试析冷结晶正浮选工艺中氯化钾晶体生长规律及粒度控制实验

沈芳存 李建均 李龙 赵鸿财

摘 要：冷结晶正浮选工艺中，氯化钾实际上是在常温情况下对于光卤石矿加以控速分解的结晶，其可以有效把控溶液里面的氯化钾过饱和度，减少KCI晶体数目，促使晶体良好生长。此次采取合适的检测方式分析了晶体生长基本规律，着重探索了温度下滑速度对于氯化钾水溶液冷却环节所导致过饱和度的影响，还有加入晶种的条件和晶体粒度关系。而且，通过直接冷却刺激起晶带来的晶种，同时把控晶体生长达到严格控制晶体粒度的目的。相关结论表示，在加入晶种的情况下，程序降温过程带来的低过饱和度不容易发生爆发成核现象，与此同时晶种的添加量是由晶体粒度和理想生长模型偏差所决定的。除去这些以外，温度下滑速率乃冷却刺激起晶导致晶种粒径的核心因素。

关键词：冷结晶正浮选工艺;氯化钾晶体;生长规律;粒度控制;实验

在制备化学品和制药行业中，冷结晶正浮选工艺是相当关键的一个部分，其有着非常重要的位置。该工艺经过把控产品粒度分布能够实现纯化分离，提升生产效率。晶体的粒径和分布对晶体纯度等指标有相当大的影响。故而，部分研究学者对于冷结晶过程晶体生长过程采取了加入晶种的方式，借此把控目标产品晶体粒度与分布。于冷结晶正浮选工艺中，使用添加晶种方法把控产品晶体粒度与分布，需要根据降温曲线与加入晶种方式这几个方面去思考。于冷结晶正浮选工艺中，冷却溶液导致的过饱和度乃晶体成核和生长的动力，其除去会影响晶体产品粒度，也会对其分布带来负面影响。温度下降的方式，往往涵盖了各种各样的方法，比方说自然温度下降方法、程序温度下降方法等。抛开力度与分布以外，加入晶种的质量就是晶种浓度同样为影响晶体产品粒度指标的关键参数，简言之就是临界晶种浓度。在具体实验环节，一般添加过量晶种能够科学预防二次成核出现。相关专业人士提出了临界晶种浓度，也就是加入最低晶种量和经过冷却析出的最大的冷却析出量的比值。倘若让溶液诱导晶核当作晶种，不仅可以防止外部杂质影响，还可以实现把控晶体粒度的目标。

本次下面我们就把氯化钾/水体系当作一个例子，通过积极探索冷结晶正浮选工艺中氯化钾晶体生长基本规律，将重点放置于温度下降方式、着重分析了降加入晶种与粒径及晶体生长规律之间的关系上，与此同时也包含了诱导起晶法和晶核粒度影响，给严格把控晶体生长提供了重要依据。所以，针对对于冷结晶正浮选工艺氯化钾晶体生长规律与粒度控制的实验加以详细的研究是现阶段化学品与制药行业发展过程中很重要的一个部分。

1 实验

通过采用去离子水以及氯化钾制备相当浓度氯化钾溶液，与此同时放在制备3cm的不锈钢螺旋搅拌桨的0.5升玻璃夹套结晶器皿内，在全部实验中拌合速度需要严格控制在每分钟250r。夹套里面的溶剂经过外部控温设施严控结晶器皿里面溶液的问题。冷结晶正浮选工艺过程中，使用聚焦光速反射测量技术，及时检测结晶器皿里面的晶体粒度变化过程，在实验过程中不定期提取清液，使用恒重方式对氯化钾含量加以详细分析。冷结晶正浮选工艺中氯化钾晶体生长规律与粒度控制实验中加入的晶种经过8411型电动振筛机筛分以后，通过无水乙醇洗涤烘干以后获取。温度下滑结束以后悬浮液通过抽滤获取到固体，检测该粒度，得到产品粒度分布。加入晶种原溶液浓度为40℃饱和溶液，操作温度区间从原本的40℃持续下降到了20℃。直接降温制作晶种的原溶液浓度为48℃饱和溶液，操作温度区间是48℃下降到40℃。

1.1 冷却降温法

此次实验使用自然的冷却降温法，也就是把恒温20℃冷却剂采用夹套对溶液加以降温。初期，传热温差非常大，这时候降温速率就是很快的。除此以外，实验过程中使用的程序降温法，也就是温度控制过程参考J.Ny'vlt所提出来的控制曲线，就如某式子所示：T（t）=Ti-（Ti-Tt）（t/tf）x，其中，溶液初始温度是Ti和终温Tf的温度就是40℃与20℃，操作冷却的时间就是tf是100min，实验使用自然降温与x等于3时程序降温方式。

1.2 添加晶种法

加入晶种粒度和分布，以及加入晶种的数量，还有产品粒度，这三者相互之间有着紧密的联系，同时也是晶种严格控制晶体生长基本规律的关键点。开展此次实验，相关研究人员借助振动筛筛分取得综合粒度分别是123.7/ 215/324.7μm的晶体，与此同时将这些晶体当成晶种进行合理备用。再者，于冷却的时候，不需要对成核、团聚等多种因素加以思考，且晶体生长和公式关系是彼此相符的，此所谓理想生长方程，即Lsp/Ls=[（1+Cs）/Cs]v3。在这一公式之中，Lsp代表的是产品平均粒度，Ls表示的是晶种平均粒度，Cs代表的实际上是晶种浓度。在加入晶种以后，于冷却环节瞬时过饱和度经过采取恒重方式加以综合分析，同时相关研究人员科学运用FBRM监测过程晶体粒度与数量变化趋势。

1.3 诱导起晶法

此次开展此次实验，最关键的一个问题就是，必须要综合思考诱导起晶影响的关键因素，这一关键因素当属冷却速度。于程序温度下降阶段，温度上升与温度保持恒定时期的实践操作旨在将那些细小的晶体颗粒加以溶解，从而缩减晶核数目。在实际开展温度下降的时候，瞬时过饱和度通过恒温法加以过程采集。

2 结果及分析

2.1 晶种添加的晶体生长规律

在冷结晶正浮选工艺中氯化钾环节中，溶液近似饱和过程中添加晶种。添加晶种的粒度、晶种的浓度、还有获取到的最后的晶体产品粒度非常接近理想中的生长模型预估值，程序降温导致的低过饱和度可以有效防止二次成核的出现。

2.2 降温诱导起晶法

在没有外部引进晶种的情况下，冷结晶正浮选工艺氯化钾溶液结晶过程中溶液达到某种过饱和状态以后爆发成核，爆发成核构建而成的晶体需把其当成晶种不间断生长，可以将合理把控晶体粒度目标实现。晶体成核速率和生长速率方程就是：第一，成核速率，即B等于kb△Cb;生长速率，即G等于kg△Cg，在这个方程式里面，B代表的是成核速率;G代表的是生长速率;kb和kg代表的是成核与生长速率常数;b和g代表的是成核和生长指数;△C代表的是绝对过饱和度。

相关研究人士经过监测过程瞬时过饱和度，认真且仔细分析不一样的温度下降方式对产品粒度可能会带来的多种类型的影响。通过差异化的温度下降速率诱导起晶带来的晶体大小，随温度下降的速率而出现变化，进而获取到粒径尺寸不一样的晶种。A.Mohameed等经过对KCI/水体系诱导起晶分析发现，在实际降温的时候，不相同的降温法下面的kb和kg均属于正数，同时kb和kg相比较起来，前者比后者高，且生长速率指数g变化极小，成核速率指数b变化十分显著。大部分对于KCI/水体系动力学的研究表明，成核速率b是在0.5到2.5之间。依照公式可以进一步发觉，线性降温瞬时过饱和度很大，而大的过饱和度必然会出现更大的成核速率，诸多新生长出来的核最终取得的产品综合粒度统统很小。而爆发起晶以后，温度下降过程致使的过饱和度往往是通过生长形式耗损于已经存在着的晶核上的。通过这些信息可以发现，冷却时候，温度下降程序于诱导起晶环节发挥着关键作用，简言之是冷却程序所产生的差异化初始最大过饱和度诱导刺激产生粒度不一样的晶核，继而当作未来的生长晶种。

3 结束语

当加入的晶种数量超出了临近晶种浓度的时候，带来低过饱和度的程序降温法能够严格把控抑制二次成核出现，将最后晶体的粒度和理想生长模型预估差别减小。加入晶种的实验，经过各种探索研究后发觉，冷却速率不一致会发生过饱和度差异问题，究其根本原因在于自然降温的速率很快，而过饱和度大，致使爆发成核状況给晶体质量带来了负面影响。于直接降温冷却阶段，过饱和度直接影响到了粒度，而经过严控降温曲线能取得预期中的晶种。

参考文献：

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