钾离子对铝酸钠溶液种分分解率的影响.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年3 期 2 5 钾离子对铝酸钠溶液种分分解率的影响 陈金清1 ’2 ，肖承玉1 ，陈启元2 ，尹周澜2 ，张平民2 1 ．江西理工大学化学化工学院，赣州3 4 1 0 0 0 ；2 ．中南大学化学化工学院，长沙4 1 0 0 8 3 摘要采用间歇式种分反应器研究了铝酸钠溶液种分过程中，钾离子的存在对种分分解率的影响。试验 结果表明，钾离子的存在能在一定程度上提高铝酸钠溶液的分解率，在较低的温度和a t 条件下，钾离子 的影响作用更加明显。 关键词铝酸钠；种分；分解率 ． 中图分类号T F 8 2 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 7 0 3 - - 0 0 2 5 0 3 T h eE f f e c to fP o t a s s i u mI o n so nS e e d e dP r e c i p i t a t i o nR a t eo f S o d i u mA l u m i n a t eS o l u t i o n C H E Nj i q i n 9 1 ”，X I A OC h e n g - y u l ，C H E NQ i y u a n 2 ， Y I NZ h o u l a n 2 。Z H A N GP i n g m i n 2 1 ．F a c u l t yo fM a t e r i a la n dC h e m i c a lE n g i n e e r i n g ，J i a n g x iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，G a n z h o u3 4 1 0 0 0 ，C h i n a1 2 ．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 i 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 W i t ht h eb a t c hr e a c t o r ，t h ee f f e c to fp o t a s s i u mi o n sw h i c he x i s ti ns o d i u ma l u m i n a t es o l u t i o nh o w a f f e c tt h es o d i u ma l u m i n a t es o l u t i o ns e e d e dp r e c i p i t a t i o nr a t ei ss t u d i e d ．R e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep o t a s s i u mi o n se x i s t i n gc a ne n h a n c et h es e e d e dp r e c i p i t a t i o nr a t ei naw a y ，a n dt h ee f f e c ti sm o r em a r k e d l yi nt h e l o wt e m p e r a t u r ea n dl o wa kc o n d i t i o n s ． K e y w o r d s S o d i u ma l u m i n a t e ；S e e dp r e c i p i t a t i o n ；P r e c i p i t a t i o nr a t e ； 种子分解是拜耳法生产氧化铝的一个极其重要 的工序，许多学者对此进行过大量的研究[ 1 - 7 ] 。研 究表明，其它杂质金属离子的存在对铝酸钠溶液种 分过程的晶体成核、晶体形貌等会产生一定的影 响[ s - i s 3 ，但未见有钾离子对铝酸钠溶液的种分分解 率的影响的研究报道，因此有必要对此加以研究。 本文采用间歇式种分反应器研究钾离子对铝酸钠溶 液的种分分解率的影响。 1试验设备与方法 1 ．1 试验设备 试验是在带水套控温的不锈钢间歇式反应槽中进 行的，如图1 所示。反应槽的有效容积为1L ，槽中心 装有一个带有三叶片的搅拌装置，槽内壁上有两个折 基金项目国家重大基础理论研究项目 2 0 0 5 C B 6 2 3 7 0 2 作者简介陈金清 1 9 6 8 一 ，男，博士，在站博士后 流挡板，用以强化搅拌效果。槽上部的密封盖板上有 可封闭的加样、取样孑L 。采用外循环式恒温水浴槽控 温，控温精度0 ．5 ℃；J J 一1 精密电动搅拌器。 图1 反应槽示意图 F i g ．1 T h es k e t c hm a po fr e a c t i n ge q u i p m e n t 万方数据 2 6 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年3 期 1 ．2 试验方法 根据试验所要控制的条件，准确称量氢氧化铝 预先已洗涤并在7 0 ℃条件下真空干燥，以除去其 中的附碱和水分 和所需的N a O H 及K O H 。首先， 在不锈钢容器中加入一定量的蒸馏水分别溶解 N a O H 及K O H ，之后缓慢加入称量好的氢氧化铝 分别在电炉加热并在搅拌条件下进行溶解，待氢氧 化铝完全溶解后，真空抽滤两次，并稀释到所需要的 浓度，再次过滤后的干净溶液保存备用。 把制备好的溶液置于种分反应槽中预热；达到 预定温度后加入晶种开始试验 晶种在试验前用清 水浸泡，过滤后在可控温的红外灯下5 0 ℃干燥，以 除去晶种中的附碱，避免对试验造成影响 ；定时取 样，试样离心，清液做溶液成分分析，固体样品用热 水洗涤后离心，重复3 次，再用蒸馏水浸泡，用激光 粒度分析仪分析粒度。 2 试验结果与分析 2 ．1 不同温度下钾离子对铝酸钠溶液分解率的影 响 试验研究了铝酸钠溶液在C o H ．一5 ．4 8m o l ／L C o } r 指溶液中总的苛性碱浓度 ，a k 为1 ．4 5 a k 为 铝酸钠溶液的苛性比 ，种子添加量为6 0 0g ／L ，分 解时间4 8h ，温度分别为5 5 ℃，6 0 ℃，6 5 ℃的条件 下，钾离子对铝酸钠溶液种分过程分解率的影响规 律，结果如图2 所示。 从图2 可以看到，当其他条件一定时，铝酸钠溶 液的分解率随钾离子浓度的升高而变大，可见钾离 子的存在能在一定程度上提高的铝酸钠溶液种分分 解率；而且随着温度的不同，钾离子对铝酸钠溶液种 分的促进作用也有差别，在较低的分解温度，钾离子 提高铝酸钠溶液种分分解率的作用增大。 母 、 婚 鎏 套 图2 不同温度下分解率与钾离子浓度的关系 F i g ．2 T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns e e d e d p r e c i p i t a t i o nr a t ea n dp o t a s s i u mi o n s u n d e rd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e 2 ．2 不同a t 下钾离子对铝酸钠溶液分解率的影响 分解条件C o H 一一5 ．4 8m o l ／L ，T - - 5 5 ℃，晶种 一6 0 0g ／L ，分解时间4 8h ，结果如图3 所示。 承 、 爵 蓬 套 图3 不同u 。下分解率与钾离子浓度的关系 F i g ．3 T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns e e d e d p r e c i p i t a t i o nr a t ea n dp o t a s s i u m i o n su n d e rd i f f e r e n t 扛k 从图3 中可以看到，在其它条件不变的情况下， 随着Q 。的降低，钾离子提高铝酸钠溶液分解率的幅 度也是逐渐增大的。可见，钾离子对铝酸钠溶液种 分促进作用还受C t t 的影响，在较低的a t 条件下，钾 离子对铝酸钠溶液种分过程的促进作用更加明显。 2 ．3 不同晶种量条件下钾离子对铝酸钠溶液分解 率的影响 分解条件C o } r 一5 ．4 8m o l ／L ，T 一5 5 ℃，a k 1 ．4 5 ，分解时问4 8h ，试验结果如图4 所示。 啦 、 静 莲 容 图4 不同的晶种量条件下分解率与 钾离子浓度的关系 R 晷4mr e l a t i o m h i pb e t w e e ns e e d e dp r e c i p i t a t i o n r a t ea n dp o t a s s i u mi o n su n d e rd i f f e r e n t s e e dc o n c e n t r a t i o n 从图2 ～4 中可以看到，在不同品种添加量的条 件下，铝酸钠溶液的分解率随钾离子浓度的变化情 况与前两节的结果略有差异，三条曲线近似平行，可 见，钾离子提高铝酸钠溶液分解率的作用受晶种添 加量的影响较小。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年3 期 2 7 3结论 1 钾离子的存在对铝酸钠溶液的种分过程有 一定的促进作用，随着溶液中钾离子浓度的提高，铝 酸钠溶液的分解率增大； 2 钾离子对铝酸钠溶液分解率的影响作用还 受分解条件变化的影响。钾离子提高种分分解率的 作用受分解温度和a 。条件的影响较大，受晶种添加 量的影响较小。在较低的温度和溉条件下，更有利 于钾离子促进铝酸钠溶液种分分解率的提高。 参考文献 [ 1 ] M i s r aC ，W h i t eET ．C r y s t a l i s a t i o no fb a y e ra l u m i n i u m t r i h y d r o x i d e [ J ] ．J ．C r y s t a lG r o w t h ，1 9 7 1 1 7 2 1 7 8 ． [ 2 ] S w e e g e r sC ，P l o m pM ，d eC o n i n c kHC ，e ta 1 ．S u r f a c e t o p o g r a p h yo fg i b b s i t ec r y s t a l sg r o w nf r o ma q u e o u ss o d i u ma l u m i n a t es o l u t i o n s [ J ] ．A p p l i e dS u r f a c eS c i e n c e ， 2 0 0 2 ，1 8 7 2 1 8 2 3 4 ． [ 3 ] B r o w nN ．C r y s t a lg r o w t ha n dn u c l e a t i o no fa l u m i n i u m t r i h y d r o x i d ef r o ms e e d e dc a u s t i ca l u m i n a t es o l u t i o n s [ J ] ． J ．C r y s t a lG r o w t h ，1 9 7 2 1 2 3 9 ． [ 4 ] B r o w nN ．S e c o n d a r yn u c l e a t i o no fa l u m i n i u mt r i h y d r o x i d e K i n e t i c sm e c h a n i s m [ J ] ．L i g h tM e t a l ，1 9 7 7 1 - - 4 ． [ 5 ] B r o w nN ．S e c o n d a r yn u c l e a t i o no fa l u m i n i u mt r i h y d r o x - i d e [ J ] ．J ．C r y s t a lG r o w t h ，1 9 7 2 ，1 6 1 6 3 1 6 7 ． [ 6 ] S i m t hP ，W o o d sG ．T h em e a s u r e m e n to fv e r ys l o w g r o w t hr a t e sd u r i n gt h ei n d u c t i o np e r i o di na l u m i n i u m t r i h y d r o x i d eg r o w t hf r o mb a y e rl i q u o r s [ J ] ．L i g h tM e t a l s ，1 9 9 3 1 1 3 一1 1 7 ． [ 7 ] B r o w nN ．E f f e c to fC a l c i u mi o n so na g g l o m e r a t i o no f b a y e ra l u m i n i u mt r i h y d r o x i d e [ J ] ．J ．C r y s t a lG r o w t h ． 1 9 8 8 ，9 2 2 6 3 2 ． [ 8 ] B r o w nN ．E f f e c to fC o p p e ri o n so nt h eB a y e ra l u m i n i u m t r i h y d r o x i d e [ J ] ．J ．C r y s t a lG r o w t h ．1 9 8 8 ，8 7 2 8 1 2 8 6 ． [ 9 ] S h a r m aSK ，K a s h y a pSG ．I o ni n t e r a c t i o ni na l k a l im e t - a lh y d r o x i d es o l u t i o n s AR a m a nS p e c t r a lI n v e s t i g a t i o n [ J ] ．J ．I n o r g a n i ca n dN u c l e a rC h e m i s t r y ，1 9 7 2 ，3 4 3 6 2 3 3 6 3 0 ． [ 1 0 3 陈金清．钾离子对铝酸钠溶液种分过程影响的研究 [ D ] ．长沙中南大学博士学位论文，2 0 0 4 ． [ 1 1 ] J u nL i ，C l i v eA ，P r e s t i d g e ，e ta 1 ．T h eI n f l u e n c eo fA 1 - k a l iM e t a lI o n so nH o m o g e n e o u sN u c l e a t i o no f A 1 0 H 3C r y s t a l sf r o mS u p e r s a t u r a t e dC a u s t i cA l u m i n a t eS o l u t i o n s [ J ] ．J ．C o l l o i da n dI n t e r f a c eS c i e n c e ， 2 0 0 0 ，2 2 4 3 1 7 3 2 4 ． [ 1 2 ] J u nL i ，C l i v eA ，P r e s t i d g e ，e ta 1 ．S e c o n d a r yn u c l e a t i o n o fg i b b s i t ec r y s t a l sf r o ml i q u o r s e f f e c to fa l k a l im e t a l i o n s [ J ] ．J ．C r y s t a lG r o w t h ，2 0 0 0 ，2 1 9 4 5 1 4 6 4 ． [ 1 3 ] C l i v eA ，P r e s t i d g e ，I g o rA m e t o v ．C a t i o ne f f e c t sd u r i n g a g g r e g a t i o na n da g g l o m e r a t i o no fg i b b s i t ep a r t i c l e u n d e rs y n t h e t i cB a y e rc r y s t a l l i s a t i o nc o n d i t i o n s [ J ] ．J ． C r y s t a lG r o w t h ，2 0 0 0 ，2 0 9 9 2 4 9 3 3 ． [ 1 4 ] V a nS t r a t e nHA ，S c h o o n e nMAA ，D eB r u y nPL ． P r e c i p i t a t i o nf r o ms u p e r s a t u r a t e da l u m i n a t es o l u t i o n sl l I [ J ] ．I n f l u e n c eo fa l k a l ii o n sw i t hs p e c i a lr e f e r e n c et o L i [ J ] ．J ．C o l l o i dI n t e r f a c eS c i ，1 9 8 5 ，1 0 3 4 9 3 ． [ 1 5 ] 李洁，陈启元，尹周澜，等．K 、N a 离子对铝酸盐溶液 分解过程的影响[ A ] ．／／铝一2 1 世纪基础研究与技术 发展研讨会论文集[ C ] ．2 0 0 2 2 7 6 2 8 2 ． [ 1 6 ] 李沽，陈启元，尹周澜，等．铝酸盐中阳离子对铝酸根离 子电子结构性质的影响[ A ] ．／／铝一2 1 世纪基础研究 与技术发展研讨会论文集[ c ] ．2 0 0 2 2 8 3 2 9 1 ． 万方数据