铝酸钠溶液分解过程生长基元演变规律的研究

There exist sevreral tough problems in the alumina production process,such as the low decomposition rate of sodium aluminate liquor,the long production period,the accumulation of the raw materials and so on. All above difficult issues can be ascribed to the distinctive, capricious structure of sodium aluminate liquor. Revealing the evolution routine of aluminum hydroxide growth unit in the liquor, clarifying the decompostion mechanism, and determining the rate-controlling step of the decompostion process will be helpful to radically resolve those problems. The conductivity determination of solution, magic-angle-spinning nuclear magnetic resonance, and X-ray absorption finestructure will be applied to observe the structures of aluminum hydroxide growth unit and its transition states by the technique of deep cold -vacuum drying. The microcosmic dynamic model of the decomposition of sodium aluminate liquor will be established on the basis of crystallization chemistry theory, crystallization dynamic theory, molecular simulation in order to find out the rate-controlling step of the decompostion process and advance the specific principle and methods for the regulation and enhancement of the process. All these results will greatly enrich the knowledge of sodium aluminate liqour and are beneficial to the alumina production.

由于铝酸钠溶液独特的结构与结晶性能，氧化铝工业普遍存在铝酸钠溶液分解速率缓慢、生产周期冗长、物料堆积等难题。从微观层次揭示过饱和铝酸钠溶液分解过程中氢氧化铝生长基元的演变规律、铝酸钠溶液的分解机理和速率控制步骤，由此提出过程强化手段，是从根本上解决上述问题的关键所在。通过溶液的深冷-干燥技术，采用溶液电导、魔角旋转-核磁共振、X-射线吸收精细结构等技术与检测手段，研究铝酸钠溶液结晶过程中生长基元形成各阶段铝酸根离子构型转化（生长基元形成与演变）、过渡态的微观结构特征；结合结晶化学理论、结晶动力学理论、铝酸钠溶液分解过程的分子模拟等方法，建立铝酸钠溶液分解的微观动力学模型，确定过程的速率控制步骤，为调控与强化铝酸钠溶液的分解过程提供理论原则与实验方法,研究结果将为氧化铝工业生产奠定理论基础。

由于氧化铝工业普遍存在铝酸钠溶液分解速率缓慢、生产周期冗长、物料堆积等难题。从微观层次揭示过饱和铝酸钠溶液分解过程中氢氧化铝生长基元的演变规律、铝酸钠溶液的分解机理，是从根本上解决上述问题的关键所在。本项目采用溶液电导、光谱检测与量子化学计算相结合的手段，研究铝酸钠溶液分解过程中生长基元形成各阶段铝酸根离子构型转化（生长基元形成与演变），建立铝酸钠溶液分解的微观动力学模型。主要研究成果如下：.（1） 采用电导法探明了铝酸钠溶液分解过程历经的各个阶段，包括1）电容充放电区；2）吸附区；3）离子聚合区；4）初始分解区；5）分解区。.（2） 解析了铝酸钠溶液自发分解过程生长基元的结构演变。将紫外光谱、拉曼光谱与量子化学计算相结合，研究了添加剂对铝酸钠溶液分解过程结构影响，发现低苛性比、高氧化钠浓度的铝酸钠溶液中以Al(OH)3(H2O)为生长基元最小单位；高苛性比铝酸钠溶液中以Al(OH)4(H2O)2-为生长基元最小单位。这两种生长基元形成之后各自聚合反应生成以-Al-(OH)2-Al-结构相连的聚合离子，其中铝的配位数会经历由4逐渐变成6的过程。.（3）研究了低温高压下铝酸钠溶液热力学性能与结构演变。低温下低浓度的铝酸溶液相变过程可分为四个阶段：非晶体转化晶体阶段、三元共晶反应、二元共晶反应和冰的融化；结合低温DSC和低温拉曼光谱数据，绘制出低温下NaOH-Al(OH)3-H2O投影相图；高压作用下水分子对铝酸钠溶液体系的相变影响很大。.（4）采用电导法和紫外光谱定量分析法研究了过饱和铝酸钠溶液成核过程的结晶动力学模型，并获得溶液临界成核半径和结晶诱导期等参数。