外加电场对铝酸钠溶液自发分解的影响_吴复忠

第30卷第3期(总第119期)

2011年9月湿法冶金

H ydrometallur gy of China Vol.30No.3(Sum.119)

Sep.2011

外加电场对铝酸钠溶液自发分解的影响

吴复忠,金会心,马

婕

(贵州大学材料科学与冶金工程学院,贵州贵阳

550003)

摘要:研究了电场对铝酸钠溶液自发分解的强化作用,借助扫描电镜和X -射线衍射仪分析了分解产物的形貌和物相组成。结果表明:在电场作用下,铝酸钠溶液的自发分解率显著提高;电场有效促进了初生晶核的形成,缩短了成核诱导期,而且不会改变铝酸钠溶液分解产物的物相,分解产物仍为三水铝石。关键词:外加电场;强化;铝酸钠溶液;分解;三水铝石中图分类号:T F 803.22

文献标志码:A 文章编号:1009-2617(2011)03-0226-03

收稿日期:2010-01-11

基金项目:贵州大学博士基金(贵大人基合字(2008)027号);贵州省科技厅自然科学基金(黔科合J 字(2009)2228号)。作者简介:吴复忠(1970-),男,安徽枞阳人,副教授,博士,主要研究方向为系统节能。

铝酸钠溶液的分解过程是拜耳法生产氧化铝的/瓶颈0,具有分解时间长、晶种添加量大、分解效率低等问题[1-4]。虽然拜耳法生产氧化铝过程中铝酸钠溶液的分解是加晶种分解过程,但从微观角度来看,研究不加晶种的自发成核过程对于探索铝酸钠溶液的分解机制更有意义。因此,研究了交流电场对铝酸钠溶液自发分解过程的影响,目的是探索一种提高铝酸钠溶液分解率的新方法,并最终为电场强化铝酸钠溶液自发分解在工业上的施行提供参考依据。

1试验部分

采用平果铝厂的铝酸钠精液,其原始A k =

1.70,苛性碱质量浓度160g/L 。取少量溶液,用去离子水稀释至苛性碱质量浓度118g/L,分别用电场处理这2种质量浓度的铝酸钠溶液,电流强度为8A 。反应在1L 烧杯中进行,搅拌速率300r/m in 。将烧杯中溶液恒温,开启搅拌,通电并开始计时。反应一段时间后,取浆液10m L,固液分离,取液体样,以滴定法分析A k 并计算分解率;取固体样分析形貌和物相。分别在50e 和60e 条件下重复以上试验。

分析方法:以BaCl 2去除溶液中的CO 2-3,以水杨酸钠掩蔽Al 3+,用绿光酚酞作指示剂,用盐酸标定苛性碱质量浓度;采用标准硝酸锌溶液滴

定过量EDTA 法测定氧化铝质量浓度。

2 结果与讨论

2.1 电场对铝酸钠溶液分解率的影响

铝酸钠溶液的苛性比为1.7,苛性碱质量浓度分别为118g /L 和160g/L,分解时间56h 。图1为50e 下铝酸钠溶液在有无外加电场情况下的试验结果。

图150e 下,电场对铝酸钠溶液自发分解率的影响

第30卷第3期吴复忠,等:外加电场对铝酸钠溶液自发分解的影响

从图1看出:当苛性碱质量浓度为118g/L、

其他条件相同时(图1a),外加电场的铝酸钠溶液

分解率明显加快,特别是在分解前期,电场能明显

强化铝酸钠溶液自发分解速度,而分解时间为30

h以后,分解速率的增长趋于平缓;而苛性碱质量

浓度为160g/L时(图1b),铝酸钠溶液的分解效

果类似,只是分解速率较低,这是因为分解后期,

随分解的进行,苛性碱质量浓度增大,溶液过饱和

度降低,分解速度的增长趋势趋于平缓。铝酸钠

溶液自发分解速率受电场影响明显,即电场能够

有效提高铝酸钠溶液的自发分解速率;电场对铝

酸钠溶液自发分解的强化作用主要体现在成核

期,即可以促进初生晶核的形成。

50e和60e下,电场对铝酸钠溶液自发分

解速率的影响试验结果如图2所示。可以看出:

温度为50e时,铝酸钠溶液的分解速率更大,且

2种苛性碱质量浓度的铝酸钠溶液的最大分解率差值较大,即试验条件下,电场的强化作用在低温下效果更加明显。

图2不同温度下电场对铝酸钠溶液自发分解率的影响

2.2电场对分解产物形貌的影响

图3为A k=1.7、苛性碱质量浓度118g/L、温度50e条件下铝酸钠溶液自发分解产物的扫

描电子显微照片,其中a、c、e为无电场下的产物, b、d、f为有外加电场下的产物。

图3铝酸钠溶液自发分解产物的SEM照片

从图3看出:无论有无外加电场,铝酸钠溶液自发分解产物均为片状、近似六边形结构。图a, b为分解产物放大5000倍的SEM照片,可以明显看到,无论有无外加电场,分解产物表面均有一些细小的片状颗粒,但无外加电场时细小片状颗粒明显减少;图c,d为分解产物放大1万倍的SEM照片,可以更加清楚地看到,有外加电场时产物表面的细小片状颗粒填充在片状六边形晶体之间,这会增大产物的强度;图e,f为分解产物放大2万倍的SEM照片,可以看到,无外加电场时分解产物的表面较为光滑,而有外加电场时分解产物表面更为粗糙,表面缺陷也更多。

因此,可以认为,电场能使铝酸钠溶液自发分解过程产生更多的细小颗粒,并且表面有更多的缺陷,增大了比表面积,促进了自发成核,最终提高了自发分解率。

2.3电场对分解产物物相的影响

图4为有、无外加电场作用下,铝酸钠溶液自发分解产物的X-射线衍射图。可以看出:外加电场并没有改变铝酸钠溶液自发分解产物氢氧化铝的晶体结构,分解后得到的仍为六方棱柱状的Gibbsite型氢氧化铝晶体;但无外加电场时分解产物中还混有Bayrite型氢氧化铝晶体,这可能与试验所用的铝酸钠溶液有关。Al(OH)3晶种在过饱和铝酸钠溶液分解时先部分溶解,构成某种

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湿法冶金 2011年9月有效成核成分,成核最终发生在液相而非晶种表面[5-8],所以,外加电场可能促进溶解过程,导致最终产物只有Gibbsite 型氢氧化铝晶体。

a )))有外加电场;

b )))无外加电场

图4 铝酸钠溶液自发分解产物的X -射线衍射图

3 结论

在试验室模拟工业生产条件下,用外加交流电场处理铝酸钠溶液,分别用苛性碱质量浓度118g/L 和160g/L 的铝酸钠溶液在50e 和60

e 条件下进行自发分解试验。结果表明:外加电

场可缩短铝酸钠溶液自发分解的诱导期,促进铝酸钠溶液的成核过程,并促进颗粒的生长,从而提高铝酸钠溶液的自发分解率;同时,外加电场有利

于规则的六边形晶体的生成,这可能是因为外加电场促进了铝酸钠溶液生长基元的形成,从而促进了Al(OH )3的成核及长大过程;外加电场并不会改变铝酸钠溶液自发分解产物的物相组成及结构,分解产物仍为六方棱柱状Gibbsite 型氢氧化铝晶体。参考文献:

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Affection of Electric Field on S pontaneous Decomposition of Sodium Alu minate Solution

WU Fu -zhong,JIN H u-i x in,M A Jie

(College of M aterials S cience and Metallurgy Engineer ing ,Guiz hou Univ ersity ,

G uiy ang,Guiz hou 550003,China)

Abstract:The action of electric field on spontaneous deco mposition o f sodium aluminate so lution w as

studied.By XRD and SEM ,the surface topo graphy and phase com position o f decom position product of sodium aluminate solutio n w as analy zed.T he electric field can promo te effectively primary nuclei to fo rm,but cannot change the phase composition of decomposition product.T he product was still gibbsite.Key words:electric field;enhancement;sodium alum inate solution;deco mpo sition;gibbsite

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