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超声场强化拜耳法种分过程的研究

赵继华

  针对国内外氧化铝厂普遍存在分解时间长、分解率低等严重问题,本文在深入研究铝酸钠溶液种分机理的基础上,结合近年来迅速发展的超声场促进化学反应的理论与实践,首次利用超声场处理种分精液,提高分解速度,缩短分解时间,取得了非常好的效果,而且流程简单,操作方便,为强化拜耳法种分研究提供了一条行之有效的途径,具有很好的工业应用前景。论文主要取得如下成果:1.首次利用超声清洗槽对超声场处理溶液的方式、反应温度、超声场的功率、超声波辐照时间以及溶液的浓度等因素进行正交实验,得出最佳的处理条件和这些因素影响种分分解率的顺序。结果证明超声场的强化效果相当显著,使种分6小时时分解率提高9%,分解率为45%的反应时间由30小时缩短至15小时;2.根据声化学反应设备的进展以及拜耳法种分的工艺流程,自行设计了具有三个频率且功率可调的探头式超声波强化种分设备。3.利用探头式超声波强化种分设备,首次结合超声场中的空化理论,对超声场的频率、功率以及处理铝酸钠溶液时间等因素的影响进行了研究。发现只要达到功率阈值以及一定的辐照时间就可以显著地提高种分的分解速度,缩短分解时间,但在不同的条件下,强化种分分解速度的具体过程又不完全相同;4.首次结合铝酸钠溶液的分子结构理论,研究了铝酸钠溶液的浓度、苛性比以及反应温度等溶液性质对超声场强化种分效果的影响。得出溶液各性质的变化,直接影响超声场对种分过程中二聚体Al_2O(OH)_6~(2-)的解聚和Al(OH) _4~-离子向反应中间过渡态的转变过程,使强化种分的效果发生很大的变化;5.首次研究了超声场对种分过程的影响。发现超声场处理铝酸钠溶液不影响溶液的一次成核,影响种分的诱导期和二次成核,而且在不同条件下超声场对种分过程的影响不完全相同,但是都能促进细粒子之间的附聚,提高颗粒的生长速度;6.得出无超声场时的种分动力学方程式:并首次研究在超声场中的种分动力学模型。种分动力学模型在各频率的超声场中都没有发生变化,但超声场提供的能量降低了反应的活化能,空化效应产生的极大压力梯度改变了种分反应的频率因子;7.将铝酸钠溶液在超声场处理前后的拉曼光谱进行对比,发现超声场中南大学博士学位论文处理后,108和1叩刨*。0浓度的铝酸钠溶液中二聚体川。0(OHL离子在540。mJ的特征峰完全消失,*1(OH厂’离子在625。m1的特征峰强度大幅度降低,证明在超声场中,由于空化效应引起的高温高压环境以及产生的H和·OH自由基,使二聚体川。0(OH人完全解聚,并促进Al(O)4”’离子向反应中间过渡态转变。……   
[关键词]:强化;超声场;种分;氢氧化铝
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中南大学2001年