浅谈成核频率在砂状氧化铝生产中应用研究

浅谈成核频率在砂状氧化铝生产中的应用研究

陈洪德

（中国铝业中州分公司，河南焦作 454174）

摘要：本文分析了成核频率与种分晶种粗或细化的之间的关系，分析了影响成核频率的因素，并通过控制成核频率来消除种分过程中粗化和细化的影响，从而满足砂状氧化铝生产需求。关键词：成核频率；晶种粒度；砂状氧化铝；f3.55

1概述

我国较早的进行了砂状氧化铝生产技术的开发，20世纪70年代至今从未间断对它的开发研究，但还未彻底解决这个难题。目前中州分公司生产的氧化铝绝大多数为中间状，主要缺点:粒度细，强度低，比表面积小，粒度较宽，电解时损耗大，恶化环境，不能满足中间下料预焙阳极电解槽和烟气干法净化的需要。近年来，中州分公司砂状氧化铝生产技术取得很大进步，但与同行业其他优秀企业还有一定的差距，面对竞争日趋激烈的氧化铝行业，生产质量较好的砂状氧化铝势在必行。

目前种分过程中粒度的检测主要是通过马尔文激光粒度仪，该仪器虽然能测出颗粒的粒度分布，但由于它是以百分比含量表示，对成核不敏感，不能监测到分解过程中粒度的微观变化，特别是5微米以下的颗粒变化情况，这样使分解条件的调整严重滞后，通过很长一段时间的测定结果来看，细颗粒的情况不能较准确地反映出来，尤其在粒度变粗以后，测不到细颗粒的情况，等到能够测出细颗粒的体积百分数的时候，这是晶种已经开始大量细化了，再进行调整也只是被动的调整，已经滞后了很长时间，为了准确地反映出分解过程细颗粒的变化，及时地调整分解条件，生产出符合要求的砂状氧化铝，就需要引用成核频率来分析种分细颗粒的变化。

2成核频率与种分粒度的关系

2.1颗粒计数器成核频率定义及测量设备

成核频率定义是种分过程中最细颗粒的数量，主要测量仪器是电敏区域粒度仪，即颗粒计数器，其原理是：当被测粒子逐一通过很小的电阻器（传感测量孔）时，会产生一系列的电脉冲，脉冲的幅度与粒子的体积成正比，脉冲经放大后以技术的形式传给计算机处理，就可得到被测粒子的粒度分布、成核、比表面等数据。其测量范围可从0.4μm到1200μm，具体由测量孔板尺寸决定。

2.2种分粒度周期性粗化细化与成核频率关系

种分分解过程粒度的粗化细化呈周期性的变化，每个周期持续时间为3-6个月，最短不少于3个月，分解粒度呈周期性细化的主要原因是二次成核，是指在添加到过饱和铝酸钠溶液中的晶种产生新晶核的过程，分解过程中产生大量的二次成核是导致Al(OH)

突发性细化的主要原因。区别于溶液自发生成新晶核的一

3

次成核，次生成核所产生的新晶核则称为次生晶核。在分解过程中，加入的晶种

表面变得粗糙，生长向外突出的细小晶体，或者生长成树枝状结晶，从用激光粒

度仪的测定结果可以明显地看到晶种的突然细化，粒度细化以后，产生大量的细AI(OH)

3

，<45μm的个数百分数可达65％，用光学显微镜观察可以明显地看到，

这些细AI(OH)

3

一旦产生，就只有慢慢的长大，开始由于粒度太细，种子长大的很慢，每天能长1μm左右，因此长大的过程比较长，一旦种子细化后需要40—60天的时间才能长粗，随着粒度变粗，种子的中位径变大，比表面积变小，种子活性变差开始老化，种子表面生长向外突出的细小晶体，或者生长成树枝状结晶，由于粒子间的附着、碰撞、磨蚀及溶液的剪切等作用，细小晶体或树枝状结晶脱离母晶而进入溶液，形成很细小的晶核，最终又出现大量的二次成核，大量

新晶核的出现又造成一次细化周期，这样出现了AI(OH)

3

粒度的周期性的细化粗化。这些细小晶体颗粒及细小的枝晶在相互碰撞以及流体剪应力的作用下，脱离原来的大的晶体，成为新的晶核，称为二次成核。晶种细化后比表面积很大，而粗颗粒又少，不利于成核，加上往往在此时提高分解温度，就会使成核偏少，

AI(OH)

3又逐渐变粗，并进入下一个周期，AI(OH)

3

产粒度就这样周期性的粗化细

化而波动下去。控制好二次成核的数量对于种分过程制取粒度分布条款合要求的

氢氧化铝是十分重要的。为了生产粒度均匀、粗大的砂状氧化铝，必须降低这种导致大量细粒AI(OH)

3

产生的二次成核数量，即控制成核频率。

图2-1是晶种激光粒度仪成核频率f3.55（3.55μm颗粒数量）曲线与-45μm的线性回归曲线，从图2-1可以看出晶种f3.55与-45μm有很好的对应关系，说明可以通过观察成核频率f3.55的变化可以及时的预判种分过程即将进入哪个阶段。

图2-1 成核频率f3.55与AH-45μm的线性回归曲线

从图2-2也可以看出晶种f3.55与-45μm有很好的对应关系，说明可以通过观察成核频率f3.55的变化可以及时的预判种分过程即将进入哪个阶段，当成核频率当成核频率升高时，种分开始进入细化阶段，成核频率下降时种分相应的要进入粗化阶段。需要说明的是图2-2中晶种f3.55曲线为提前40天的曲线，印证了晶种长大速度为每天1μm左右，同时说明了种分细化反映到晶种

AI(OH)

3

-45μm时已经晚了40天左右，观察-45μm变化来判断种分的粗化细化

严重滞后。所以通过观察成核频率才能准确观测能提前预测AI(OH)

粒度的变化，

3

种分进入细化阶段时可以提前控制种分条件降低成核频率，防止种分进入细化周期时细种子大量爆发，从而降低进入细化周期后对产品粒度的影响。从图2-2可看出，只要成核频率f3.55控制在4.0—6.0×105之间，便能保证AH-45μm 在18%以下，通过旋流分级最终能保证产品-325#在18%以下，从而达到砂状氧化铝的要求。

图2-2 中州分公司2012年9月份-2013年3月份晶种f3.55于-45μm对应关系图

3影响成核频率的因素

3.1精液Nk与成核频率f3.55的相关性

从图3-1可以看出精液Nk浓度的变化与f3.55的变化具有一定的相关性，精液Nk降低后由于分解动力增强易于成核，因此f3.55上升，提高精液NK浓度能一定程度的抑制成核频率的升高。

图3-1 精液NK与f3.55对应关系图

3.2精液Rp与成核频率f3.55的相关性

从图3-2可以精液Rp的变化与f3.55的变化具有相关性，精液Rp升高后由于分解动力增强易于成核，因此f3.55上升，提高精液Rp能一定程度的抑制成核频率的升高。

图3-2 精液Rp与f3.55对应关系图