过饱和铝酸钠溶液两段种分过程中的基础研究

Low precipitation rate,low quality of product and high consumption have been troubling the development of China and foreign alumina industry. Comparison with the intensified seeded precipitation for either alumina trihydrate or boehmite, a novel two-stage technology is put up with high precipitation rate for alumina trihydrate in the first stage and coarse pure boehmite in the second stage.The dependence of surface properties of alumina trihydrate/boehmite and the aluminate anion structure, solubility of alumina trihydrate/boehmite and precipitation rate is studied by the online detection of conductivity, IR spectra and contact angle detection. And the kinetic equation of the seeded precipitation for alumina trihydrate or boehmite in the existence of the mixed seed is also obtained. And then,based on the analysis of the particle size distribution,SEM,TEM, pore diameter/pore volume and calculation from the particle population balance, the agglomeration and growth for alumina trihydrate/boehmite, as well as the mechanism of agglomeration and growth for particle are explored.Consequently the influences of interface properties of seed and aluminate solution on the ionic reaction behavior and particle crystallization is discussed in detail, and the primary technology of the two-stage seeded precipitation is also provided with the precipitation rate≥70% and coarse boehmite, and then the massive increase of equipment out-put and the remarkable reduction in consumption and product cost may be successfully achieved.

种分中分解率低、产品质量差、消耗高是我国和世界氧化铝工业亟待解决的首要难题，区别于传统分别强化种分析出氢氧化铝或一水软铝石的研究，本课题综合种分析出氢氧化铝和一水软铝石的优势，提出了一段提高氢氧化铝种分分解率，二段种分成满足砂状化要求的一水软铝石技术路线。通过采用在线电导率测定，跟踪测定样品IR和晶种表面接触角等，明确种分过程中晶种表面性质与有利种分离子结构、固相溶解度和溶液分解率间关系，提出混和晶种存在时种分动力学机理和一水软铝石生成动力学机理；通过分析产品粒度分布,结合形貌、孔径和孔容分析，采用粒子群平衡原理，分析粒子附聚、长大规律，探明两段种分过程中界面性质在粒子结晶中的作用机理，从而揭示固液界面性质对种分中离子反应行为和粒子结晶的影响机制，进而提出两段种分技术原型，达到分解率≥70%，生成砂状化一水软铝石，为大幅度提高设备产能、显著降低消耗和成本提供理论依据。

种分分解率低（<51%）、时间长（>35h）一直困扰着氧化铝生产，提高分解率、强化种分过程一直是世界上优先研究的课题。这其中关键是要解决分解率和产品质量的矛盾。本课题提出了两段种分工艺，一段大幅度提高分解率，二段产品转型和提高产品质量，从而既显著提高分解率，又生产了合格的氧化铝产品。在项目研究中，阐明了三水铝石和一水软铝石在不同条件下溶解度变化规律，以及粒子粒径与溶解度的关系；发现了种分初期晶种对铝酸钠溶液结构有显著影响，计算了三水铝石和一水软铝石晶面能，提出了阳离子参与种分的机理观点，突破了种分机理的传统认识；阐明了高分解率下一段分解的机理。计算了种分条件下三水铝石和一水软铝石的晶面能，发现了二段种分过程中三水铝石既溶解保证溶液的低苛性比，又充当一水软铝石析出的晶种，且一水软铝石（010）面优先成核在三水铝石的（001）面；建立了动力学方程，揭示了二段种分机理是三水铝石溶解和一水软铝石析出同步进行；明确了粒子在群分布下的反应行为。在此基础上，通过通过晶种活化、溶液结构调整、添加剂加入和温度制度改变，分解20~30h时，分解率达75%。通过调整晶种组成、颗粒级配、溶液组成以及成核、附聚的强化，获得平均粒径70μm的砂状化一水软铝石，产品质量符合砂状氧化铝要求，最后提出了两段种分技术原型。同时，上述理论研究成果已应用于种分强化技术、特种氧化铝粉形貌调控和强化粒子结晶过程中，开发的新技术中部分已产业化。