过饱和铝酸钠溶液种分过程的研究

刘 晨 陈科云 何航军 陶 媛

（广西冶金研究院，广西 南宁 530023）

过饱和铝酸钠溶液种分过程的研究

刘 晨 陈科云 何航军 陶 媛

（广西冶金研究院，广西 南宁 530023）

对过饱和铝酸钠溶液种分过程进行了实验研究。研究以不同添加剂对铝酸钠溶液分解率的影响规律。结果表明：在相同实验条件下，阴离子表面活性剂A、B可使分解率提高3%左右；非离子表面活性剂C、D可使分解率提高2%～8%左右。当阴离子表面活性剂E添加量为140mg/L时，分解率可提高5%左右；当非离子表面活性剂F添加量为3.57mg/L时，分解率提高18%左右。

铝酸钠溶液；晶种分解；表面活性剂；分解率

种分过程是拜耳法生产氧化铝的关键工序之一，它不仅影响产品氧化铝的数量和质量，而且直接影响循环效率和生产的技术经济指标。它是将精滤后的过饱和铝酸钠溶液在添加大量氢氧化铝晶种、持续搅拌的条件下，使溶液发生分解，析出氢氧化铝[1]。过饱和铝酸钠溶液能自发分解析出Al(OH)3，但速度很慢，粒度也细。为了满足工业生产的要求，铝酸钠溶液的分解必须有晶种参加，其反应式如下：

为了提高种分的分解率和得到合适的产品，人们研究了各种添加剂对种分过程的影响，并为强化分解过程寻找合理的途径[2～6]。由于颗粒表面包裹着液层，如果加入能够引起颗粒表面疏水的添加剂，则不仅可以促进附聚的发生，也可以加速晶体的生长和二次成核。

陈文汨[7]等人研究了一种结晶添加剂对种分过程的影响，研究表明它能降低二次成核过程临界成核半径，加快二次成核、附聚过程中细粒子之间的附聚，减少溶液中的细粒子数，加速溶液中氢氧化铝的析出，提高产率。赵苏等人研究表明：在铝酸钠溶液的晶种分解过程中，加入一定量的不饱和脂肪酸型阴离子表面活性剂，可以强化分解过程，使溶液的分解率得到提高[8]；同时能提高产品氢氧化铝的质量,使氢氧化铝的粒度增大，强度提高。向铝酸钠溶液中加入一定量的铝盐，如 AlF3、AlCl3、Al2(SO4)3、K2SO4·Al2(SO4)·24H2O[9]和铁盐，当其中添加量达到或超过溶液中的氧化铝含量的1%时，可促进铝酸钠溶液分解。

本文研究了表面活性剂对铝酸钠溶液晶种分解过程的影响，着重研究不同阴离子型、非离子型表面活性剂及其添加量对铝酸钠溶液分解率影响的研究。

1 实验

采用工业Al(OH)3和NaOH在不锈钢桶中加热溶解的方法配制铝酸钠溶液，晶种为工业Al(OH)3，实验规格为1升，采用程序控制降温制度。在规定时间取样，经离心分离，用滴定法分析溶液中的Al2O3、Na2Ok浓度，并计算分解率。

2 结果与讨论

2.1 阴离子型表面活性剂对晶种分解过程的影响

实验研究了阴离子型添加剂种类、添加剂浓度对铝酸钠溶液分解过程的影响，并将分解过程的分解率与反应时间的关系绘于图1～2中。

由图1可见，反应前0～8h内反应较为稳定，分解率提高的较为缓慢。在8h加入添加剂A、B后分解率显著提高，在反应进行8～25h间分解率显著提高，分别相对空白样分解率提高2%和3%。

由图2可以看出，表面活性剂E对铝酸钠溶液的分解率有明显影响，分解率随着表面活性剂添加量的增加而提高。添加量不足70mg/L时，溶液分解率有所下降；当添加剂加入量140mg/L时，分解率比空白提高8%左右。若添加量继续增加，分解率提高并不明显。

图1 阴离子表面活性剂A和B 图2 阴离子表面活性剂E的对分解率的影响 添加量对分解率的影响（Al2O3 =190.9g/L，αk=1.64） （Al2O3=231.7g/L，αk =1.33）Fig .1 Influence of anion surfactants A and B on precipitation rateFig .2 Influence of concentration from anion surfactantsE on precipitation rate

2.2 非离子型添加剂对晶种分解过程的影响

实验研究了非离子型添加剂种类、添加剂浓度对铝酸钠溶液分解过程的影响，并将分解过程的分解率与反应时间的关系绘于图3～4中。

由图3可见，反应前0～8h内反应较为稳定，分解率提高的较为显著。在8h加入添加剂C、D后，分解率较空白样分别显著提高。在反应进行8～66h间分解率稳定提高，在分解终点提高幅度较大。添加剂C、D分别使分剂率2%和8%。

图3 非离子表面活性剂C和D 图4 非离子表面活性剂F的对分解率的影响 添加量对分解率的影响（Al2O3=170g/L, αk=1.76） （Al2O3=170g/L, α k=1.33）Fig .3 Influence of non-ionic surfactants A and B on precipitationFig .4Influence of concentration from non-ionicrate surfactants F on precipitation rate

由图4可知，表面活性剂F对铝酸钠溶液的分解率有明显影响。当添加剂加入量为3.57mg/L时，分解率比空白提高18%左右。当添加剂加入量为4.30mg/L时，分解率比空白提高 10%左右。总的看来，随着表面活性剂添加量的增加，铝酸钠溶液的分解率也会随之提高。当添加量增大到一定值时，分解率将不会继续提高。

2.3 表面活性剂在晶种分解过程中的作用机理探讨

由于氢氧化铝颗粒表面带正电荷，在铝酸钠溶液种分过程中添加适当的阴离子表面活性剂，不仅可以强化铝酸钠溶液的晶种分解过程，还可提高 Al(OH)3产品粒度和强度。由于阴离子表面活性剂的有效官能团荷负电，它加入铝酸钠溶液后必然同溶液中的氢氧化铝粒子相互作用，从而影响铝酸溶液的分解过程。

非离子表面活性剂在水溶液中不电离，其亲水基主要由具有一定数量的含氟基团（一般为醚基和羟基）构成，非离子表面活性剂含有的亲水基可能与 Al(OH)4-发生螯合，而促使Al(OH)4

-分解析出。在铝酸钠溶液种分过程中，氢氧化铝晶种表面带正电荷，因此，氢氧化铝表面紧密吸附着带负电荷的OH-，形成双电层结构，在溶液中，OH-离子又水化，形成体积更大的水化离子，所以每个氢氧化铝粒子都是一个带负电荷的大胶团，胶团离子互相排斥，析晶困难。当入阴离子表面活性剂后，反离子进入滑动面，压缩双电层，使ζ电势减小，胶粒易于聚沉，从而提高分解率。当添加剂浓度不足100mg/L时，分解率提高不明显甚至有所下降，主要是表面活性剂用量不足，氢氧化铝粒子表面没有完全被有机物覆盖，导致晶种表面既有OH-离子，同时又吸附有机酸根离子，空间位阻加大，有效碰撞次数减少，不利于晶体的析出。

3 结论

1）在添加表面活性剂A、B、C和D后分解率都有不同程度的提高。在8h加入添加剂A、B后分别相对空白样分解率提高2%、3%，添加剂C、D分别使分剂率2%、8%。

2）随着阴离子表面活性剂E的添加，溶液的分解率也会随之提高。添加量不足70mg/L时，溶液分解率有所下降；当添加剂加入量140mg/L时，分解率比空白提高8%左右。若添加量继续增加，分解率提高并不明显。

当非离子表面活性剂F加量增大到一定值时，分解率将不会继续提高。当添加剂加入量为3.57mg/L时，分解率比空白提高18%左右。当添加剂加入量为4.30mg/L时，分解率比空白提高10%左右。

[1] 杨重愚.轻金属冶金学[M].第一版.北京:冶金工业出版社,2004.

[2] 下里纯一郎.铝酸钠溶液的特性[J].工业化学杂志,1962,65,(11):1779-1782.

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[8] 陈文汨,阳征会,等.结晶添加剂强化铝酸钠溶液种分过程的研究[J].湖南有色金属,2002.12,18(6):23-26.

[9] MKwavid,邱德明译.铝酸钠溶液活性晶种及分解[M].贵阳:贵阳科技部出版,1981,115-127.

Study of seeded precipitation of supersaturated sodium aluminate solution

The influence of the kind of surfactants and its amount on the process of seeded precipitation of supersaturated sodium aluminate solution was investigated in this paper. Results show that compared with the samples with no additive, anion surfactants A and B can increase the precipitation rate by 3%, non-ionic surfactants can increase the precipitation rate by 2%～8%. The precipitation rate increased by 5%, when the concentration of E was 140mg/L.The precipitation increased by 18% after adding 3.57mg/L non-ionic surfactant F.

sodium aluminate solution; seeded precipitation; surfactant; precipitation rate

TF 802

A

1008-1151(2012)01-0036-02

2011-10-18

刘晨，男，广西冶金研究院高级工程师，从事有色金属提取冶金技术研究及工程设计。

陈科云，男，从事有色金属提取冶金技术研究及工程设计。