呋喃糖类添加剂对铝酸钠溶液种分过程的影响.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年3 期 1 9 呋喃糖类添加剂对铝酸钠溶液种分过程的影响 董楠娅，陈启元，尹周澜 申南大学亿学化工学院，湖南长沙4 1 0 0 8 3 摘要选用核糖作为铝酸钠溶液种分过程的添加剂，在姒 1 ．4 0 、温度7 5 ℃、搅拌速度1 4 0r ／r a i n ，晶种添 加量为8 0g ／L 条件下，研究不同添加量和不同苛碱浓度下铝酸钠溶液种分分解率及产品粒度的变化， 结果表明当添加量为1 5 0m g ／L 、苛碱浓度为1 6 0g ／L 时，核糖对种分过程的抑制作用最大。随着核糖 添加量的增大，产品氢氧化铝粒度减小，但是核糖的添加并不能完全抑制氢氧化铝的附聚。核糖的加入 改变了种分过程，且随着苛碱浓度的增大，种分过程出现成核现象，成核现象持续的时间也越长． 关键词核糖I 铝酸钠溶液} 分解率；粒度分布；成核 中图分类号T Q l 3 3 ．1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 8 0 3 一O O l 9 0 4 E f f e c to fR i b o s eA d d i t i v eo nt h eS e e d e dP r e c i p i t a t i o n o fS o d i u mA l u m i n a t eS o l u t i o n D O N GN a n - y a ，C H E N Gq i y u a n ，Y I NZ h o u - l a n C o l l e g eo fC h e m i s t r ya n dC h e m i c a lE n g i n e e r Z n g ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t R i b o s ew a sa d o p t e da sa d d i t i v ei ns e e d e dp r e c i p i t a t i o np r o c e s s ．T h ee f f e c to ft h ed o s a g ea n ds o d i u mh y d r o x i d ec o n c e n t r a t i o no nt h ed e c o m p o s i t i o nr a t i oo fs o d i u ma l u m i n a t es o l u t i o na n dp a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n P S D o fg i b b s i t ew a si n v e s t i g a t e d ，w i t ht h ec o n d i t i o nt h a ti n i t i a l 口kw a s1 ．4 0 ，t h et e m p e r a t u r ew a s 7 5 ℃。a g i t a t es p e e dw a s1 4 0r ／r a i na n dt h eq u a n t i t yo fc r y s t a ls e e dw a s8 0g ／L ．E x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t et h a tt h ei n h i b i t o r ye f f e c ti so b v i o u s l yw h e nt h ea d d i t i v ec o n c e n t r a t i o ni s1 5 0m g ／La n dt h es o d i u mh y d r o x i d ec o n c e n t r a t i o ni s16 , 0g ／LW h e nt h ea d d i t i v ec o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e s ，t h ep a r t i c l es i z eo fg i b b s i t e p r o d u c t si n c r e a s e s ，b u ta g g l o m e r a t i o np r o c e s sc a nn o tb ei n h i b i t e dc o m p l e t e l y ．T h ec r y s t a l l i z a t i o np r o c e s s e sc h a n g e sw h e nr i b o s ei sa d d e d ．W h e nt h es o d i u mh y d r o x i d ei n c r e a s e s ．n u c l e a t i o na p p e a r sa n dl a s t s1 0 n g e r 、 K e y w o r d s R i b o s e ；S o d i u ma l u m i n a t es o l u t i o n ；D e c o m p o s i t i o nr a t e ；P a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n ；N u c l e a t i o n 晶种分解是拜耳法生产氧化铝的关键工序之 一，也是拜耳法生产中耗时间最长的一个工序 3 0 , - - , 7 5h ，一般分解率最高也不超过5 0 ％～5 5 ％，远远 低于理论分解率n _ 2 ] 。因此强化铝酸钠溶液晶种分 解过程、提高产品氢氧化铝质量一直是氧化铝工作 者研究的重要课题。强化铝酸钠溶液种分过程的方 法主要有活化晶种强化、添加剂强化、外场强化等， 其中添加剂由于具有在氢氧化铝表面定向排列、界 面吸附等一些特殊效应，使其成为研究的重点。国 内外的研究者针对添加剂对种分过程分解率和产品 粒度分布的影响，采用量化计算或者其他手段，探索 了添加剂分子与氢氧化铝晶体、过饱和铝酸钠溶液 之间的相互作用机理，添加剂一般都是选择对铝酸 钠溶液晶种分解过程有促进作用的类型[ 3 叫] ，同样 基金项目国家自然科学基金资助项目 2 0 4 7 6 1 0 7 ；国家重点基础研究发展规划资助项目 2 0 0 5 C B 6 2 3 7 0 2 作者简介董楠娅 1 9 8 4 - - ．女，湖北省丹江口市人．礞士． 万方数据 2 0 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年3 期 1 4 0r ／r a i n 、晶种添加量8 0g ／L ，结果如图1 所示。 抑制作用也可以作为探测其种分机理的有利措 施7 - 8 3 。已有的研究表明[ 。- 1 0 3 ，含相邻羟基的多元 醇化合物对铝酸钠溶液的种分分解有强烈的抑制作 用，而长碳链的一元醇、醚类化合物则有一定的强化 作用。呋哺糖类化合物分子中既有醚基，又有一定 数目的羟基，其独特的结构引起我们的关注。研究 发现，核糖作为添加剂显示了与一般抑制剂不同的 现象，所以我们迸一步详细考察不同添加量和不同 苛碱浓度下铝酸钠溶液分解率和产品氢氧化铝粒度 分布的变化并得出抑制作用规律，为进一步探讨添 加剂分子与氢氧化铝晶体、过饱和铝酸钠溶液之间 的相互作用机理提供依据。 1实验方法及装置 1 ．1 实验方法 将实验所需体积、浓度的铝酸钠溶液加入到预 先恒温的分解槽中，待溶液达到预定温度后，加入准 确称量的添加剂，恒温2 0r a i n ，加入晶种并开始计 时。实验过程中每2h 从分解槽中取样离心，取上 层清液稀释并分析其中氧化铝和氧化钠的含量 化 学成份分析采用冶金工业标准Y B - 8 1 7 7 5 ，将氢氧 化铝沉淀物洗涤后送样作粒度分析 粒度测试采用 M a s t e r s i z e r2 0 0 0 型粒度测试仪 ，同时作空白实验。 1 ．2 实验装置 分解槽为自制的不锈钢夹套式反应釜，该反应 釜外套循环恒温水浴保温装置，容积约为1L ，其中 有效容积为0 ．8L 。 1 ．3 添加剂、溶液及晶种 选用分析纯核糖作为添加剂。 向装有一定体积蒸馏水的不锈钢容器中慢慢加 入工业纯的氢氧化钠，溶解后，在加热和搅拌的情况 下加入中国铝业公司郑州研究院试验厂提供的氢氧 化铝，溶解后抽滤，得清亮的铝酸钠溶液，用热水稀 释至预定体积，待用。 对中国铝业公司郑州研究院试验厂提供的晶种 迸行球磨，干燥后，过0 ．0 4 3m m 标准筛，取筛下部 分混合均匀，待用。 2 实验结果及讨论 2 ．1 不同添加量的核糖对铝酸钠溶液分解率及产 品粒度分布的影响 在种分8h 后，研究不同添加量的核糖对铝酸 钠溶液种分过程分解率的影响。实验条件 c N a O 1 4 0g ／L 、a k 1 ．4 0 、温度7 5 。C 、搅拌速度 图1不同添加量的核糖对铝酸钠溶液种 分过程分解率的影响 F i g ．1 E f f e c to fr i b o s ea d d i t i v ea td i f f e r e n t d o s a g eo nt h ed e c o m p o s i t i o nr a t i o o fs o d i u ma l u m i n a t es o l u t i o n 结果表明，不同添加量的核糖对铝酸钠溶液种 分过程分解率的影响非常明显，当添加量小于1 0 0 m g ／L 时，添加剂对种分过程的抑制作用很小，分解 率仅降低0 ．1 个百分点；当添加量大于1 0 0m g ／L 时，添加剂的抑制作用显著，分解率急剧降低，当核 糖的添加量超过1 5 0m g ／L 后，核糖的添加浓度对 分解率减小的影响不再显著。 核糖在浓度较低的情况下基本上不影响铝酸钠 溶液的分解，但是当其浓度超过1 0 0m g ／L 后，就产 生了强烈的抑制作用，似乎有一个起作用的临界浓 度，即在临界浓度以下基本上没有影响，临界浓度以 上强烈抑制。这个临界浓度的存在是否与形成了临 界胶束有关还有待于进一步研究。 在铝酸钠溶液中，晶种表面存在大量的活性点， 添加剂吸附在晶种表面对种分过程产生影响，一旦 活性点被占据，铝酸根离子就无法接触晶种的表面， 生长基元也不能进入晶格，势必影响铝酸钠溶液的 分解。核糖的添加量增大到一定浓度时，即已达到 其饱和吸附量，生长基元和添加剂在晶种表面竞争 吸附，并逐渐达到竞争吸附平衡，再增加核糖的添加 量，对分解率减小的影响不再明显。 由图2 可知，当核糖添加量为2 0m g ／L 时，1 0 ～4 5 肛m 粒度范围的氢氧化铝颗粒增多，但是大于 4 5 肛m 粒度范围的氢氧化铝颗粒减少，说明吸附在 晶种表面的核糖对种分是起抑制作用，新析出的氢 氧化铝难以使小于4 5 “m 的颗粒迅速粘接在一起 形成较大颗粒。当添加量达到1 0 0m g ／L 以上时， 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年3 期 2 1 产品氢氧化铝的粒度曲线主峰相对于空白左移，粒 度减小，说明当核糖的添加量大于1 0 0m g ／L 时，其 对种分附聚过程的抑制作用明显。核糖的存在减小 了氢氧化铝颗粒有效碰撞次数，最终使得产品的粒 度减小。但是核糖的添加并不能完全抑制氢氧化铝 的附聚，O ～1 0p m 粒度范围内的粒子都已完全附聚 为大粒径的颗粒。 1 5 摹1 0 、 豁 惫 基5 薹 I } 1 01 0 0 粒度／H m 图2 不同添加量的核糖对产品 氢氧化铝粒度的影响 F i g ．2 E f f e c to fr i b o s ea d d i t i v ea td i f f e r e n t d o s a g eo np a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n P S D o fg i b b s i t e 2 ．2 不同苛碱浓度下添加核糖对铝酸钠溶液分解 率及产品粒度分布的影响 图3 为不同苛碱浓度下添加核糖对铝酸钠溶液 种分过程分解率的影响。实验条件e N a O 一1 2 0 g ／L 、1 4 0g ／L 、1 6 0g ／L ，a k 1 ．4 0 ，温度7 5 ℃，搅拌 速度1 4 0r ／m l n ，晶种添加量8 0g ／L ，核糖添加量 1 5 0m g ／L 。 由图3 可知，不同苛碱浓度条件下，核糖对铝酸 钠溶液种分过程的抑制作用变化不是很明显，但是 整体的趋势呈现随苛碱的升高，核糖的抑制作用逐 渐增大。这是因为，随着苛碱浓度的增大，溶液的饱 和度增大，更加利于核糖吸附在晶种表面，其对种分 过程的抑制作用也相应增大。 由图4 可知，当苛碱浓度为1 2 0g ／L ，添加剂的 加入与否并不影响o ～1 0 肛m 粒度范围内颗粒的附 聚，在2h 内，这些小粒径的颗粒已经附聚为大粒径 的颗粒。在未加入添加剂时，O ～4h ，种分过程主要 以附聚为主，4 ～8h ，种分过程主要以长大为主；在 加入核糖后，种分过程的类型发生改变，种分8 h ，种 分过程一直以附聚为主。当苛碱浓度为1 4 0g ／L 时，未加人添加剂时，6h 基本完成附聚过程，6 ～8 h ，种分过程主要以长大为主；在加入核糖后，附聚 时间由6h 缩短至4h ，并且6h 后开始出现成核现 图3 不同苛碱浓度下核糖对铝酸钠 溶液种分过程分解率的影响 F i g ．3 E f f e c to fr i b o s ea d d i t i v ea td i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o no fs o d i u mh y d r o x i d eo n d e c o m p o s i t i o nr a t i oo fs o d i u m a l u m i n a t es o l u t i o n 象。当苛碱浓度进一步增大到1 6 0g ／L 时，0 ～1 0 肛m 粒度范围内出现了少量的细粒子，并且随着添 加剂的加入，细粒子的体积百分数有了一定程度上 的提高。在未加入添加剂时，O ～6h ，种分过程主要 以附聚为主，6 - - - 8h ，种分过程主要以长大为主；在 加入核糖后，种分过程的类型发生改变，O ～2h ，种 分过程主要以附聚为主，2 ～4h ，种分过程主要以长 大为主，4 ～8h ，种分过程主要以成核为主。这是因 为，随着苛碱浓度的增大，溶液的表面张力增大，使 得核糖在晶种表面能够充分吸附，从而明显的抑制 了铝酸钠溶液的种分过程。 表1 是在不同苛碱浓度下，核糖对种分过程类 型的影响。如表1 所示，在未添加核糖的情况下，随 着苛碱浓度的增大，附聚过程进行的时间也随之延 长，苛碱浓度达到1 6 0g ／L 时，附聚在6h 内完成。 在加入核糖后，随着苛碱浓度的增大，种分过程出现 成核现象，并逐渐以成核现象为主。 表1 不同苛碱浓度下核糖对种分过程类型的影响 T a b l e1E f f e c to fr i b o s ea d d i t i v ea td i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o no fs o d i u mh y d r o x i d e o nc r y s t a n i z a t i o np r o c e s s e s 万方数据 2 2 1 5 更 蠡⋯ 釜三 雌 量5 0 lH I 粒度／岬 F i g ．4 3结论 粒度／u m 摹 、 籁 惫 釜 兰 粒度／} a m 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年3 期 美 镶1 l l 釜三 碡 肇5 0 粒度／p ．m 粒度／l a m 图4 不同苛碱浓度下核糖对产品氢氧化铝粒度的影响 E f f e c to fr i b o s ea d d i t i v ea td i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o no fs o d i u mh y d r o x i d eo nP S Do fg i b b s i t e 解过程中的应用[ J ] ．轻金属，2 0 0 0 1 2 5 2 6 ，4 9 ． 1 在铝酸钠溶液的a k 1 ．4 0 、温度7 5 ℃、搅拌 速度1 4 0r ／m i n 、晶种添加量8 0g ／L 、c N a 2 0 1 4 0 g ／L 条件下，核糖对铝酸钠溶液种分过程抑制作用 随着添加量的增大而增大，当核糖的添加量大于 1 0 0m g ／L 时，抑制作用增强，当核糖的添加量超过 1 5 0m g ／L 后，核糖的添加量对分解率减小的影响不 再显著； 2 不同苛碱浓度下种分8h 后， 4 5p m 粒度 范围的氢氧化铝颗粒减少，且随着核糖添加量的增 大，产品氢氧化铝粒度减小，但是核糖的添加并不能 完全抑制氢氧化铝的附聚，种分8h 后o ～1 0 肛m 粒 度范围内粒子已经完全附聚成较大粒径的颗粒； 3 随着苛碱浓度的增大，核糖对铝酸钠溶液种 分过程抑制作用逐渐增大，种分过程出现成核现象， 且成核现象持续的时间也随着增长； 4 产品氢氧化铝的粒度随着苛碱浓度的增大 而减小，在高苛碱浓度下 本文为1 6 0g ／L ，0 ～1 0 粒度范围内粒子的附聚也受到严重抑制。,urn 参考文靛 [ 1 j 杨重愚．氧化铝生产工艺学 修订版 M ] ．北京冶金 工业出版社，1 9 9 3 ． [ 2 ] 谢雁丽，毕诗文，任文才。添加剂在拜耳法铝酸钠溶液分 [ 3 ] P i n t e r ．I m p r o v e m e n to ft h eE f f i c i e n c yo fD e c o m p o s i t i o n o fA l u m i n a t eL i q u o r sb yU s i n gA l u m i n i u mS u l f a t e [ J ] ． J a n o sK o h a s z ．L a p o kK o h a s z ，1 9 8 5 ，1 1 8 5 2 2 8 2 3 2 ． [ 4 ] 张斌，陈国辉，陈启元．表面活性剂加强氧化铝种分分解 粒度分布研究广J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 2 5 2 5 2 9 ． [ 5 ] 赵苏，毕诗文，杨雁宏，等．阴离子表面活性剂对铝酸钠 溶液种分过程的影响口] ．东北大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 4 ，2 2 1 3 9 1 4 1 ． [ 6 ] 王熙惠，苗喻，毕诗文，等．添加荆对高浓度铝酸钠溶液 分解过程的影响口] ．轻金属，2 0 0 7 5 1 2 - - 2 3 ． [ 7 ] H e l e nW a d i n g ，J o a n n eL o h ，H e l e nG a t t e r ．G i b b s i t e c r y s t a l l i z a t i o ni n h i b i t i o n1 ．E f f e c t so fs o d i u mg l u c o n a t eo n n u c l e a t i o n 。a g g l o m e r a t i o na n dg r o w t h 口] ．H y d r o m e t a l l u r g y ，2 0 0 0 2 7 5 2 8 8 ． [ 8 ] H e l e nW a d i n g ． G i b b s i t ec r y s t a l l i z a t i o ni n h i b i t i o n 2 ．C o m p a r a t i v ee f f e c t so fs e l e c t e da l d i t o l sa n dh y d r o x y c a r b o x y l i ca c i d s [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y 。2 0 0 0 2 8 9 - - 3 0 9 ． [ 9 ] ] i a n g u oY i n ，] i eL i ，Y a n l iZ h a n g ，e t a l ．E f f e c to fm o n o h y d r o x y - a l c o h o la d d t i v e so nt h es e e d e da g g l o m e r a t i o no f s o d i u ma l u m i n a t el i q u o r sr J ] ．L i g h tM e t a l s ，2 0 0 6 1 5 3 1 5 7 ． [ 1 0 ] J i s h uZ e n g ，Z h o u l a nY i n ，Q i y u a nC h e n ．I n t e n s i f i c a t i o n o fp r e c i p i t a t i o no fg i b b s i t ef r o ms e e d e dc a u s t i cs o d i u ma l u m i n a t el i q u o rb ys e e da c t i v a t i o na n da d d i t i o no fc r o w n e t h e r [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y 。2 0 0 7 1 0 7 1 1 6 ． 万方数据