Research on crystallization kinetics of monosodium aluminate hydrate in alumina production by sub-molten salt process

作为亚熔盐法氧化铝清洁生产技术中的中间步骤，水合铝酸钠结晶是整个工艺的核心技术之一，在整个清洁生产工艺中发挥着举足轻重的作用。本论文对水合铝酸钠的结晶过程进行了系统的研究，主要考察了铝酸钠溶液中二氧化硅浓度对水合铝酸钠结晶过程的影响和水合铝酸钠的连续结晶过程及动力学研究。利用间歇结晶实验，研究了铝酸钠溶液中SiO2含量对水合铝酸钠结晶过程的影响。实验结果表明，铝酸钠溶液中的杂质SiO2对MAH的结晶过程有着明显的抑制作用。随着溶液中初始SiO2浓度的升高，其抑制作用更加明显，且MAH的结晶反应转化率及MAH晶体产品的平均粒径下降。当溶液中初始SiO2浓度较低时，析出的含硅杂质物相为铝硅酸钠（NaAlSiO4）和硅酸钠（Na2SiO3）；当铝酸钠溶液中SiO2浓度很高时，析出的含硅杂质物相则为硅酸钙钠Na4Ca4Si6O18、无水钙铝榴石Ca3Al2Si3O12和水钙铝榴石Ca3Al2(SiO4)2(OH)4。实验所得MAH晶体产品主要为薄圆片结构。随着溶液中SiO2浓度的升高，MAH晶体产品形貌由不规则的圆片结构转变为片状聚集体。采用连续操作的方式对水合铝酸钠的结晶过程进行研究，考察了平均停留时间、过饱和度、温度及搅拌强度对结晶过程的影响。实验结果表明，体系平均停留时间增大，有利于晶体的生长。随着停留时间的增大，晶体粒径及结晶反应转化率增大，但是停留时间在50 min后，结晶反应转化率增大不明显。结晶温度的升高使得小粒径范围内的晶体数明显增多，不利于MAH的结晶过程。晶体粒径随搅拌速率的增大而减小。此外连续结晶实验得到的MAH晶体粒度均一、结构与形貌规则，均为由截锥体及八边形片状的小晶体组成的球状聚结体。利用MSMPR结晶技术，基于粒数衡算模型，研究了MAH的结晶动力学，主要包括成核动力学、生长动力学及团聚动力学。实验结果表明，MAH晶体的体积生长速率与过饱和度的1.19次方成正比，这意味着MAH晶体生长属于扩散与表面反应机理。二次成核速率与晶浆悬浮密度的1.06次方成正比，表明结晶器内二次成核主要来自于晶体与搅拌桨间的碰撞及晶体与结晶器壁面间的碰撞，且成核速率小于种分过程中gibbsite的成核速率。团聚因子与体积生长速率、成核速率及平均停留时间成正比。随着溶液过饱和度的增加，晶浆的悬浮密度增加而晶体的平均粒径下降。实验结果表明，在本体系中，MAH晶体长大主要源于晶体的生长

Research on the Highly-Valued Utilization of Product and the Decomposition Process of Sodium Calcium Hydrogen Silicate in Alumina Cleaner Production Technology by Sub-Molten Salt Process

本论文在亚熔盐法氧化铝清洁生产技术平台的基础上，以工业冶金级氢氧化铝为原料，通过研究硫酸铝铵的结晶过程及结晶中的杂质行为，对结晶过程进行调控，来制备高纯度的硫酸铝铵，进而制得高纯度的氧化铝产品，以实现工业粗产品的高值化利用。另一方面，针对亚熔盐法处理赤泥工艺过程中硅酸钠钙易分解的问题，研究了硅酸钠钙NaCaHSiO4在铝酸钠溶液中的分解规律，为亚熔盐法处理赤泥的实际工业生产操作提供理论依据和现实指导。论文主要研究内容与研究成果如下：测定了硫酸铝铵结晶诱导期与介稳区，并分析了硫酸铝铵结晶过程的成核与生长机理。根据经典成核理论与介稳区理论分析，得出硫酸铝铵结晶成核过程属于连续成核，且符合三维成核机理。根据表面熵因子理论及模型判定方法，判定硫酸铝铵晶体的生长过程属于连续生长机理。此外，还计算了硫酸铝铵晶体在过饱和溶液中的界面张力、表面熵因子、临界晶核半径与临界自由能的值，以及与溶质在溶液中扩散相关的活化能。以工业冶金级氢氧化铝为原料，通过硫酸铝铵结晶及洗涤进行两步除杂，制备出纯度在99.99%以上的高纯氧化铝，工艺简单，实现了工业粗产品的高值化利用。研究表明结晶工艺参数，包括硫酸铝溶液的初始浓度、过饱和度、温度及结晶方式，对硫酸铝铵晶体中杂质的含量有着显著的影响。通过静置自然冷却结晶的方式可以大幅降低硫酸铝铵晶体中的杂质含量。研究了Na+、K+、Mg2+及Fe3+对硫酸铝铵结晶成核动力学的影响。研究表明，溶液中K+及Fe3+的存在缩短结晶诱导期、减小介稳区宽度，促进成核；溶液中Mg2+的存在延长结晶诱导期、增大介稳区宽度，抑制成核；溶液中Na+的存在对硫酸铝铵结晶成核无明显的促进或抑制作用。根据介稳区理论方法计算了硫酸铝铵的初级成核动力学参数。以高纯硫酸铝铵为原料，通过碳酸铝铵焙烧热解制备出纯度达99.9%、颗粒尺寸小于1μm且尺寸分布均匀的超细高纯氧化铝。主要研究了碳酸铝铵的制备条件对产物中K含量的影响，以及碳酸铝铵的焙烧与氧化铝的洗涤除杂。研究了NaCaHSiO4在铝酸钠溶液中的分解反应过程。当NaCaHSiO4在铝酸钠溶液中发生分解时，NaCaHSiO4转变为方钠石Na8Al6Si6O24(OH)2(H2O)2和加藤石Ca2.93Al1.97(Si0.64O2.56)(OH)9.44，继而降低亚熔盐法处理赤泥工艺中提铝的效率

热酸浸出回收黄钾铁矾渣中有价元素

实验研究了硫酸和盐酸对黄钾铁矾渣中Fe,Si,Zn,Pb的浸出工艺.结果表明,硫酸浸出黄钾铁矾渣的最佳工艺条件是反应温度95℃、反应时间2 h、搅拌速率300 r/min、硫酸浓度1.2 mol/L、液固质量比100:5,该条件下Fe,Zn的浸出率达80%.盐酸浸出黄钾铁矾渣的最佳工艺条件是反应温度95℃、盐酸浓度2.8 mol/L、搅拌速率400 r/min、反应时间1.5 h、液固质量比100:5,该条件下Fe,Zn,Pb的浸出率分别达83%,89%和99%.采用黄钾铁矾法可将浸出液中的Fe元素沉淀,所得黄钾铁矾渣进行无害化固定处理,得富含Zn元素的溶液.</p