超声波强化铝酸钠溶液分解过程机理的研究

【摘要】：铝酸钠溶液分解过程是拜耳法氧化铝生产的重要工序,它对产品质量及产能等指标均有十分重要的影响。它是氧化铝生产过程中耗时最长,设备最庞大的工序之一,也成为氧化铝产能提高的瓶颈之一,因此,强化铝酸钠溶液种分过程对降低氧化铝生产的设备费用、提高氧化铝产能有着十分重要的意义。研究表明,超声波作用对铝酸钠溶液分解过程有一定强化作用,但超声波的作用机理及影响超声波强化的条件十分复杂,还有待进一步研究。 本工作通过量热、声频谱分析、化学分析等手段初步探讨了超声波作用于不同性质的铝酸钠溶液的能量及其分布关系;通过声致荧光法研究了铝酸钠溶液声场分布及声场性质;通过拉曼、核磁共振、EPR谱分析、分子动力学模拟及自由基反应特性探讨了超声波作用于铝酸钠溶液种分过程的机理;通过滴定分析、粒度分析及SEM影象考察了超声波对铝酸钠溶液分解过程的影响;并由超声波作用于种分过程的机理初步探索了超声波应用及强化途径。研究结果如下: 1) 定义了表征超声波声场性质的参数,确立了用声频谱分析来判断超声空化的方法;结合量热测定,用超声空化率、空化能量等参数对水为媒质的声场性质进行了研究,得出了计算超声空化能量和空化阈值等参数的方法。 2) 在相同的超声波条件下,超声波产生的热量随着铝酸钠溶液浓度和α_k的增加而减小;超声波输入系统的总能量随着α_k增加而减小;超声空化能量基本随浓度的增加而减小,而在中等α_k时较高;随着铝酸钠溶液浓度的增加,空化阈值声功率也增加,中等α_k时,空化阈值声功率较小;温度升高可提高超声空化强度;媒质中溶入气体有利于超声空化作用发生;媒质中含有微粒可使超声空化强度有一定提高,但加入微粒的量在0.1g·1~(-1)以上时,加入微粒量增加对超声空化程度几乎没有影响。 3) 在同样超声波功率条件下,铝酸钠溶液浓度越高,超声波声致荧光的区域越窄;铝酸钠溶液的声致荧光强度随着浓度增加而减小,在α_k=1.48以下,声致荧光强度随α_k增加迅速增加,而α_k=1.48以上时,声致荧光强度随α_k的变化不显著。空化阈值随着铝酸钠溶液浓度增加而增加,低α_k比中等α_k的铝酸钠溶液空化阈值明显要高,而中等α_k与高α_k基本无差别。