中高浓度铝酸钠溶液一段脱硅工艺研究.pdf

第3期
矿产综合利用
2013年6月
Multipurpose Utilization of Mineral Resources
Jun.2013
中高浓度铝酸钠溶液一段脱硅工艺研究
王雅静,王立思',庞常健,翟玉春2
(1.沈阳化工大学,应用化学学院,辽宁沈阳110142;
2.东北大学,树料与治金学院,辽宁沈阳110004)
摘要:硅是铝酸钠溶液中最难除去的杂质,若硅含量过高会造成氧化铝产品的损失。通过改变脱硅温度
脱硅时间、铝酸钠溶液浓度及脱硅剂用量来确定铝酸钠溶液一段脱硅的较优条件。试验表明最优条件是脱硅
温度为100℃,时间为100min,脱硅剂用量为27g/L,搅拌速度为30or/min,铝酸钠溶液浓度从140~200g/L,
脱硅指数可达1000以上。并通过测定表面张力随脱硅时间、脱硅温度变化,及通过钙硅渣XRD衍射试验,分
析了铝酸钠溶液一段脱硅机理。铝酸钠溶液一段脱硅后能够基本达到铝酸钠溶液二段脱硅的工艺要求。
关键词:铝酸钠溶液;脱硅;硅量指数;XRD衍射
doi:10.3969/j.isn.1000-6532.2013.03.008
中图分类号:TD989,TF03文献标识码:A文章编号:1000-6532(2013)03-0036-04
在氧化铝的碱法生产工艺中,由于铝、碓化合1.2脱硅后硅量指数的測定
物在碱液中的特性相近,导致该工艺实质上为氧化
将硅铝酸钠溶液、脱硅剂(钙盐与硅渣的混合
铝和氧化硅的分离过程山,铝酸钠溶液脱硅过程的物)置于容器中,搅拌、恒温进行脱硅反应,脱硅结
实质就是使溶液中的SiO2转变为溶解度很小的化東静置冷却,得澄清溶液。Si02的含量用硅钼蓝比
合物沉淀析出2】。
色法测定,Al203的含量用滴定法测定。
在氧化铝生产过程中,铝酸钠溶液中含有以硅
酸根或硅铝酸根形式存在的含硅化合物],可引起
试验结果与讨论
氧化钠和氧化铝在分解过程中析出,造成损失,又可2.1温度对脱硅效果的影向
使氧化铝产品质量下降,所以铝酸钠溶液脱硅对于
在铝酸钠浓度为200g/L,脱硅剂的用量为30g/
提高产品质量有十分重要的作用。脱硅后的纯度指L,脱硅时间为90min,搅拌速度为300r/min,AS
标溶液A203与SiO2重量之比(A/S)表示,一称脱硅为25的条件下,脱硅温度对脱硅效果的影响见图
指数?。
脱硅过程中温度与表面张力关系见图2。
近几年来,国内外的学者对于深度脱硅有了全
由图1可以看出,在一定范围之内,温度是脱硅
面的研究了解,但对一段脱硅,则有较少的学者进行深度的重要影响因素,温度越高,脱硅效率越高,脱
研究。本文通过铝酸钠溶液中一段脱硅过程工艺的硅后硅铝酸钠溶液的/S越高。这是因为温度提
研究,寻找其较优工艺。且能使优化后的工艺能够高,有利于[H2SiO]2的扩散,使脱硅反应更容易进
基本达到铝酸钠溶液二段脱硅的工艺要求。
行。也有文献资料?表明,随着温度的升高,在预
1试验部分
脱硅初期,溶液中Si02浓度较高,处于不稳定状态,
在种子表面上形成新钠硅渣结晶析出,其反应速度
1.1溶液的配制
受化学反应控制;随着脱硅反应的进行,到中后期,
配制一系列不同浓度的铝酸钠溶液,使其苛性溶液中SiO2浓度降低,反应速度受扩散过程控制
比为1.5,将纯Na2SiO?9H20溶于去离子水中,将脱硅速度变慢。在120℃时,铝酸钠溶液脱硅后的
硅酸钠溶液缓慢的滴入铝酸钠溶液中,配置成硅铝AS最大,但由于温度过高时,脱硅过程的耗能将增
酸钠溶液。
大,所以选取100℃为较优条件。
收稿日期:2012-11-01
基金项目:国家科技部973项目(G19904690-4);辽宁省教育厅项目(05L339
作者简介:王雅静(1963-),女,博土,教授,物理化学专业。
第3期
王雅静等:中高浓度铝酸钠溶液一段脱硅工艺研究
?37?
的要求。
1100
随着脱硅时间的增加,溶液的表面张力随之下
0
降。亦可以得出,在相同温度下,溶液的表面张力随
时间的增加而下降。增加反应时间,有利于提高硅
700
铝酸钠溶液的脱硅效率。若过长时间脱硅,不利于
600
能源的节约
400
1000
100
110
T/℃
00
图1脱硅温度对脱硅效果的影响
800
Fig 1 Th influence of temperature on desilication
600
由图2可知,硅铝酸钠溶液的表面张力随溶液
500
温度的升高而降低。一般而言,温度升高,溶液膨
400
胀,分子间的距离增大,同时分子的热运动加刷。这
406080100120140160
t/min
两个因素都会导致分子间的吸引力减弱,从而使表
面张力下降。同一溶液随着温度增加,表面张力下
图3脱硅时间对脱硅效果的影响
降。此外,对于铝酸钠溶液来说,随着温度的增加Al
Fig 3 The influence of time on disilication
(OH)离子间的氢键作用逐渐减弱,铝酸根阴离子群
逐渐分裂为A(OH)离子,溶液中分子间的作用力
减弱,所以温度升高表面张力下降。同时,Al-0-Si键
中更容易生成A-0-AI键,使脱硅效果更明显。
70℃
60℃
200gL
80℃
°71
R
150gL
0
120
国68
图4脱硅过程中表面张力与脱硅时间的关系
304050607080
Fig 4 The relationship between surface tension
T/C
and the desilication time
图2脱硅过程中表面张力与温度的关系
Fig. 2 The relationship between the surface tension
氧化铝浓度对脱硅效果的影响
and the temperature
1400
2.2脱硅时间对脱硅效果的影响
1200
在200y/L铝酸钠溶液,脱硅剂的用量为30g/
00
L,搅拌速度为300r/min,脱硅温度为100℃,AS为
800
600
25的条件下,脱硅时间对脱硅效果的影响见图3,表
面张力与脱硅时间关系见图4。
40160180200220240260280
氧化铝浓度/gL
由图3可以看出在相同条件下,脱硅时间对含
图5氧化铝浓度对脱硅效果的影向
铝酸钠溶液深度脱砫效果也有较大的影响,在脱硅
时间在50min到160min之间,脱硅后硅量指数AS
ig. 5 The influence of the alumina concentration on
the desilication
从491到1022,溶液的硅量指数随着脱硅时间的增
加而增加,在100℃,脱硅剂用量30g/L、搅拌转速
在脱硅时间为100min,脱硅温度100℃,脱硅剂
300r/min条件下脱硅100min后,2