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《中南大学》 2001年
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超声场强化拜耳法种分过程的研究

赵继华  
【摘要】: 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。
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