影响铝酸钠溶液分解的因素分析-毕设论文.doc

学号XXXXXXXX大学毕业设计（论文）题 目 影响铝酸钠溶液分解的因素分析 学 院 XX学院 专 业 200X 冶金技术 学生姓名 XXX 指导教师 刘XX 职称 高级讲师 评阅教师 职称 时 间 200X年X月X日 中州大学工程技术学院毕业论文任务书指导教师： 刘XX 职称： 高级讲师 学生人数： XX人 学生姓名（学号、专业）： XX（、冶金技术） 毕业设计（论文）题目（来源、类型） 影响铝酸钠溶液分解的的因素分析（B、Z） 毕业论文工作内容与基本要求（目标、任务、途径、方法、成果形式，应掌握的原始资料（数据）、参考资料（文献）以及设计技术要求、注意事项等）（纸张不够可加页） 目标：通过文论的写作，掌握氧化铝生产中的影响铝酸钠溶液分解的主要因素， 明了如何改善和控制这些因素提高氧化铝的产量和质量 任务：通过多种方法并结合所学专业知识了解影响铝酸钠溶液分解的主要因素，掌握这些因素的利弊，并据此找出提高铝酸钠溶液分解的方式 。 途径：指导老师的帮助、图书馆、网络、氧化铝厂工人 方法：类比法、叙述法、举例法、推理法 成果形式：以论文的形式展示 应掌握的原始资料：拜耳法氧化铝生产工艺流程、铝酸钠溶液分解工艺、影响铝酸钠溶液分解的各种因素因素、控制和改善这些因素的方法。 参考资料：课本、图书馆藏书、轻冶杂质、网络资料。 设计技术要求：切合实际，量力而行，内容具体详实。 注意事项：叙述有条理，论据要具体，推理要严谨。 教研室审批意见：审批人签名：备注：（1）来源：A教师拟订；B学生建议；C企业和社会征集；D实习单位提供（2）类型：X真实课题；Y模拟课题；Z虚拟课题中州大学工程技术学院毕业论文开题报告课题名称（来源、类型）： 影响铝酸钠溶液分解的因素分析（B、Z） 指导教师： 刘XX 学生姓名： XX 学号：XXXXX 专业：冶金技术 开题报告内容：（调研资料的准备，论文的目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段内容及时间安排；小组内其他成员的分工；完成论文所具备的条件因素等。）调研资料的准备：指导老师的指导资料、课本、图书馆藏书、网络资料等。 论文的目的：通过写论文来达到巩固所学知识，学会搜集整理资料的方法、学会 理论结合实际的方法。 论文的要求：课题要具体明了切合实际、资料要完善全面、论述要有条理谨慎。 论文的思路：铝酸钠溶液的分解机理，影响铝酸钠溶液分解的主要因素，控制和改善因素的方法。 论文的预期成果：通过此次论文的写作，要懂得和掌握学术论文的写作方法和步 骤，掌握收集和筛选资料的方法，了解理论是如何与实际相互 作用的。 任务完成的阶段内容和时间安排：第一阶段 确定范围收集资料（2.112.20） 第二阶段 确定题目筛选资料（2.213.02） 第三阶段 完成论文初稿（3.023.10） 第四阶段 指导老师修改（3.113.12） 第五阶段 论文定稿（3.133.14） 完成论文所具备的条件因素：系统的理论知识、足够的材料、老师的指导帮助、 完整的思路、严谨的态度。 （可加页）指导教师签名： 日期： 备注：（1）来源：A教师拟订；B学生建议；C企业和社会征集；D实习单位提供（2）类型：X真实课题；Y模拟课题；Z虚拟课题 目录摘要6Abstract7前言81. 分解原液的浓度和分子比的影响91.1 分解原液浓度的影响91.2 分解原液分子比的影响101.3 针对分解原液和分子比采取的措施102. 温度制度的影响122.1 温度对分解速度的影响122.2 温度制度对氢氧化铝粒度的影响132.3 温度对杂质的影响132.4 掌握温度制度对铝酸钠溶液晶种分解的影响143. 晶种数量和质量的影响153.1 晶种数量对分解速度和分解产物粒度的影响153.2 晶种质量对分解速度和分解产物粒度的影响153.3 晶种系数的影响154. 搅拌的影响175. 分解时间及母液分子比的影响186. 杂质的影响197. 结语208. 致谢219. 参考文献22摘要 铝酸钠溶液的分解是氧化铝生产工程的重要工序。通常采用的方法有两种：一种是晶种分解，即向过饱和的铝酸钠溶液中添加晶种、降低温度和不断搅拌的情况下使之分解，结晶析出氢氧化铝；另一种则是碳酸化分解。本文主要论述拜耳法生产过程铝酸钠溶液分解中的晶种分解。为了使氢氧化铝更快地从溶液中结晶析出，要求溶液有较大的过饱和度，即较低的的稳定性，凡是使溶液稳定性降低的因素都将使分解速度加快。关键词：晶种分解；过饱和度；稳定性；分解速度AbstractThe decomposition of sodium aluminate solution is an important process for alumina production project. Commonly used in two ways: one is the seed decomposition, ie saturated solution of sodium aluminate add seed, lower temperature and stirring constantly so that decomposition and crystallization of aluminum hydroxide; another is the decomposition of carbonate. This paper discusses the seeded precipitation in the Bayer production process of sodium aluminate solution decomposition. In order to make the aluminum hydroxide to a faster crystallization from solution, requiring the solution of large saturation, that is, the lower the stability of those who make the factors that reduce the stability of the solution. Will make decomposition faster.Key words: seed decomposition; supersaturation; stability; decomposition rate前言分解和溶出是同一个可逆反应朝不同方向进行的两个过程。从热力学观点出发，用氧化铝含量不饱和的种分溶液溶出铝土矿，和从过饱和铝酸钠溶液中分解析出氢氧化铝，都是向该条件下的平衡方向运动的自发过程。在铝土矿溶出过程中，采用高温和高碱浓度、高分子比的溶液，有利于矿石中的氧化铝更迅速的溶出。而在种分过程中，为了使氢氧化铝更快的从溶液中结晶析出，则要求溶液有较低的温度，浓度和分子比，也就是要求溶液溶液具有较大的饱和度，即较低的稳定性。凡是溶液稳定性降低的因素，都将是种分速度加快。由于晶种分解过程中还包括复杂的结晶过程，影响因素众多，各个因素所起的作用是多方面的，这些作用的程度也因为具体条件的不同而不同。同时各个因素变化带来的影响也常常显得矛盾。这里主要通过论述这些影响因素中影响力最大的，也是各拜耳法氧化铝厂普遍面对的在铝酸钠溶液分解中的主要因素。1.分解原液的浓度和分子比的影响分解原液的浓度和分子比是影响种分速度和分解槽单位产能最主要的因素，其对分解产物的粒度即氢氧化铝的粒度也有明显的影响。1. 1分解原液浓度的影响图1-1 原液浓度对种分的影响1、3-晶种系数为1.5；2、4-晶种系数为2.0图1-1表明了溶液浓度对分解率的影响。分解原液的摩尔比为1.591.63，分解初始温62，终止温度为42，分解时间为64h。图1-1中的虚线代表了母液的摩尔比，实现代表了分解率。由图可以看出原液中氧化铝的浓度接近100g/L时，分解速度和分解率最高，继续提高或降低浓度分解速度和分解率都会降低。经过多次的实验以及实践论证：当其他条件相同的时候，中等浓度的过饱和氧化铝溶液具有较低的稳定性，因而分解速度较快。因此，单纯从分解速度看，氧化铝浓度不宜过高。但是在确定合理的溶液浓度时还必须考虑分解槽的单位产能，并从拜耳法的全局出发，考虑降低物料流量，减少蒸发水量以及降低能耗等问题。分解槽的单位产能=分解原液的氧化铝浓度（g/L）分解率（%）分解时间（h）从分解槽的单位产能公式可以看出提高分解原液的氧化铝浓度能增加分解槽的单位产能，因为其与分解槽的单位产能成正比，但在图1-1上可以看出在原液氧化铝浓度提高的同时，分解率却在降低，因此分解槽的产能决定于两者相对影响的大小，可能升高，也可能降低。当分解原液浓度较低时，分解速度较快，分解率较高，但是两者的乘积依旧很低，所以这时候原液的浓度的影响是主要的。而当分解原液浓度超过一定限度的时候，分解率则成为了主要的因素。所以对于分解槽的产能而言，必然存在着一个最佳浓度，超过这个浓度之后，由于分解率式显著降低，相应的分解槽的单位产能也必然会降低。实践证明，对任何一个分子比的浓度，都有一个使分解槽单位产能达到最高效果的最佳浓度。1.2分解原液分子比的影响分解原液的分子比对种分速度影响较大，溶液的分子比越低，相应的最佳浓度越高。这是因为原液的分子比是影响分解速度的主要因素。原液氧化铝浓度100g/L；分解初温60，终温36MR：1-1.27；2-1.45；3-1.65；4-1.81.从图1-2上可以看出，随着原液分子比降低，分解速度、分解率和分解槽的单位产能均显著的提高。分解原液的分子比低的时候，溶液的过饱和度大，有利于晶种的附聚和生长，从而加快了氢氧化铝在铝酸钠溶液的析出，提高了铝酸钠溶液的分解速度。实践证明，分解原液的分子比每降低0.1，分解率一般约提高3%，降低分子比对分解速度的作用在分解初期尤为明显。1.3针对分解原液浓度和分子比的影响采取的有利措施分解原液的浓度和分子比与工厂所处理的铝土矿的类型有关。处理三水铝石型矿石时，原液的分子比和浓度总是比较低；而处理一水铝石型矿石时，原液的浓度浓度和分子比比较高，多年来，很多的氧化铝厂都成不同程度的提高了铝酸钠溶液的浓度。通过这些铝厂的不断实践，最后证明适当的提高氧化铝的浓度具有节约内耗和增加产量的显著效果。当然，随着氧化铝浓度的提高，在其他的条件不变的情况下，分解率和循环母液的分子比会降低，此外对于赤泥及氢氧化铝的分离洗涤也有不利的影响。此外，还会影响到砂状氧化铝的生产。但是科技是在不断的进步的发展的。通过不断地实践，在氧化铝的生产中，可以通过其他的手段来克服溶液浓度提高后对分解速度产生的不利影响，比如采用洗涤后的氧化铝做晶种，或者是增大晶种系数以及提高搅拌速度等。另外，降低铝酸钠溶液的分子比是强化种分和提高拜耳法技术经济指标的主要途径之一，将降低分解液分子比与适当提高分解液浓度结合起来，对种分和整个拜耳法技术经济指标的提高都是有利的。2.温度制度的影响 温度直接影响着铝酸钠溶液的稳定性、分解速度、分解率以及氢氧化铝的粒度，同时因为温度制度对种分过程中的技术经济指标和产品的质量有很大的影响，所以温度制度是晶种分解重要的影响因素之一。确定合理的温度制度包括确定分解初温、分解终温以及降温速度。2.1温度对分解速度的影响CT(65.4,三水铝石)K=1H (Na2OAl2O3)30下Na2O-Al2O3-H2O平衡状态等温截面图据图2-1显示，一定成分的铝酸钠溶液，随温度降低，其过饱和程度增加，稳定性降低，因而分解速度加快。当其他条件相同时，可获得较高的分解率，这样分解槽的单位产能也就相应地提高了。分解率约在30左右达到最大值，进一步降低温度，由于溶液的粘度显著提高，溶液稳定性增加，分解速度降低而且会析出细粒的氢氧化铝。就分解速度而言，若是初始温度高，则分解速度由于溶液过饱和度减少而迅速下降，从而影响最终分解率，因此，降低分解初始温度，可在既定的分解时间内提高分解率。就分解率而言，尽可能地把分解温度降低到分解终止温度30是有利的。但氢氧化铝的中细粒子较多，分解后浆液温度过低，黏度太大，将给氢氧化铝的分离过滤作业带来困难，这在生产中是我们不得不考虑的一个因素。因此，合理的温度控制将是影响分解速度的关键。实践证明，合理的降温制度应当是分解初期较快的降温，分解后期则较慢，这样既提高了分解率，又不至明显的影响到产品的粒度和给分离或其他后续阶段带来困难。2.2温度制度对氢氧化铝粒度的影响 表2-1分解终温对氢氧化铝粒度的影响粒度um102020303040405050606070708080100平均粒径656026.6831.3919.396.671.671.671.112.3437.63655025.6526.312.925.532.551.361.193.8746.84654031.3113.3311.444.52.781.834.011.1752.95通过表2-1可以看出随着分解终温的降低，氢氧化铝的平均粒度逐渐增大。分解温度（尤其是初温）是影响氢氧化铝的粒度的主要因素，提高温度是晶体的生长速度大大的增加。有资料指出，当溶液的过饱和都相同的时，氢氧化铝结晶生长的速度在85时比在50时高出约610倍。温度高也有利于避免和减少新晶核的形成。同时所得到氢氧化铝结晶完整，强度较大，分解温度高同时也是附聚的主要条件。2.3温度对杂质的影响表2-2分解初温对分解产物中不溶性Na2O含量的影响初温5055606570Na2O%0.2540.2280.2000.150分解温度对分解产物中某些杂质的含量也有明显的影响，表2-2为分解温度对分解产物中不溶性Na2O含量的影响的试验结果。从其中可以看出，分解初温越低，分解产物中不溶性的Na2O的含量越高。除初温外，其他分解条件保持一定，晶种中不溶性的Na2O含量为0.2%。根据某些试验资料，分解温度降低，析出的二氧化硅的数量有所增多，并认为，种分氢氧化铝中的二氧化硅来源于物理吸附，因为发现氢氧化铝水洗后，其二氧化硅的含量可以降低。2.4掌握温度制度对铝酸钠溶液晶种分解的的影响合理的温度制度与许多因素有关，各个工厂都是根据自身的具体情况和所积累的经验来确定的。现在工业上普遍采用的都是将溶液逐渐冷却的变温分解制度，这样有利于在保证高分解率的条件下，获得质量较好的氢氧化铝。分解初温较高，对提高氢氧化铝质量有好处。控制好分解温度，可以使铝酸钠溶液在分解过程中，保持较高的饱和度，从而使分解速度和分解率不至于降低的过快，从而保证了整个分解过程的均衡。而在氢氧化铝的粒度方面则应该考虑所需产品的存在形式。砂状氧化铝和面粉状氧化铝因为要求的力度以及某些物理性质不同，所以采取的温度制度也是不同的。例如生产砂状氧化铝要求氢氧化铝粒度较粗，分解初温和终温都比较的高，显然对分解率是不利的。而生产面粉状氧化铝对产品粒度无严格要求，故采取较低的分解温度，降温速度初期较快，分解后期则放慢。这样既能提高分解速率又不知明显地使产品的粒度变细。3.晶种数量和质量的影响晶种数量和质量是影响分解速度和产品粒度的重要因素之一3.1晶种数量对分解速度和分解产物粒度的影响种子比=A种VA精式中 V精液（分解原液）的体积，m A精精液的氧化铝浓度，kg/m A种氢氧化铝晶种中氧化铝的质量，kg 在氧化铝的生产中，通常使用种子比（晶种系数）来表示添加晶种的数量。上面的公式就是种子比的公式，其意义是指添加晶种AL（OH）3中的AL2O3的质量与分解原液中的AL2O3质量的比值。我们知道，添加氢氧化铝晶种是为了克服晶核生成的困难，防止析出极细的氢氧化铝颗粒。随着种子比的升高，分解反应速度加快，同时由于单位体积分解浆液中的种子氢氧化铝数量增加，表面积增大，有利于吸附新结晶析出的细氢氧化铝。所以，提高分解时的种子比，既能得到较高的分解率，又能制取较粗粒的氢氧化铝，但是也不能无限制地增加，以免氢氧化铝再分解流程中循环量增加，是设备和动力费增加。种子的添加量不同在分解过程中的附聚效果也不同，当溶液过饱和度一定时增加种子比可以强化铝酸钠溶液的分解，但同时也消弱了细颗粒的附聚，有利于生成较粗颗粒的产物。3.2晶种质量对分解速度和分解产物粒度的影响加入晶种的质量是指晶种表面积和活泼型而言。当其他条件相同时，晶粒的表面积越大，分解速度越快，细粒氢氧化铝则表面积大。研究表明，在一定过饱和条件下，要求有与产出率相适应的晶种表面积。种子表面积过大，将造成新析出的氢氧化铝量不足以提供颗粒之间的牢固粘结所需要的氢氧化铝的量而是附聚难以进行。表面积过小则可能使新析出的氢氧化铝的量过多而造成在种子晶粒表面上发生二次成核。3.3晶种系数的影响研究得出，晶种系数较低时（低于0.5）时得到非常细的氢氧化铝，这与分解温度低（初温49，终温39），容易产生新晶核有关。提高晶种系数会使氢氧化铝产品粒度变粗，因为大量晶核的加入，大大减少了新晶核的形成。表3-1晶种系数对分解速率及分解槽单位产能的影响晶种系数1m浆液中铝酸钠占的容积m含1m铝酸钠的浆液容积m浆液流量的相对值%溶液的分解时间h在分解时间内溶液的分解率%在时间内槽的单位产能Kg(md)%1.50.8531.171591.260.344.018.891.72.00.8151.228595.557.645.319.695.52.50.7781.2857100.05546.820.51003.00.7451.3430104.552.648.821.3104表中分解流量的相对值及溶液的实际分解时间，都是以晶种系数2.5为比较基准并按分解原液流量保持不变的条件下计算出来的。由表可见，在晶种系数1.53.0的范围内晶种系数每增加0.1，分解率约增加0.3%0.4%（绝对值），分解槽的单位产能也随晶种系数的提高而提高。但是晶种系数过高也是不利的，因为晶种系数的愈高，会使被带入母液的晶种也高，从而使原液的分子比升高的更多，而且还使流程中周转的氢氧化铝的量和分解时搅拌的动力消耗增加，分离氢氧化铝的设备也相应的增多，这样对于企业的经济效益是极为的不利。因此，现下各氧化铝厂的晶种系数多数是在1.53.0的范围内变化，各个氧化铝厂根据各自的条件不同而进行相应的调整。4搅拌的影响为了使种子与溶液有较为良好的接触，在工业生产上常常对分解槽进行搅拌。这样不仅使氢氧化铝晶体始终处于悬浮状态与种子有了良好的接触，还使溶液的扩散速度加快，保证溶液浓度均匀，破坏了溶液的稳定性，加速铝酸钠溶液的分解，并能使氢氧化铝晶体均匀的长大，同时也防止了氢氧化铝的沉淀。搅拌虽然对铝酸钠溶液的晶种分解有好处，但是搅拌的时候须注意搅拌的速度。搅拌的速度过快或者是过慢都是不利的，搅拌速度过慢不但起不到搅拌作用，甚至还有可能造成氢氧化铝的沉淀，影响正常的生产进行；而过快则会造成氢氧化铝的磨蚀和破损，产生很多细粒子，影响产品的质量。因此，一般氧化铝生产厂都是根据具体的情况，确定出适宜的搅拌速度。目前，通用的搅拌方法一般有两种：机械搅拌和空气搅拌。氧化铝厂根据本厂的特点选择适宜的搅拌方式。5.分解时间及母液分子比的影响在分解时，尽管分解温度在分解过程中逐渐降低，使溶液的过饱和度相应增加，但随着氢氧化铝的析出，溶液的分子比却不断的增加，从而使得溶液的稳定性提高，最终导致分解速度逐渐减慢。由上图可以看出，在开始阶段，随着时间的增加分解率增加的很快；但经过一段时间后，分解率增加的不大，尤其到分解末期，分解速度更慢，分解率增加很小。而晶种分解是拜耳法生产中需要时间最长的一个生产过程，但在保证分解母液分子比一定时，分解时间不宜过长，以免因分解时间过长造成设备单位产能降低。6.杂质的影响铝酸钠溶液中的有机物积累到一定的程度，就使溶液的粘度增大，从而使铝酸钠溶液的稳定性增加，分解速度减慢。另一方面，有机物能吸附于晶体表面阻碍晶体长大，使产品氢氧化铝的粒度变细。除此之外，其他的一些杂质对铝酸钠的分解都有一定的影响，因此，为了加快铝酸钠溶液的分解，应尽可能的减少或除去铝酸钠溶液中的杂质。结论铝酸钠溶液的分解是氧化铝生产中的一个非常重要的过程，它不仅影响着产品氧化铝的产量，同时也影响着产品氧化铝的质量，而这两者更是一个氧化铝生产厂的经济效益所在。可以毫不夸张的说，铝酸钠溶液分解的好坏是衡量一个氧化铝厂经济效益是否良好的标准。所以，凡是影响铝酸钠溶液分解的因素我们都需要注意，且需要我们广大的氧化铝工作者投入极大的热情来克服这一个个的不良的影响因素，改善之前的生产工艺，从而是铝酸钠溶液的分解更快更迅速，为氧化铝厂、为社会提供更为优质的氧化铝成品，为企业带来良好的经济效益。致谢这次论文得到了很多老师和同学的帮助。首先，非常感谢刘XX老师，作为我论文的指导老师，从我论文的选题、书写提纲、收集资料到最后完成，她都给了我很大的帮助和支持。她的悉心指导和对工作的认真负责，让我感动。正是她在忙碌中不辞辛苦的对我帮助我才能写好我的论文。再者，我要感谢中州大学工程技术学院给了我一个不平凡的大学生活。我在其中成长，学做人学做事，各个授课教师严谨治学的态度和高尚的人品深深地感染和鼓舞着我。我不但学到了文化知识，更学到了敬业精神，将使我终生受益。感谢学校的努力让我有了实习的机会，更加形象具体的感受了本专业的专业知识在具体生产中的应用。更加清楚了理论指导生产和从生产中完善理论的重要性。第三，我要感谢我的所有同学，我们整个集体的努力和每个人的付出才成就了我们这个优秀的班集体，让我在其中成长，有了一个好的环境。还要感谢在这次毕业论文中给予过我帮助的所有人。最后，我要向在百忙之中抽时间对本论文进行审阅、评议和参加本人论文答辩的各位老师表示衷心的感谢！谢谢你们对我的关心和支持。参考文献1毕诗文.氧化铝生产工艺.北京：化学工业出版社.2001年（173180）2郭万里.氧化铝制取工（上册）.山西：山西人民出版社.2006年（113116）3毕诗文，于海燕等.拜耳法生产氧化铝.北京：冶金工业出版社.2007年（218226）4王克勤.铝冶炼工艺.北京：化学工业出版社.2010年（5558）5王永康. 氧化铝生产过程中晶种分解及其粒度量化控制要点综述.轻金属2009年第五期（2531）