試析冷結晶正浮選工藝中氯化鉀晶體生長規律及粒度控制實驗

沈芳存 李建均 李龍 趙鴻財

摘 要：冷結晶正浮選工藝中，氯化鉀實際上是在常溫情況下對于光鹵石礦加以控速分解的結晶，其可以有效把控溶液里面的氯化鉀過飽和度，減少KCI晶體數目，促使晶體良好生長。此次采取合適的檢測方式分析了晶體生長基本規律，著重探索了溫度下滑速度對于氯化鉀水溶液冷卻環節所導致過飽和度的影響，還有加入晶種的條件和晶體粒度關系。而且，通過直接冷卻刺激起晶帶來的晶種，同時把控晶體生長達到嚴格控制晶體粒度的目的。相關結論表示，在加入晶種的情況下，程序降溫過程帶來的低過飽和度不容易發生爆發成核現象，與此同時晶種的添加量是由晶體粒度和理想生長模型偏差所決定的。除去這些以外，溫度下滑速率乃冷卻刺激起晶導致晶種粒徑的核心因素。

關鍵詞：冷結晶正浮選工藝;氯化鉀晶體;生長規律;粒度控制;實驗

在制備化學品和制藥行業中，冷結晶正浮選工藝是相當關鍵的一個部分，其有著非常重要的位置。該工藝經過把控產品粒度分布能夠實現純化分離，提升生產效率。晶體的粒徑和分布對晶體純度等指標有相當大的影響。故而，部分研究學者對于冷結晶過程晶體生長過程采取了加入晶種的方式，借此把控目標產品晶體粒度與分布。于冷結晶正浮選工藝中，使用添加晶種方法把控產品晶體粒度與分布，需要根據降溫曲線與加入晶種方式這幾個方面去思考。于冷結晶正浮選工藝中，冷卻溶液導致的過飽和度乃晶體成核和生長的動力，其除去會影響晶體產品粒度，也會對其分布帶來負面影響。溫度下降的方式，往往涵蓋了各種各樣的方法，比方說自然溫度下降方法、程序溫度下降方法等。拋開力度與分布以外，加入晶種的質量就是晶種濃度同樣為影響晶體產品粒度指標的關鍵參數，簡言之就是臨界晶種濃度。在具體實驗環節，一般添加過量晶種能夠科學預防二次成核出現。相關專業人士提出了臨界晶種濃度，也就是加入最低晶種量和經過冷卻析出的最大的冷卻析出量的比值。倘若讓溶液誘導晶核當作晶種，不僅可以防止外部雜質影響，還可以實現把控晶體粒度的目標。

本次下面我們就把氯化鉀/水體系當作一個例子，通過積極探索冷結晶正浮選工藝中氯化鉀晶體生長基本規律，將重點放置于溫度下降方式、著重分析了降加入晶種與粒徑及晶體生長規律之間的關系上，與此同時也包含了誘導起晶法和晶核粒度影響，給嚴格把控晶體生長提供了重要依據。所以，針對對于冷結晶正浮選工藝氯化鉀晶體生長規律與粒度控制的實驗加以詳細的研究是現階段化學品與制藥行業發展過程中很重要的一個部分。

1 實驗

通過采用去離子水以及氯化鉀制備相當濃度氯化鉀溶液，與此同時放在制備3cm的不銹鋼螺旋攪拌槳的0.5升玻璃夾套結晶器皿內，在全部實驗中拌合速度需要嚴格控制在每分鐘250r。夾套里面的溶劑經過外部控溫設施嚴控結晶器皿里面溶液的問題。冷結晶正浮選工藝過程中，使用聚焦光速反射測量技術，及時檢測結晶器皿里面的晶體粒度變化過程，在實驗過程中不定期提取清液，使用恒重方式對氯化鉀含量加以詳細分析。冷結晶正浮選工藝中氯化鉀晶體生長規律與粒度控制實驗中加入的晶種經過8411型電動振篩機篩分以后，通過無水乙醇洗滌烘干以后獲取。溫度下滑結束以后懸浮液通過抽濾獲取到固體，檢測該粒度，得到產品粒度分布。加入晶種原溶液濃度為40℃飽和溶液，操作溫度區間從原本的40℃持續下降到了20℃。直接降溫制作晶種的原溶液濃度為48℃飽和溶液，操作溫度區間是48℃下降到40℃。

1.1 冷卻降溫法

此次實驗使用自然的冷卻降溫法，也就是把恒溫20℃冷卻劑采用夾套對溶液加以降溫。初期，傳熱溫差非常大，這時候降溫速率就是很快的。除此以外，實驗過程中使用的程序降溫法，也就是溫度控制過程參考J.Ny'vlt所提出來的控制曲線，就如某式子所示：T（t）=Ti-（Ti-Tt）（t/tf）x，其中，溶液初始溫度是Ti和終溫Tf的溫度就是40℃與20℃，操作冷卻的時間就是tf是100min，實驗使用自然降溫與x等于3時程序降溫方式。

1.2 添加晶種法

加入晶種粒度和分布，以及加入晶種的數量，還有產品粒度，這三者相互之間有著緊密的聯系，同時也是晶種嚴格控制晶體生長基本規律的關鍵點。開展此次實驗，相關研究人員借助振動篩篩分取得綜合粒度分別是123.7/ 215/324.7μm的晶體，與此同時將這些晶體當成晶種進行合理備用。再者，于冷卻的時候，不需要對成核、團聚等多種因素加以思考，且晶體生長和公式關系是彼此相符的，此所謂理想生長方程，即Lsp/Ls=[（1+Cs）/Cs]v3。在這一公式之中，Lsp代表的是產品平均粒度，Ls表示的是晶種平均粒度，Cs代表的實際上是晶種濃度。在加入晶種以后，于冷卻環節瞬時過飽和度經過采取恒重方式加以綜合分析，同時相關研究人員科學運用FBRM監測過程晶體粒度與數量變化趨勢。

1.3 誘導起晶法

此次開展此次實驗，最關鍵的一個問題就是，必須要綜合思考誘導起晶影響的關鍵因素，這一關鍵因素當屬冷卻速度。于程序溫度下降階段，溫度上升與溫度保持恒定時期的實踐操作旨在將那些細小的晶體顆粒加以溶解，從而縮減晶核數目。在實際開展溫度下降的時候，瞬時過飽和度通過恒溫法加以過程采集。

2 結果及分析

2.1 晶種添加的晶體生長規律

在冷結晶正浮選工藝中氯化鉀環節中，溶液近似飽和過程中添加晶種。添加晶種的粒度、晶種的濃度、還有獲取到的最后的晶體產品粒度非常接近理想中的生長模型預估值，程序降溫導致的低過飽和度可以有效防止二次成核的出現。

2.2 降溫誘導起晶法

在沒有外部引進晶種的情況下，冷結晶正浮選工藝氯化鉀溶液結晶過程中溶液達到某種過飽和狀態以后爆發成核，爆發成核構建而成的晶體需把其當成晶種不間斷生長，可以將合理把控晶體粒度目標實現。晶體成核速率和生長速率方程就是：第一，成核速率，即B等于kb△Cb;生長速率，即G等于kg△Cg，在這個方程式里面，B代表的是成核速率;G代表的是生長速率;kb和kg代表的是成核與生長速率常數;b和g代表的是成核和生長指數;△C代表的是絕對過飽和度。

相關研究人士經過監測過程瞬時過飽和度，認真且仔細分析不一樣的溫度下降方式對產品粒度可能會帶來的多種類型的影響。通過差異化的溫度下降速率誘導起晶帶來的晶體大小，隨溫度下降的速率而出現變化，進而獲取到粒徑尺寸不一樣的晶種。A.Mohameed等經過對KCI/水體系誘導起晶分析發現，在實際降溫的時候，不相同的降溫法下面的kb和kg均屬于正數，同時kb和kg相比較起來，前者比后者高，且生長速率指數g變化極小，成核速率指數b變化十分顯著。大部分對于KCI/水體系動力學的研究表明，成核速率b是在0.5到2.5之間。依照公式可以進一步發覺，線性降溫瞬時過飽和度很大，而大的過飽和度必然會出現更大的成核速率，諸多新生長出來的核最終取得的產品綜合粒度統統很小。而爆發起晶以后，溫度下降過程致使的過飽和度往往是通過生長形式耗損于已經存在著的晶核上的。通過這些信息可以發現，冷卻時候，溫度下降程序于誘導起晶環節發揮著關鍵作用，簡言之是冷卻程序所產生的差異化初始最大過飽和度誘導刺激產生粒度不一樣的晶核，繼而當作未來的生長晶種。

3 結束語

當加入的晶種數量超出了臨近晶種濃度的時候，帶來低過飽和度的程序降溫法能夠嚴格把控抑制二次成核出現，將最后晶體的粒度和理想生長模型預估差別減小。加入晶種的實驗，經過各種探索研究后發覺，冷卻速率不一致會發生過飽和度差異問題，究其根本原因在于自然降溫的速率很快，而過飽和度大，致使爆發成核狀況給晶體質量帶來了負面影響。于直接降溫冷卻階段，過飽和度直接影響到了粒度，而經過嚴控降溫曲線能取得預期中的晶種。

參考文獻：

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