种分过程1,2-辛二醇对氢氧化铝粒度及形貌的影响.pdf

．1 0 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年2 期 种分过程1 ，2 一辛二醇对氢氧化铝粒度及形貌的影响 张艾民，尹周澜，陈启元，敬叶灵 中南大学化学化工学院，长沙4 1 0 0 8 3 摘要研究了1 ，2 一辛二醇对铝酸钠溶液种分过程的影响。结果表明，l ，2 一辛二醇对铝酸钠溶液种分过程 产生抑制作用。l ，z 一辛二醇的添加浓度、实验温度以及苛碱浓度等因素对l ，2 一辛二醇改善铝酸钠溶液 种分效果具有显著影响。添加浓度小于1 ．2 5m m o l ／L 时，l ，2 一辛二醇对铝酸钠溶液的抑制程度很小，产 品氢氧化铝的粒度分布基本维持与未添加时一致；添加浓度超过1 ．5m m o l ／L ，抑制作用非常明显，产品 氢氧化铝粒度曲线主峰明显左移，平均粒度减小。温度越低，苛碱浓度越大，l ，2 一辛二醇对铝酸钠溶液 分解抑制作用越大，产品氢氧化铝的细化程度越大。X 射线衍射 X R D 显示，加入1 ，2 一辛二醇后种分产 品的晶型不变。 。 关键词铝酸钠溶液；1 ，2 - 辛二醇；粒度；扫描电镜；X 射线衍射 中图分类号T F l l l ．3 4文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 【2 0 0 8 0 2 一0 0 1 0 0 5 E f f e c to f1 ，2 - O c t a n e d i o lo nt h eP a r t i c l eS i z ea n dM o r p h o l o g yo fA l u m i n i u m H y d r o x i d eP r e c i p i t a t e df r o mS e e d e dS o d i u mA l u m i n a t eS o l u t i o n Z H A N GA i m i n ，Y I NZ h o u l a n ，C H E NQ i y u a n ，J I N GY e - l i n g 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 T h ee f f e c to fn o n - i o n i cs u r f a c t a n t - 1 ，2 0 c t a n e d i o lo nt h es e e dp r e c i p i t a t i o no fs o d i u ma l u m i n a t e s o l u t i o nh a sb e e ni n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a t1 。2 一O c t a n e d i o lh a si n h i b i t o r ye f f e c to nt h ep r e c i p i t a t i o n ．T h ec o n c e n t r a t i o no f1 ，2 一O c t a n e d i o l ，t e m p e r a t u r ea n dc a u s t i cc o n c e n t r a t i o no fl i q u o rc a no b v i o u s l y a f f e c tt h es e e dp r e c i p i t a t i o no fs o d i u ma l u m i n a t es o l u t i o n ．W h e nt h ec o n c e n t r a t i o no f1 ，2 - O c t a n e d i o li nt h e s o l u t i o ni sl e s st h a n1 ．2 5m m o l ／L ，t h ei n h i b i t o r ye f f e c to ng i b b s i t ep r e c i p i t a t i o ni sl i m i t e da n dt h ep a r t i c l e s i z ei sa l m o s tt h es a m ea st h a tw i t h o u ta d d i t i v e ．H o w e v e r ．w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no f1 ，2 一O c t a n e d i 0 1i nt h e s o l u t i o ni sm o r et h a n1 ．5m m o l ／L ，t h ei n h i b i t o r ye f f e c ti sl a r g ea n dt h ep a r t i c l es i z ei sd e c r e a s e d ．L o w e r t e m p e r a t u r ea n dh i g h e rc a u s t i cc o n c e n t r a t i o no fl i q u o rw i l lg r e a t l yd e c r e a s et h ep a r t i c l es i z e ．T h er e s u l t so f X - r a yd i f f r a c t i o ns h o wt h a tt h ec r y s t a ls t r u c t u r eo fA I O H 3p r o d u c t sr e m a i n st h es a m ew i t ha d d i t i v e ． K e y w o r d s S o d i u ma l u m i n a t es o l u t i o n ；1 ，2 一O c t a n e d i o l ；p a r t i c l es i z e ；S E M ；X - r a yd i f f r a c t i o n 铝酸钠溶液晶种分解过程是拜耳法制备氢氧化 铝的重要工序。如何实现由粉状或中间状氧化铝向 砂状氧化铝过渡，是当今国内氧化铝工业研究的热 点之一。由于铝酸钠溶液与晶粒间界面张力大，晶 核的形成非常困难，而加入表面活性剂，可以改善 固一液界面的物化性质，促进晶核的形成，提高分解 率，粗化氢氧化铝颗粒[ 1 _ 5 ] 。国外氧化铝工作者研 究多元有机酸、醇对铝酸钠溶液的影响，发现这些有 机物可以改变晶体的生长形貌，抑制氢氧化铝颗粒 的附聚和晶体的生长，抑制程度的大小与有机物多 元羟基的空间构型有关哺叫J 。 我们曾研究了1 ，2 一辛二醇对铝酸钠溶液种分 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 作者简介张艾民 1 9 8 0 一 ，男。硬士 ’ 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年2 期 1 1 分解率的影响，发现1 ，2 一辛二醇以物理吸附的方式 吸附在晶种表面的活性点处，从而对铝酸钠溶液分 解产生抑制作用。当1 ，2 一辛二醇添加浓度小于 1 ．2 5m m o l ／L 时，抑制作用不明显；当1 ，2 一辛二醇 添加浓度大于1 ．5m m o l ／L 时，抑制作用显著。温 度越低，苛碱浓度越大，1 ，2 一辛二醇降低铝酸钠溶液 种分分解率的程度越大。 本文在前期工作的基础上继续研究1 ，2 一辛二 醇对铝酸钠溶液晶种分解过程的影响，通过研究种 分条件下产品氢氧化铝粒度及表面形貌的变化情 况，以期进一步探讨1 ，2 一辛二醇对铝酸钠溶液种分 过程的作用机制。 1实验 1 ．1 种分实验 将分析纯氢氧化钠溶于一定体积的蒸馏水中配 成氢氧化钠溶液，再称取一定量的氧氧化铝加入溶 液中溶解，用滤纸过滤得到口K 一1 ．4 2 的铝酸钠溶 液。将稀释到N a O 一1 4 0g ／L 的铝酸钠溶液8 0 0 m L 加入到搅拌速率为1 5 0r ／m i n 的恒温水浴分解 槽中，待溶液温度恒定，先后加入定量的添加剂和晶 种氢氧化铝。种分时间为1 0h ，定时取1 0m L 浆液 放人离心机中离心分离，取上层清液滴定分析。 1 ．2 产品氢氧化铝分析 粒度分析采用M a s t e r s i z e r2 0 0 0 型粒度测试 仪；扫描电镜分析采用J S M - 6 3 6 0 L V 扫描电子显微 镜。X 射线衍射分析采用D ／m a x 2 5 5 0 全自动 1 8 k W 转靶X 射线衍射仪。 2 结果与讨论 2 ．11 。2 一辛二醇添加浓度对氢氧化铝粒度的影响 晶种分解实验条件N a 。O 一1 4 0g ／L 、a K 一 1 ．4 2 、7 5 ℃、晶种浓度6 0g ／L 、搅拌速率1 5 0r ／m i n 、 分解时间1 0h 。实验结果如图1 所示。由图l 可 知，在此实验条件下，添加剂浓度对产品氢氧化铝的 粒度影响很大。当1 ，2 一辛二醇添加浓度小于1 ．2 5 m m o l ／L 时，产品氢氧化铝的粒度分布基本与空白 相近。但是当1 ，2 一辛二醇添加浓度大于1 ．5m m o l ／ L 时，产品氢氧化铝粒度曲线主峰明显左移，粒度减 小。这是因为当1 ，2 一辛二醇添加浓度小于1 ．2 5 m m o l ／L 时，添加剂对铝酸钠溶液种分过程的抑制 程度很小，故产品氢氧化铝的粒度基本与空白相同。 当1 ，2 一辛二醇添加浓度大于1 ．5m m o l ／L 时，铝酸 钠溶液种分过程受到严重抑制，新析出的氢氧化铝 不足以将松散结合的氢氧化铝颗粒快速地粘接在一 起。使得最终产品氢氧化铝粒度减小。可见，1 ，2 一辛 二醇添加浓度越大，铝酸钠溶液种分过程受到的抑 制作用越大。 l { I P a r t i c l eS i z e ／ a m 图11 。2 一辛二醇添加浓度对氢氧化铝 粒度分布的影响 F i g ．1 T h ee f f e e to ft h ec o n c e n t r a t i o no f1 。2 一 O c t a n e d i o lo nt h ed i s t r i b u t i o no fA I O H 3 2 ．2 添加1 。2 - 辛二醇后温度对氢氧化铝粒度的影 响 晶种分解实验条件N a z O 1 4 0g ／L ；a K 一 1 ．4 2 ；T 一6 5 、7 0 、7 5 ℃；1 ，2 一辛二醇1 ．2 5m m o l ／L ； 晶种浓度6 0g ／L ；搅拌速率1 5 0r ／m i n 。实验结果 如表1 所示。由表1 可知，与空白相比，加入1 ，2 一辛 二醇后，三个温度下制备的氢氧化铝产品平均粒度 d 。。均有所减少，但减少幅度差别较大。温度越低， 1 ，2 一辛二醇对氢氧化铝的细化影响越大。尤其在 6 5 ℃时，与空白相比，加入1 ，2 一辛二醇后，O ～3 0 ／z m 粒度范围的氢氧化铝颗粒明显增多，而粒径大于3 0 p m 的氢氧化铝颗粒则明显减少。这可能由于温度 比较低 6 5 ℃ 时，1 ，2 一辛二醇可以充分吸附在晶种 表面而对铝酸钠溶液分解过程产生显著的抑制作 用。 一 2 ．3 添加1 。2 一辛二醇后苛碱浓度对氢氧化铝粒度 的影响 晶种分解实验条件N a 2 0 一1 1 5 、1 4 0 、1 6 7g ／L ； a K 1 ．4 2 ；7 0 。C ；1 ，2 一辛二醇浓度1 ．2 5m m o l ／L ；晶 种浓度6 0g ／L ；搅拌速率1 5 0r ／r a i n 。实验结果如 表2 所示。从表2 可以看出，加入1 ，2 一辛二醇后，三 个苛碱浓度下制备的氢氧化铝产品平均粒度d s o 均 有所减少，且减少幅度差别较大。苛碱浓度越大， 1 ，2 一辛二醇对氢氧化铝的细化影响越大。尤其当苛 碱浓度为1 6 7g ／L 时，加入1 ，2 一辛二醇后，O ～3 0t a n m H 挖 枷 8 6 毒 2 0 之 长≈g n 『o 万方数据 1 2 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年2 期 粒度范围的氢氧化铝颗粒明显增多，而粒径大于3 0 肛m 的氢氧化铝颗粒则明显减少。这可能由于苛碱 浓度越大，溶液表面张力越大，有利于1 ，2 一辛二醇 在晶种表面吸附，从而对铝酸钠溶液分解过程产生 显著的抑制作用。 表1加入1 。2 - 辛二醇后温度对氢氧化铝粒度分布的影响 T a b l e1T h ee f f e c to ft e m p e r a t u r eo nP S DA I O H 3a f t e ra d d i n g1 。2 - O c t a n e d i o l 隶2 加入1 。2 一辛二醇后苛碱浓度对氢氧化铝粒度分布的影响 T a b l e1T h ee f f e c to ft h ec a u s t i cc o n c e n t r a t i o no nP S DA I O H 3a f t e ra d d i n g1 ，2 - O c t a n e d i o l 2 ．4 l 。2 一辛二醇对产品氢氧化铝形貌及晶型的影 响 晶种分解实验条件N a 。O 一1 4 0g ／L ；a K 1 ．4 2 ；T ；6 5 、7 0 、7 5 ℃；1 ，2 一辛二醇1 ．2 5m m o l ／L ； 晶种浓度6 0g ／L ；搅拌速率1 5 0r ／r a i n 。 图2 为添加及未添加l ，2 一辛二醇产品氢氧化铝 扫描电镜照片。可以看出，加入1 ，2 一辛二醇后种分 1 0h 产品氢氧化铝随着实验温度的降低而出现起 毛现象，表面有很多细小晶核产生。尤其是在7 0 ℃ 时，4h 取样发现氢氧化铝颗粒表面已有细小晶核 出现，随着反应的进行，颗粒表面的细小晶核逐渐长 大。当晶核长大到一定程度，由于机械搅拌作用的 影响从晶种表面脱落下来，然后在附聚过程中不断 包覆在晶种表面，最后呈蜂窝状。7 5 ℃时，无论是否 加入1 ，2 一辛二醇，产品氢氧化铝表面都比较光滑。 可见，在铝酸钠溶液中加入1 ，2 一辛二醇有利于晶种 表面成核，而且温度越低，成核作用越明显。 a - 6 5 ℃一空白 1 0 h b - 6 5 。C 一1 ．2 辛二辩 1 t l h 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年2 期 1 3 图2 氢氧化铝的扫描电镜照片 F i g ．2 T E M m o r p h o l o g yo fA I O H } 3 添加及未添加1 ，2 一辛二醇产品氢氧化铝X 射度越大； 线衍射谱表明，有无1 ，2 一辛二醇所得氢氧化铝产品 3 在铝酸钠溶液中加入1 ，2 一辛二醇有利于晶 都是三水铝石晶型，产品物相不变，只是结晶度有着种表面成核，而且温度越低，成核作用越明显； 少许差别。说明1 ，2 一辛二醇对种分产品的晶型不 4 添加1 ，2 一辛二醇对种分产品的晶型不产生 产生影响。 影响。所得氢氧化铝产品都是三水铝石型，仅结晶 3幺} 裕 度存在少许差别。 1 添加剂浓度对产品氢氧化铝的粒度影响很 大。当1 ，2 一辛二醇添加浓度小于1 ．2 5m m o l ／L 时， 产品氢氧化铝的粒度分布基本维持与未添加时一 致。但是当1 ，2 一辛二醇添加浓度大于1 ．5m m o l ／L 时，产品氢氧化铝粒度曲线主峰明显左移，粒度减 小。1 ，2 一辛二醇添加浓度越大，铝酸钠溶液种分过 程受到的抑制作用越大； 2 1 ，2 一辛二醇对产品氢氧化铝细化程度的影 响与实验温度和苛碱浓度有很大关系。温度越低， 苛碱浓度越大，1 ，2 一辛二醇对产品氢氧化铝细化程 参考文献 [ 1 ] D a v i dOO ，L a w r e n c eJC ．E v a l u a t i o no fd o w n s t e a m e f f e c t so fs p e c i a l t yc h e m i c a l si nt h eb a y e rp r o c e s s [ J ] ． L i g h tM e t a t s ，1 9 9 1 1 7 3 1 7 6 ． [ 2 ] L e s t e rAD ．C h e m i c a la d d i t i v e si nb a y e rp r o c e s sC J ] ． L i g h tM e t a l s ，1 9 9 1 1 5 5 1 5 8 ． [ 3 ] R o g e rW ，P h i l i pM ．P r o d u c t i o no fa l u m i n a U S ， 6 1 6 8 7 6 z C P ] ，2 0 0 1 0 1 一0 2 ． [ 4 ] D a v i dOO ，A u r o r aI ，D a v i dCD ，e ta 1 ．U s eo fs u r f a c t a n t si na l u m i n ap r e c i p i t a t i o n i nt h eb a y e rp r o c e s s U S ， 4 7 3 7 3 5 2 [ P - ] ，1 9 8 8 - - 0 4 1 2 ． 万方数据 1 4 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年2 期 [ 5 ] 陈峰，张宝砚，毕诗文，等．添加剂对铝酸钠溶液晶种分 解产生A I O H s 和A l z 3 的影响口] ．中国有色金属学 报，2 0 0 5 ，1 5 1 2 Z 0 5 4 2 0 5 9 ． [ 6 ] S e y s s i e c qI ，V e e s l e rS ，P a p eG ，e ta 1 ．T h ei n f l u e n c eo f a d d i t i v e so nt h ec r y s t a lh a b i to fg i b b s i t e [ J ] ．J o u r n a lo f C r y s t a lG r o w t h ，1 9 9 9 ，1 9 6 1 7 4 1 8 0 ． E 7 ] P a u l a i m eAM ，S e y s s i e c qI ，V e e s l e r T h ei n f l u e n c eo f o r g a n i ca d d i t i v e so nt h ec r y s t a l l i z a t i o na n da g g l o m e r a t i o n o fg i b b s i t e [ J ] ．P o w d e rT e c h n o l o g y ，2 0 0 3 ，1 3 0 3 4 5 3 5 1 ． [ 8 ] S m i t hPG ，W a t l i n gHR ，C r e wP ．T h ee f f e c t so fm o d e l o r g a n i cc o m p o u n d so ng i b b s i t ec r y s t a l l i z a t i o nf r o ma l k a l i n ea l u m i n a t el i q u o r s p o l y o l s [ J ] ．C o l l o i d sa n dS u r f a c e s A p h y s i c o c h e m i c a la n dE n g i n e e r i n gA s p e c t s ，1 9 9 6 ， 1 1 1 1 1 9 1 3 0 ． [ 9 ] B r o n s w i j kWV ，W a d i n gHR ，Y uz ．As t u d yo fa d s o r p t i o no fa c y c l i cp o l y o l so nh y d r a t e da l u m i n a [ J ] ． C o l l o i d sa n dS u r f a c e sA p h y s i c o c h e m i c a la n dE n g i n e e r - i n gA s p e c t s ，1 9 9 9 ，1 5 7 8 5 9 9 ． 万方数据