硫酸鈉、碳酸鈉雜質對鋁酸鈉溶液晶種分解過程的影響

王鴻雁，李旭光，馬華菊

（1．山東工業職業學院，山東 淄博 256414；2．桂林理工大學 南寧分校，廣西 南寧 530001）

工業鋁酸鈉（主要成分為 Al（OH）3和NaOH，以下分別用Al2O3和NaOK表示）溶液是制取Al（OH）3的主要原料，其中存在多種雜質成分，如氧化硅（SiO2）、碳酸鈉（Na2CO3，以下用Na2OC表示）、硫酸鈉（Na2SO4，以下用 Na2OS表示）、氯化鈉、有機物和其他微量雜質，這些雜質主要來自鋁土礦、石灰、燃煤、補堿等。硫酸鈉和碳酸鈉的存在不僅增大溶液黏度，也增大鋁酸鈉溶液的穩定性，使鋁酸鈉溶液的分解率及分解產品質量受到影響［1－2］。試驗考察了硫酸鈉、碳酸鈉的存在對鋁酸鈉溶液晶種分解率、分解產品粒度和強度的影響。

1 試驗部分

1．1 試驗原料

鋁酸鈉溶液采用化學純氫氧化鈉和工業氫氧化鋁配制，其中，ρ（Na2OK）＝155．8g／L，ρ（Al2O3）＝175．5g／L，αk＝1．46，與工業鋁酸鈉溶液一致。

晶種為工業氫氧化鋁細顆粒晶體。硫酸鈉、碳酸鈉均為分析純。

1．2 試驗方法

試驗在2L立式不銹鋼攪拌種分槽中進行。試驗開始時，種分槽水浴溫度升到65℃，分別向4個槽中加入1L配制好的鋁酸鈉溶液，再向各槽中加入不同質量Na2OS和Na2OC，用玻璃棒攪拌溶解，再各加一定量晶種后將分解槽密閉，開啟攪拌并開始計時。分解初始溫度控制在65℃，分解結束溫度控制在50℃。每隔一定時間從取樣孔抽取一定量漿液，分析其中Na2OK、Al2O3質量濃度，計算溶液分解率。用激光粒度儀測定分解產品粒度，用磨損系數測定儀測定分解產品強度。

2 結果與討論

2．1 Na2OS質量濃度對分解過程的影響

2．1．1 Na2OS質量濃度對分解率的影響

試驗條件下，Na2OS質量濃度對鋁酸鈉溶液種分分解率的影響如圖1所示。

圖1 Na2OS質量濃度對鋁酸鈉溶液種分分解率的影響

由圖1看出：分解時間相同時，鋁酸鈉種分分解率隨溶液中Na2OS質量濃度提高而降低，即Na2OS質量濃度增大，其對鋁酸鈉種分分解率的抑制作用增強；Na2OS質量濃度一定時，分解前期對種分分解率影響要大一些。這是因為，分解前期溶液過飽和度較大，分解推動力較大；隨著分解的進行，溶液過飽和度降低，分解推動力減小，分解速率下降，導致Na2OS對鋁酸鈉種分分解的影響程度降低。

Na2OS降低溶液種分分解率的原因可用其對溶液中Al2O3平衡溶解度的影響來說明。根據Misra－White平衡溶解度方程

有如下關系存在：當Ns增大或溫度降低時，Ns／T增大，從而Al2O3在鋁酸鈉溶液中的平衡溶解度增大，導致溶液過飽和度（c－c∞）降低，從而使分解過程推動力降低，溶液分解率降低［3］。

2．1．2 Na2OS質量濃度對分解產品粒度的影響

試驗條件下，Na2OS質量濃度對分解產品粒度的影響如圖2所示。

圖2 產品中＋45μm粒子及平均粒徑隨Na2OS質量濃度的變化曲線

由圖2可知：試驗溫度下，溶液中Na2OS質量濃度對分解產品中＋45μm粒子質量分數的影響與對產品平均粒徑的影響規律基本一致，都能使產品粒度增大。

2．1．3 Na2OS質量濃度對分解產品強度的影響

試驗條件下，溶液中Na2OS質量濃度對分解產品強度的影響見表1。

表1 Na2OS質量濃度對鋁酸鈉溶液分解產品強度的影響

從表1看出，鋁酸鈉溶液中Na2OS質量濃度不超過7．5g／L時，Na2OS的存在不僅不會降低產品強度，反而會使產品強度增大，說明在這種降溫制度下可以得到強度較好的產品；而溶液中Na2OS質量濃度超過7．5g／L后，產品Al（OH）3強度有所減弱。

2．2 Na2OC質量濃度對分解過程的影響

2．2．1 Na2OC質量濃度對分解率的影響

試驗條件下，Na2OC質量濃度對鋁酸鈉溶液種分分解率的影響如圖3所示。

圖3 Na2OC質量濃度對鋁酸鈉溶液種分分解率的影響

由圖3可知：反應初期的前10h內，Na2OC的存在對分解速度影響不大；10h后，隨Na2OC質量濃度增大，分解率下降。這是因為分解速率

而根據氧化鋁平衡溶解度，反應初期溶液溫度較高，c∞受Na2Oc質量濃度影響較小，且速率常數k也較高，因而分解速率受Na2Oc的影響較??；分解后期，隨著反應的進行，溶液溫度降低，k值下降，c∞受Na2Oc的影響增大，導致溶液過飽和度隨Na2OC的增加而降低。以上兩方面因素最終導致溶液分解率降低［4］。

2．2．2 Na2OC質量濃度對分解產品粒度的影響

Na2OC質量濃度對鋁酸鈉溶液晶種分解產品粒度的影響以產品中＋45μm粒子的質量分數和產品平均粒徑來表示，結果如圖4所示。

圖4 Na2OC質量濃度對分解產品粒度的影響

從圖4看出：Na2OC質量濃度對產品中＋45 μm粒子的粒度影響與對產品平均粒度的影響規律基本一致，均隨溶液中Na2OC質量濃度增大而增大。主要原因是Na2OC對產品粒度的影響是通過促進晶種中細顆粒的附聚而不是通過晶體生長造成的。

2．2．3 Na2OC質量濃度對分解產品強度的影響

對上述試驗得到的產品進行強度測定，以磨損系數表示產品強度。Na2OC質量濃度對分解產品強度的影響見表2。

表2 Na2OC質量濃度對鋁酸鈉溶液分解產品強度的影響

從表2看出，產品的磨損系數隨溶液中Na2OC質量濃度增大而降低，也就是說產品強度隨Na2OC的增加而增大，但都低于空白樣的強度。

3 結論

鋁酸鈉溶液中Na2OS、Na2OC的存在對鋁酸鈉溶液晶種分解有抑制作用。隨Na2OS質量濃度升高抑制作用增強；分解前期，Na2OS的抑制作用更大；隨分解溫度降低，以及Na2OS質量濃度增大，分解產品粒度減?。籒a2OS質量濃度不超過7．5g／L時，Na2OS的存在會增大產品強度，但Na2OS質量濃度超過7．5g／L后，產品強度減弱。

隨溶液中Na2OC質量濃度增大，分解速度降低；反應前期，Na2OC的存在對分解速度影響較小，而反應后期影響較大；隨Na2OC質量濃度增大，產品粒度增大，產品強度增大，但都低于空白樣強度。

［1］陳國輝，陳啟元，尹周瀾，等．鋁酸鈉溶液種分成核和附聚研究進展［J］．濕法冶金，2003，22（1）：14－18．

［2］王熙慧，于海燕，盧東，等．硫酸鈉對鋁酸鈉溶液種分過程的影響［J］．材料與冶金學報，2007，6（3）：184－187．

［3］彭志宏，鄧永春，求生，等．無機鹽雜質對鋁酸鈉溶液晶種分解率的影響［J］．礦冶工程，2010，30（1）：57－61．

［4］王建立，劉彩玫．Na2SO4雜質對鋁酸鈉溶液種子分解的影響［J］．河南冶金，2001（6）：11－12．