碳酸钡与氢氧化铝合成铝酸钡.pdf

2 0 1 1 年1 1 期有色金属 冶炼部分 h t t p ；[ ／y s y l ．b g r i m m ．c n 4 9 D O I 1 0 ．3 9 6 9 l ／j ．i u n ．1 0 0 ％7 5 4 5 ．2 0 1 1 ．1 1 ．0 1 3 碳酸钡与氢氧化铝合成铝酸钡 李军旗，韦钰 贵州大学材料与冶金学院，贵阳5 5 0 0 0 3 摘要对常压下碳酸钡与氢氧化铝火法合成铝酸钡进行热力学分析，对最佳工艺条件进行探讨。结果表 明，在焙烧温度13 5 0 ℃、焙烧时间8 0r a i n 、A l O 。与B a O 分子比1 ．1 的条件下，铝酸钡的合成率可达 9 7 ．3 2 ％。并考察了合成的铝酸钡在水和碱性溶液中的溶解率。 关键词铝酸钡；热力学，合成率；溶解率 中图分类号T F 8 2 1文献标识码A文章编号t 1 0 0 7 - 7 5 4 5 2 0 1 1 I I 一0 0 4 9 0 3 S y n t h e s i z i n gB a r i u mA l u m i n a t eU s i n gB a r i u mC a r b o n a t e a n dA l u m i n i u mH y d r o x i d e L IJ u n q i ，W E IY u T h eM a t e r i a l sa n dM e t a l l u r g yC o l l e g eo fG u i z h o uU n i v e r s i t y ，G u i y a n g5 5 0 0 0 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h e r m o d y n a m i ca n a l y s i so ns y n t h e s i z i n gb a r i u ma l u m i n a t ew i t hb a r i u mc a r b o n a t ea n da l u m i n i u m h y d r o x i d ei np y r o g e n i cp r o c e s sa tt h eo r d i n a r yp r e s s u r ew a sa n a l y z e d ．T h eo p t i m u mc o n d i t i o n si nr e a c t i o n p r o c e s sw e r ed i s c u s s e d ．T h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h eo p t i m a ls y n t h e s i z i n gc o n d i t i o n sf o rt h er o a s t i n gt i m e w a s8 0m i n ，t h er o a s t i n gt e m p e r a t u r ew a s13 5 0 ℃a n dm o l e c u l a rp r o p o r t i o no fA 1 20 3 ／B a Ow a s1 ．1 ．T h e d i s s o l v i n gr a t eo fb a r i u ma l u m i n a t ei nw a t e ra n da l k a l i n es o l u t i o n sw e r ei n v e s t i g a t e d ． K e yw o r d s B a r i u ma l u m i n a t e ；T h e r m o d y n a m i c ，S y n t h e s i z i n gr a t e ；D i s s o l v i n gr a t e 随着高品位氧化铝资源的匮乏，有必要加快对 高硫铝土矿的资源利用率。而高硫铝土矿在氧化铝 生产中会导致氧化铝品位因铁的污染而下降，蒸发 和分解工序的钢制设备因剧烈腐蚀而损坏等危害， 因此对其进行脱硫，进而稳定生产工艺条件具有重 要意义[ 1 1 ] 。有效选择和利用脱硫剂是解决此问题 的关键，本文利用碳酸钡和氢氧化铝粉合成铝酸钡 的试验，在常压下对其反应进行热力学分析，并探讨 最佳工艺条件。 1 试验部分 1 ．1 主要原料 氢氧化铝取自贵州铝厂轻研所生产的微粉，含 水量4 ％，粒度小于5 0 弘m ，烘干，然后与纯度为 基金项目贵州省科学技术基金项目 黔科合J 字[ 2 0 0 9 3 2 2 2 5 号 作者简介李军旗 1 9 6 2 一 ，男，江西吉安人，教授，博士． 9 9 ．2 ％的碳酸钡按一定的比例配料，并在研钵内混 合均匀，装入陶瓷盛器，料厚2 ～3c m 。 I ．2 试验设备 主要设备S X 。- 8 - 1 6 型硅钼棒箱式电炉、W R T - 3 P 型微量热天平、1 0 1 - l A B S 型电热恒温干燥箱、 D ／m a x - 3 A 型X 射线衍射仪、石英陶瓷盛器、玻璃 仪器等。 1 ．3 研究方法 假设R 为氧化铝与氧化钡的分子比、A m 为煅 烧前后反应物的酌减量、m 为反应前氢氧化铝的 量。采用减重法[ 3 ] ，B a C O 。与A I O H s 进行充分 混合时，可以通过计算得到所需的B a C O 。量，反应 物煅烧前后的酌减量即为分解产生的水和二氧化 碳，通过铝酸钡的实际用量和理论生成量可以计算 万方数据 5 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 2 0 1 1 年1 1 期 出铝酸钡的合成率叩为 7 一 晋一西2 7 R 1 0 0 ％ 7 一 百一西 x 2 试验分析与结果 2 ．1 常压下碳酸钡与氢氧化铝反应生成铝酸钡的 热力学分析 常压下碳酸钡与氢氧化铝反应生成铝酸钡的方 程式为 B a C 0 3 2 A l O H 3 B a O A 1 2 0 3 C 0 2 千 3 H 2 0 十 1 厶G T △H T △S , h H △H l 厶H2 A H 3 a S 一△S l a S 2 A S3 A H I A H l B a C 0 3 。 △H lA I o H 3 。 △H 1A l 0 H 3 ． 2 2 J 2 9 8 C p A I O H a s d T △H2 △H 1 9 8 [ △H ‰8 B o 鸲o 。 。 △H ％9 8 c 0 g 3 Z f f - ／％9 8 H 2o _ ] 一 [ △H ‰8 e , c 0 3 曲 Z a H ％9 8 A l O H v 。 ] A H s z l H s B ．o ．A 1 20 3 。 △H3 ％ _ M - ／3 H 20 g , 5 3 1 △S lB a C O a 5 “ - △S 1 A I O H 3 。 ，r △s lA I o H 3 ． 2 I q A I O H 3 1 ／T d T 4 J2 9 8 。 △S 2 [ △s 2 9 8 啪． 1 20 3 厶s 1 9 8 呜 3 0 2 9 8 H 2 0 3 一[ △s 2 9 8 嘲 ． 2 △s 2 9 8 A I O H 3 ． ] △s 32 △s3 B ．o ．A 1 20 3 I △s 3 吨 。 z I S 3 H 2o g △l s 。B I 洲。0 3 s 2J2 9 8 c p 蛳A 1 2 卟 ／T d T △s 。H 。o g 3 E J 2 9 8 Tq 岷 。 ／T d T R l n P ／1 0 1 3 2 5 ] 相关物质的热力学数据见表1 ，代入各已知数 据就可得到反应自由能与反应温度T 及系统压力P 的关系式，结果见图1 ～2 。 表1 相关物质的热力学数据‘‘] T a b l e1 T h e r m o d y n a m i cp a r a m e t e r so fs o m em a t t e r s l8 0 0 l7 0 0 1 6 0 0 芝15 0 0 簧。枷 l3 0 J 1 2 0 0 l1 0 0 压力／k P a 图1A G ，- - - - 0 时的P 与T 的关系 F i g ．1R e l a t i o n s h i pb e t w e e nPa n dT w i t hA G r 0 在图2 中，1 0 1 ．3 2 5P a 这条线比较接近本试验 的实际炉内压力，因此就以该线代表实际情况进行 图2 不同压力条件下A G ，和 温度的关系 F i g ．2R e l a t i o n s h i pb e t w e e nA G ra n d r e a c t i o nt e m p e r a t u r ea td i f f e r e n tp r e s s u r e 分析。在1 0 1 ．3 2 5P a 的反应压力下，主反应发生的 起始温度应该在1 17 0 K 左右。通过试验验证符 下转5 4 页 万方数据 5 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 1 年1 1 期 参考文献 1 - 1 ] 杨晓松，刘峰彪．高浓度泥浆法处理铅锌冶炼综合废水 口] ．有色金属，2 0 0 9 ，6 1 4 1 6 6 - 1 6 9 ． [ 2 ] 张景来，王剑波，常冠钦，等．冶金工业污水处理技术及 工程实例[ M ] ．北京化学工业出版社，2 0 0 3 ． [ 3 ] 邹照华，何素芳，韩彩芸，等．重金属废水处理技术研究 进展[ J ] ．水处理技术，2 0 1 0 ，3 6 6 1 7 2 0 ． [ 4 ] 杨正全，李晓丹，高波．矿山废水污染与防治[ J ] ．辽宁 工程技术大学学报，2 0 0 2 ，2 1 4 5 2 3 5 2 5 ． [ 5 ] 黄坚，龚竹青。蒋汉瀛．矿山酸性废水综合治理方法的 探讨[ J ] ．环境工程，1 9 9 8 6 1 9 - 2 4 ． 上接5 0 页 合，可以确定本反应是一个三相反应，也可以确定本 反应产物是气态混合物。此过程即铝酸钡的合成。 2 ．2 较佳合成工艺条件 单因素试验结果见表2 ，根据单因素试验结 果‘6 1 ，并经三因素三水平正交试验，得到合成铝酸钡 的最佳条件为焙烧温度13 5 0 ℃、焙烧时间8 0 m i n 、A I O 。／B a O 分子比1 ．1 ，在该条件下，铝酸钡的 合成率可达9 7 ．3 2 ％。 表2 单因素试验结果 T a b l e2R e s u l t so fs i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t 2 ．3 合成铝酸钡的溶解度 在水浴加热条件下，考查在1 5r a i n 时，不同温 度 4 0 ～8 0 ℃ 和碱度 5 0 ～2 5 0g ／L 条件下，1 0g 铝酸钡分别溶解于1 0 0m L 的水和N a 0 H 溶液的溶 解率‘引。 表3 铝酸钡在水和碱液中的溶解率 T a b l e3 D i s s o l v i n gr a t eo fb a r i u ma l u m i n a t e i nw a t e ra n da l k a l i n es o l u t i o n／％ 表1 表明，在相同时间条件下，铝酸钡的溶解率 在水中随温度的增加而增大，在N a O H 溶液中随碱 度的升高而减小。 3结论 1 随着反应系统压力的降低，反应开始发生的 温度 们T O 时对应的温度 也逐渐降低，相同系 统压力下，反应温度越高，越有利于反应的进行。在 1 0 1 ．3 2 5P a 的反应压力下，主反应发生的起始温度 在11 7 0K 左右。 2 当焙烧温度为13 5 0 ℃、焙烧时间为8 0m i n 、 A l z O 。／B a O 分子比为1 ．1 时，铝酸钡的合成率可达 9 7 ．3 2 ％。 3 在相同时间条件下，铝酸钡的溶解率在水中 随温度的增加而增大，在N a O H 溶液中随碱度的升 高而减小。 参考文献 [ 1 ] 罗玉长，叶长龙．铝酸钠溶液脱硫的研究[ J ] ．轻金属， 2 0 0 3 4 9 - 1 1 ． [ 2 3 胡四春，郭敏，赵恒勤，等．用铝酸钡脱除铝酸钠溶液中 硫的研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 7 1 1 1 1 3 ． [ 3 ] 何润德，田忠良．铝酸钡的合成条件研究口] ．贵州工业 大学学报，2 0 0 0 。2 9 4 3 3 3 6 ． [ 4 ] 叶大伦，胡建华．实用无机物热力学数据手册[ M ] ．北 京冶金工业出版社，2 0 0 2 3 8 2 5 7 ． [ 5 ] 胡四春．铝酸钠溶液的除硫剂铝酸钡的合成及其 溶解性的研究[ D ] ．贵阳贵州大学。2 0 0 5 ． [ 6 ] 韦钰，李军旗，陈朝轶，等．钡盐脱硫渣合成铝酸钡循环 利用的试验研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 1 8 1 7 2 0 ． 万方数据