要 鋁酸鈉溶液的分解是氧化鋁生產(chǎn)工程的重要工序。通常采用的方法有兩種：一種是晶種分解，即向過飽和的鋁酸鈉溶液中添加晶種、降低溫度和不斷攪拌的情況下使之分解，結晶析出氫氧化鋁；另一種則是碳酸化分解。本文主要論述拜耳法生產(chǎn)過程鋁酸鈉溶液分解中的晶種分解。為了使氫氧化鋁更快地從溶液中結晶析出，要求溶液有較大

7、的過飽和度，即較低的的穩(wěn)定性，凡是使溶液穩(wěn)定性降低的因素都將使分解速度加快。關鍵詞：晶種分解；過飽和度；穩(wěn)定性；分解速度abstractthe decomposition of sodium aluminate solution is an important process for alumina production project. commonly used in two ways: one is the seed decomposition, ie saturated solution of sodium aluminate add seed, lower temperature a

8、nd stirring constantly so that decomposition and crystallization of aluminum hydroxide; another is the decomposition of carbonate. this paper discusses the seeded precipitation in the bayer production process of sodium aluminate solution decomposition. in order to make the aluminum hydroxide to a fa

9、ster crystallization from solution, requiring the solution of large saturation, that is, the lower the stability of those who make the factors that reduce the stability of the solution. will make decomposition faster.key words: seed decomposition; supersaturation; stability; decomposition rate前言分解和溶

10、出是同一個可逆反應朝不同方向進行的兩個過程。從熱力學觀點出發(fā)，用氧化鋁含量不飽和的種分溶液溶出鋁土礦，和從過飽和鋁酸鈉溶液中分解析出氫氧化鋁，都是向該條件下的平衡方向運動的自發(fā)過程。在鋁土礦溶出過程中，采用高溫和高堿濃度、高分子比的溶液，有利于礦石中的氧化鋁更迅速的溶出。而在種分過程中，為了使氫氧化鋁更快的從溶液中結晶析出，則要求溶液有較低的溫度，濃度和分子比，也就是要求溶液溶液具有較大的飽和度，即較低的穩(wěn)定性。凡是溶液穩(wěn)定性降低的因素，都將是種分速度加快。由于晶種分解過程中還包括復雜的結晶過程，影響因素眾多，各個因素所起的作用是多方面的，這些作用的程度也因為具體條件的不同而不同。同時各個因素

11、變化帶來的影響也常常顯得矛盾。這里主要通過論述這些影響因素中影響力最大的，也是各拜耳法氧化鋁廠普遍面對的在鋁酸鈉溶液分解中的主要因素。1.分解原液的濃度和分子比的影響分解原液的濃度和分子比是影響種分速度和分解槽單位產(chǎn)能最主要的因素，其對分解產(chǎn)物的粒度即氫氧化鋁的粒度也有明顯的影響。1. 1分解原液濃度的影響圖1-1 原液濃度對種分的影響1、3-晶種系數(shù)為1.5；2、4-晶種系數(shù)為2.0圖1-1表明了溶液濃度對分解率的影響。分解原液的摩爾比為1.591.63，分解初始溫62，終止溫度為42，分解時間為64h。圖1-1中的虛線代表了母液的摩爾比，實現(xiàn)代表了分解率。由圖可以看出原液中氧化鋁的濃度接近

12、100g/l時，分解速度和分解率最高，繼續(xù)提高或降低濃度分解速度和分解率都會降低。經(jīng)過多次的實驗以及實踐論證：當其他條件相同的時候，中等濃度的過飽和氧化鋁溶液具有較低的穩(wěn)定性，因而分解速度較快。因此，單純從分解速度看，氧化鋁濃度不宜過高。但是在確定合理的溶液濃度時還必須考慮分解槽的單位產(chǎn)能，并從拜耳法的全局出發(fā)，考慮降低物料流量，減少蒸發(fā)水量以及降低能耗等問題。分解槽的單位產(chǎn)能=分解原液的氧化鋁濃度（g/l）×分解率（%）分解時間（h）從分解槽的單位產(chǎn)能公式可以看出提高分解原液的氧化鋁濃度能增加分解槽的單位產(chǎn)能，因為其與分解槽的單位產(chǎn)能成正比，但在圖1-1上可以看出在原液氧化鋁濃度提

13、高的同時，分解率卻在降低，因此分解槽的產(chǎn)能決定于兩者相對影響的大小，可能升高，也可能降低。當分解原液濃度較低時，分解速度較快，分解率較高，但是兩者的乘積依舊很低，所以這時候原液的濃度的影響是主要的。而當分解原液濃度超過一定限度的時候，分解率則成為了主要的因素。所以對于分解槽的產(chǎn)能而言，必然存在著一個最佳濃度，超過這個濃度之后，由于分解率式顯著降低，相應的分解槽的單位產(chǎn)能也必然會降低。實踐證明，對任何一個分子比的濃度，都有一個使分解槽單位產(chǎn)能達到最高效果的最佳濃度。1.2分解原液分子比的影響分解原液的分子比對種分速度影響較大，溶液的分子比越低，相應的最佳濃度越高。這是因為原液的分子比是影響分解速

14、度的主要因素。原液氧化鋁濃度100g/l；分解初溫60，終溫36mr：1-1.27；2-1.45；3-1.65；4-1.81.從圖1-2上可以看出，隨著原液分子比降低，分解速度、分解率和分解槽的單位產(chǎn)能均顯著的提高。分解原液的分子比低的時候，溶液的過飽和度大，有利于晶種的附聚和生長，從而加快了氫氧化鋁在鋁酸鈉溶液的析出，提高了鋁酸鈉溶液的分解速度。實踐證明，分解原液的分子比每降低0.1，分解率一般約提高3%，降低分子比對分解速度的作用在分解初期尤為明顯。1.3針對分解原液濃度和分子比的影響采取的有利措施分解原液的濃度和分子比與工廠所處理的鋁土礦的類型有關。處理三水鋁石型礦石時，原液的分子比和濃

15、度總是比較低；而處理一水鋁石型礦石時，原液的濃度濃度和分子比比較高，多年來，很多的氧化鋁廠都成不同程度的提高了鋁酸鈉溶液的濃度。通過這些鋁廠的不斷實踐，最后證明適當?shù)奶岣哐趸X的濃度具有節(jié)約內(nèi)耗和增加產(chǎn)量的顯著效果。當然，隨著氧化鋁濃度的提高，在其他的條件不變的情況下，分解率和循環(huán)母液的分子比會降低，此外對于赤泥及氫氧化鋁的分離洗滌也有不利的影響。此外，還會影響到砂狀氧化鋁的生產(chǎn)。但是科技是在不斷的進步的發(fā)展的。通過不斷地實踐，在氧化鋁的生產(chǎn)中，可以通過其他的手段來克服溶液濃度提高后對分解速度產(chǎn)生的不利影響，比如采用洗滌后的氧化鋁做晶種，或者是增大晶種系數(shù)以及提高攪拌速度等。另外，降低鋁酸鈉溶

16、液的分子比是強化種分和提高拜耳法技術經(jīng)濟指標的主要途徑之一，將降低分解液分子比與適當提高分解液濃度結合起來，對種分和整個拜耳法技術經(jīng)濟指標的提高都是有利的。2.溫度制度的影響 溫度直接影響著鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性、分解速度、分解率以及氫氧化鋁的粒度，同時因為溫度制度對種分過程中的技術經(jīng)濟指標和產(chǎn)品的質(zhì)量有很大的影響，所以溫度制度是晶種分解重要的影響因素之一。確定合理的溫度制度包括確定分解初溫、分解終溫以及降溫速度。2.1溫度對分解速度的影響ct(65.4,三水鋁石)k=1h (na2o·al2o3)30下na2o-al2o3-h2o平衡狀態(tài)等溫截面圖據(jù)圖2-1顯示，一定成分的鋁酸鈉溶液，

17、隨溫度降低，其過飽和程度增加，穩(wěn)定性降低，因而分解速度加快。當其他條件相同時，可獲得較高的分解率，這樣分解槽的單位產(chǎn)能也就相應地提高了。分解率約在30左右達到最大值，進一步降低溫度，由于溶液的粘度顯著提高，溶液穩(wěn)定性增加，分解速度降低而且會析出細粒的氫氧化鋁。就分解速度而言，若是初始溫度高，則分解速度由于溶液過飽和度減少而迅速下降，從而影響最終分解率，因此，降低分解初始溫度，可在既定的分解時間內(nèi)提高分解率。就分解率而言，盡可能地把分解溫度降低到分解終止溫度30是有利的。但氫氧化鋁的中細粒子較多，分解后漿液溫度過低，黏度太大，將給氫氧化鋁的分離過濾作業(yè)帶來困難，這在生產(chǎn)中是我們不得不考慮的一個因

18、素。因此，合理的溫度控制將是影響分解速度的關鍵。實踐證明，合理的降溫制度應當是分解初期較快的降溫，分解后期則較慢，這樣既提高了分解率，又不至明顯的影響到產(chǎn)品的粒度和給分離或其他后續(xù)階段帶來困難。2.2溫度制度對氫氧化鋁粒度的影響 表2-1分解終溫對氫氧化鋁粒度的影響粒度um102020303040405050606070708080100平均粒徑656026.6831.3919.396.671.671.671.112.3437.63655025.6526.312.925.532.551.361.193.8746.84654031.3113.3311.444.52.781.834.011.175

19、2.95通過表2-1可以看出隨著分解終溫的降低，氫氧化鋁的平均粒度逐漸增大。分解溫度（尤其是初溫）是影響氫氧化鋁的粒度的主要因素，提高溫度是晶體的生長速度大大的增加。有資料指出，當溶液的過飽和都相同的時，氫氧化鋁結晶生長的速度在85時比在50時高出約610倍。溫度高也有利于避免和減少新晶核的形成。同時所得到氫氧化鋁結晶完整，強度較大，分解溫度高同時也是附聚的主要條件。2.3溫度對雜質(zhì)的影響表2-2分解初溫對分解產(chǎn)物中不溶性na2o含量的影響初溫5055606570na2o%0.2540.2280.2000.150分解溫度對分解產(chǎn)物中某些雜質(zhì)的含量也有明顯的影響，表2-2為分解溫度對分解產(chǎn)物中不

20、溶性na2o含量的影響的試驗結果。從其中可以看出，分解初溫越低，分解產(chǎn)物中不溶性的na2o的含量越高。除初溫外，其他分解條件保持一定，晶種中不溶性的na2o含量為0.2%。根據(jù)某些試驗資料，分解溫度降低，析出的二氧化硅的數(shù)量有所增多，并認為，種分氫氧化鋁中的二氧化硅來源于物理吸附，因為發(fā)現(xiàn)氫氧化鋁水洗后，其二氧化硅的含量可以降低。2.4掌握溫度制度對鋁酸鈉溶液晶種分解的的影響合理的溫度制度與許多因素有關，各個工廠都是根據(jù)自身的具體情況和所積累的經(jīng)驗來確定的?，F(xiàn)在工業(yè)上普遍采用的都是將溶液逐漸冷卻的變溫分解制度，這樣有利于在保證高分解率的條件下，獲得質(zhì)量較好的氫氧化鋁。分解初溫較高，對提高氫氧化

21、鋁質(zhì)量有好處。控制好分解溫度，可以使鋁酸鈉溶液在分解過程中，保持較高的飽和度，從而使分解速度和分解率不至于降低的過快，從而保證了整個分解過程的均衡。而在氫氧化鋁的粒度方面則應該考慮所需產(chǎn)品的存在形式。砂狀氧化鋁和面粉狀氧化鋁因為要求的力度以及某些物理性質(zhì)不同，所以采取的溫度制度也是不同的。例如生產(chǎn)砂狀氧化鋁要求氫氧化鋁粒度較粗，分解初溫和終溫都比較的高，顯然對分解率是不利的。而生產(chǎn)面粉狀氧化鋁對產(chǎn)品粒度無嚴格要求，故采取較低的分解溫度，降溫速度初期較快，分解后期則放慢。這樣既能提高分解速率又不知明顯地使產(chǎn)品的粒度變細。3.晶種數(shù)量和質(zhì)量的影響晶種數(shù)量和質(zhì)量是影響分解速度和產(chǎn)品粒度的重要因素之一

22、3.1晶種數(shù)量對分解速度和分解產(chǎn)物粒度的影響種子比=a種va精式中 v精液（分解原液）的體積，m³ a精精液的氧化鋁濃度，kg/m³ a種氫氧化鋁晶種中氧化鋁的質(zhì)量，kg 在氧化鋁的生產(chǎn)中，通常使用種子比（晶種系數(shù)）來表示添加晶種的數(shù)量。上面的公式就是種子比的公式，其意義是指添加晶種al（oh）3中的al2o3的質(zhì)量與分解原液中的al2o3質(zhì)量的比值。我們知道，添加氫氧化鋁晶種是為了克服晶核生成的困難，防止析出極細的氫氧化鋁顆粒。隨著種子比的升高，分解反應速度加快，同時由于單位體積分解漿液中的種子氫氧化鋁數(shù)量增加，表面積增大，有利于吸附新結晶析出的細氫氧化鋁。所以，提高分解

23、時的種子比，既能得到較高的分解率，又能制取較粗粒的氫氧化鋁，但是也不能無限制地增加，以免氫氧化鋁再分解流程中循環(huán)量增加，是設備和動力費增加。種子的添加量不同在分解過程中的附聚效果也不同，當溶液過飽和度一定時增加種子比可以強化鋁酸鈉溶液的分解，但同時也消弱了細顆粒的附聚，有利于生成較粗顆粒的產(chǎn)物。3.2晶種質(zhì)量對分解速度和分解產(chǎn)物粒度的影響加入晶種的質(zhì)量是指晶種表面積和活潑型而言。當其他條件相同時，晶粒的表面積越大，分解速度越快，細粒氫氧化鋁則表面積大。研究表明，在一定過飽和條件下，要求有與產(chǎn)出率相適應的晶種表面積。種子表面積過大，將造成新析出的氫氧化鋁量不足以提供顆粒之間的牢固粘結所需要的氫氧

24、化鋁的量而是附聚難以進行。表面積過小則可能使新析出的氫氧化鋁的量過多而造成在種子晶粒表面上發(fā)生二次成核。3.3晶種系數(shù)的影響研究得出，晶種系數(shù)較低時（低于0.5）時得到非常細的氫氧化鋁，這與分解溫度低（初溫49，終溫39），容易產(chǎn)生新晶核有關。提高晶種系數(shù)會使氫氧化鋁產(chǎn)品粒度變粗，因為大量晶核的加入，大大減少了新晶核的形成。表3-1晶種系數(shù)對分解速率及分解槽單位產(chǎn)能的影響晶種系數(shù)1m³漿液中鋁酸鈉占的容積m³含1m³鋁酸鈉的漿液容積m³漿液流量的相對值%溶液的分解時間h在分解時間內(nèi)溶液的分解率%在時間內(nèi)槽的單位產(chǎn)能kg(m³·d)%1

25、.50.8531.171591.260.344.018.891.72.00.8151.228595.557.645.319.695.52.50.7781.2857100.05546.820.51003.00.7451.3430104.552.648.821.3104表中分解流量的相對值及溶液的實際分解時間，都是以晶種系數(shù)2.5為比較基準并按分解原液流量保持不變的條件下計算出來的。由表可見，在晶種系數(shù)1.53.0的范圍內(nèi)晶種系數(shù)每增加0.1，分解率約增加0.3%0.4%（絕對值），分解槽的單位產(chǎn)能也隨晶種系數(shù)的提高而提高。但是晶種系數(shù)過高也是不利的，因為晶種系數(shù)的愈高，會使被帶入母液的晶種也高，

26、從而使原液的分子比升高的更多，而且還使流程中周轉(zhuǎn)的氫氧化鋁的量和分解時攪拌的動力消耗增加，分離氫氧化鋁的設備也相應的增多，這樣對于企業(yè)的經(jīng)濟效益是極為的不利。因此，現(xiàn)下各氧化鋁廠的晶種系數(shù)多數(shù)是在1.53.0的范圍內(nèi)變化，各個氧化鋁廠根據(jù)各自的條件不同而進行相應的調(diào)整。4攪拌的影響為了使種子與溶液有較為良好的接觸，在工業(yè)生產(chǎn)上常常對分解槽進行攪拌。這樣不僅使氫氧化鋁晶體始終處于懸浮狀態(tài)與種子有了良好的接觸，還使溶液的擴散速度加快，保證溶液濃度均勻，破壞了溶液的穩(wěn)定性，加速鋁酸鈉溶液的分解，并能使氫氧化鋁晶體均勻的長大，同時也防止了氫氧化鋁的沉淀。攪拌雖然對鋁酸鈉溶液的晶種分解有好處，但是攪拌的

27、時候須注意攪拌的速度。攪拌的速度過快或者是過慢都是不利的，攪拌速度過慢不但起不到攪拌作用，甚至還有可能造成氫氧化鋁的沉淀，影響正常的生產(chǎn)進行；而過快則會造成氫氧化鋁的磨蝕和破損，產(chǎn)生很多細粒子，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，一般氧化鋁生產(chǎn)廠都是根據(jù)具體的情況，確定出適宜的攪拌速度。目前，通用的攪拌方法一般有兩種：機械攪拌和空氣攪拌。氧化鋁廠根據(jù)本廠的特點選擇適宜的攪拌方式。5.分解時間及母液分子比的影響在分解時，盡管分解溫度在分解過程中逐漸降低，使溶液的過飽和度相應增加，但隨著氫氧化鋁的析出，溶液的分子比卻不斷的增加，從而使得溶液的穩(wěn)定性提高，最終導致分解速度逐漸減慢。由上圖可以看出，在開始階段，隨著時間的增加分解率增加的很快；但經(jīng)過一段時間后，分解率增加的不大，尤其到分解末期，分解速度更慢，分解率增加很小。而晶種分解是拜耳法生產(chǎn)中需要時間最長的一個生產(chǎn)過程，但在保證分解母液分子比一定時，分解時間不宜過長，以免因分解時間過長造成設備單位產(chǎn)能降低。6.雜質(zhì)的影響鋁酸鈉溶液中的有機物積累到一定的程度，就使溶液的粘度增大，從而使鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性增加，分解速度減慢。另一方面，有機物能吸附于晶體表面阻礙晶體長大，使產(chǎn)品氫氧化鋁的粒度變細。除此之外，其他的一些雜質(zhì)對鋁酸鈉的分解都有一定的影響，因此，為