附聚條件對晶種分解附聚效果的影響

高翼

（中國鋁業(yè)山東分公司第二氧化鋁廠，山東淄博255052）

附聚條件對晶種分解附聚效果的影響

高翼

（中國鋁業(yè)山東分公司第二氧化鋁廠，山東淄博255052）

為探索最佳的晶種分解附聚條件，研究了種分分解過程中固含、溫度、時間、添加劑和晶種等條件對種分附聚效果的影響。結(jié)果表明，在溫度為75～80℃、晶種固含100 g/L時，晶種附聚效果較好；添加劑在適當(dāng)?shù)姆纸鈼l件下添加是有效的。

晶種分解；附聚；添加劑；粒度

種分分解過程中，由于生產(chǎn)條件的限制，在種分后期會產(chǎn)生一部分細(xì)粒氫氧化鋁，此外碎裂和磨損也會產(chǎn)生一些細(xì)粒氫氧化鋁。由于氫氧化鋁粒子在鋁酸鈉溶液中長大的速度很慢，即使在高過飽和度的條件下，每小時也不會長大到微米級以上。因此，要使這一部分細(xì)氫氧化鋁結(jié)晶長大到砂狀產(chǎn)品所要求的粒度是非常困難的。采用兩段分解工藝，使這一部分細(xì)氫氧化鋁通過附聚后，再進入結(jié)晶長大段，長大成粗粒級的氫氧化鋁，從而生產(chǎn)砂狀氧化鋁是可行的。晶體附聚是指由晶體顆粒碰撞形成松散的附聚體，經(jīng)分解出的氫氧化鋁將其粘結(jié)在一起，成為致密穩(wěn)定顆粒的過程。在晶體附聚過程中，附聚的效果受溫度、固含、附聚時間、添加劑和晶體粒度等的影響，要取得理想的附聚效果，必須控制一定的附聚條件［1-4］。

1 晶種附聚條件的影響

1.1 晶種固含的影響

晶體附聚只有在高飽和度的溶液中并有細(xì)晶粒的參加下才會發(fā)生。在這種情況下，分解速度很快，新析出的細(xì)小氫氧化鋁沉淀不只用來結(jié)晶，而且有相當(dāng)一部分用來膠結(jié)細(xì)小的晶粒。此時如果晶種固含小，不夠和較多的膠結(jié)劑進行充分膠結(jié)，就不能獲得好的附聚效果。晶種固含高時，待膠結(jié)的細(xì)晶粒很多，如果用來膠結(jié)的氫氧化鋁沉淀不足，同樣也不能獲得高的附聚效果。只有當(dāng)二者互相適應(yīng)時，才能獲得高的附聚效果。圖1中的結(jié)果很好地說明了晶種固含的影響，固含在100 g/L時，晶體顆粒的附聚效果最好，固含50 g/L和150 g/L的效果基本相同。

圖1 固含對晶體附聚效果的影響（溫度75℃）

1.2 溫度的影響

分解溫度是影響氫氧化鋁粒度的主要因素，溫度升高，溶液的黏度降低，溶液中離子的移動速度提高，即可提高附聚速率常數(shù)，晶體的附聚效率隨溫度升高而增加，但附聚溫度的升高降低了溶液的過飽和度、分解趨勢和分解率，晶粒的析出減少，因此過高的溫度對晶體附聚也產(chǎn)生不利的影響。降低溫度可以提高溶液的過飽和度，提高溶液的分解速度，為附聚的發(fā)生提供更多的粘結(jié)劑，但溫度過低，溶液黏度增加，離子的移動速度降低，會降低粒子發(fā)生有效碰撞的頻率而降低附聚效率。由圖2可知，適當(dāng)升高溫度可提高晶體的附聚效果，減少細(xì)顆粒生成。

圖2 溫度對晶體附聚效果的影響（固含100 g/L）

1.3 時間的影響

從表1（溫度75℃，固含150 g/L）中可看到，晶種的附聚進行至4 h已接近達到最好的附聚效果，在8 h內(nèi)附聚全部完成，延長附聚時間對附聚效果無有利影響，因此附聚時間應(yīng)以8 h為限。

表1 時間對附聚效果的影響

2 添加劑對晶種附聚的影響

添加劑多為礦物油、脂肪醇、硅烷油等有機物。添加劑促使細(xì)粒子附聚的原因可用附聚經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛠斫忉?，即小的氫氧化鋁顆粒首先由于微小顆粒間吸引力的作用而松散地結(jié)合在一起，形成團塊。這些團塊可以通過氫氧化鋁的析出而變大，也可以由于分離又重新變成小顆粒。當(dāng)分解速率高時，這些松散結(jié)合的團塊被新析出的氫氧化鋁快速地粘接在一起而成為新的氫氧化鋁晶體；當(dāng)分解速率低時，這些團塊則在析出的氫氧化鋁把它們粘接在一起之前就破裂了。添加劑的作用就是在氫氧化鋁細(xì)粒上形成疏水性表面來強化氫氧化鋁顆粒之間的有效碰撞次數(shù)，在細(xì)粒表面形成的油層使顆粒粘附在一起的時間足夠長，使析出的氫氧化鋁把它們粘接在一起。

由表2添加劑對晶種附聚效果的影響試驗結(jié)果（附聚溫度75℃，固含100 g/L）可見，在晶種固含和附聚溫度適當(dāng)?shù)那闆r下，添加劑對晶種的附聚有一定的效果，但效果甚微，因此對于采用一段附聚二段長大的拜耳法種分分解工藝，在一段附聚時可不添加結(jié)晶助劑，在晶種長大段適當(dāng)添加以提高顆粒粒度和強度。對于附聚時間從表中也可知，根據(jù)晶種粒度情況，附聚時間可控制在4～6 h。

表2 添加劑對晶種附聚的影響

3 晶種粒度對附聚效果的影響

晶種的種分分解是一個循環(huán)過程，上輪的產(chǎn)品氫氧化鋁作為下一輪的晶種。在實際生產(chǎn)中由于種分分解工藝條件比較復(fù)雜，晶種的長大過程受多種因素的影響，因此在種分分解過程中都存在晶種的周期性細(xì)化問題，只是周期的長短及粒度細(xì)化的幅度不同，晶種周期性細(xì)化現(xiàn)象存在嚴(yán)重影響產(chǎn)品氫氧化鋁粒度的穩(wěn)定性，對生產(chǎn)砂狀氧化鋁不利。

圖3 晶種個數(shù)平均中位粒徑的周期性變化曲線

圖3所列為某廠拜耳法一段法種分分解過程中，晶種個數(shù)平均中位粒徑的周期性變化曲線，可見未采用一段高溫附聚工藝時，細(xì)顆粒的長大很緩慢，隨著晶種粒度的長大，晶種的活性降低，當(dāng)晶種粒度長大到一定程度，由于晶種的活性很低，新析出的晶粒無法在晶種上附聚時便生成大量的新晶核，即開始進入一個新的循環(huán)周期。從圖3可知，晶種在分解過程中，晶種粗、活性降低時易產(chǎn)生大量細(xì)晶核，在種分分解過程中，當(dāng)晶種顆粒較粗時進行附聚是否也會產(chǎn)生大量新晶核是需考慮的一個重要問題。因此取粗顆粒作為附聚用晶體，附聚試驗結(jié)果見表3。由于晶種粒度較粗，在附聚初期還是產(chǎn)生了一些新的細(xì)顆粒，但是隨著晶體附聚的進行，細(xì)顆粒又減少，且未出現(xiàn)大量-5 μm的細(xì)顆粒，添加劑對粗顆粒附聚的影響明顯，因此在分解進入粗化期時，在晶種的附聚段可適當(dāng)添加部分結(jié)晶助劑，以提高晶種的附聚效果，減少細(xì)顆粒的產(chǎn)生。

表3 粗顆粒晶體的附聚和添加劑的影響

4 結(jié)論

4.1 隨附聚溫度的提高，附聚效率提高；溫度75～80℃，晶種固含為100 g/L時的附聚效果最好。

4.2 晶種粒度較細(xì)時，在較佳的附聚條件下，添加結(jié)晶助劑對晶體附聚的效果影響不明顯。

4.3 晶體粒度較粗時的附聚不會產(chǎn)生大量的細(xì)顆粒，加入適量的添加劑有利于晶體的附聚。

［1］陳國輝，陳啟元，尹周瀾，等.鋁酸鈉溶液種分成核和附聚研究進展［J］.中國濕法冶金，2003，22（3）：14-18.

［2］張樵青.對拜耳法高濃度鋁酸鈉溶液兩段分解細(xì)晶種附聚的研究［J］.輕金屬，1994（4）：5-9，16.

［3］張江峰，李旺興，尹周瀾，等.鋁酸鈉溶液晶種分解附聚過程主要影響因素研究［J］.輕金屬，2004（9）：17-19，26.

［4］謝雁麗，畢詩文，任文材.添加劑在拜耳法鋁酸鈉溶液分解中的應(yīng)用［J］.輕金屬，2000（1）：25-26，49.

Influence of Agglomerative Condition on Seed Crystal Decomposition Agglomerative Effect

GAO Yi
（2nd Alumina Plant,Aluminum Corporation of China Limited Shandong Branch,Zibo 255052,China）

In order to study the best seed crystal decomposition agglomerative condition,this article aimed to research the influence on the seed decomposition agglomerative effect by the conditions of solid content,temperature,time,additives and seed crystal etc.The results indicated that the seed crystal agglomerative effect was good and adding additives under appropriate decomposition condition was effective at the temperature of 75～80℃and the seed crystal solid content of 100 g/L.

precipitation of crystal seed;agglomeration;additives;size

TU712+.5

A

1004-4620（2010）01-0054-03

2009-05-21；

2010-01-26

高翼，男，1973年生，1995年畢業(yè)于南方冶金學(xué)院有色冶金專業(yè)?，F(xiàn)為中國鋁業(yè)山東分公司第二氧化鋁廠生產(chǎn)一區(qū)主任，工程師，從事拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過程控制和新工藝研究工作，曾主持和參與了多項中鋁公司重點項目的研發(fā)和工業(yè)試驗工作。