鋁酸鈉溶液文檔

PAGEPAGE5鋁酸鈉溶液一、鋁酸鈉溶液的性質(zhì)鋁酸鈉溶液是堿法生產(chǎn)氧化鋁的重要中間產(chǎn)物，其分子式為：NaAl(OH)4。鋁酸鈉溶液的基本成分是Al2O3和Na2O。1、鋁酸鈉溶液的主要成分Na2O.Al2O3(鋁酸鈉)Na2O.SiO2(硅酸鈉)NaOH(氫氧化鈉)Na2CO3(碳酸鈉)2、鋁酸鈉溶液的分析成分Na2OK(苛性氧化鈉)Na2CO3(碳酸鈉)Al2O3(氧化鋁)SiO2(二氧化硅)Fe2O3(氧化鐵)3、鋁酸鈉溶液堿成分鋁酸鈉溶液的組成是以溶液中Al2O3和Na2OK(苛性堿)的絕對(duì)濃度表示的。(1)苛性堿(Na2OK或NK)包括化合為鋁酸鈉的Na2O和以氫氧化鈉形式存在的游離Na2OK濃度以g/1表示。(2)碳酸堿(Na2Oc)和硫酸堿(Na2Os)工業(yè)鋁酸鈉溶液中的碳酸鈉Na2CO3(以Na2Oc或NC表示)工業(yè)鋁酸鈉溶液中的硫酸鈉Na2SO4(以Na2Os或Ns表示)等堿。(3)全堿(Na2OT或NT)鋁酸鈉溶液中的苛性堿與碳酸堿濃度之和稱為全堿，即Na2Oc+Na2OK=Na2OT4、工業(yè)鋁酸鈉溶液的組成工業(yè)鋁酸鈉溶液中Al2O3濃度和Na2O度變化范圍很大，Al2O3為60~250g/1，Na2OK為100~280g/1，Na2Oc約為10~30g/1。5、鋁酸鈉溶液的αK鋁酸鈉溶液中的Na2O與Al2O3的比值，可以用來(lái)表示鋁酸鈉溶液中氧化鋁的飽和程度，是鋁酸鈉溶液的一個(gè)重要特性參數(shù)，也是氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程的一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)。對(duì)于這個(gè)比值，有不同的習(xí)慣表示方法。較為普遍的是采用鋁酸鈉溶液中的Na2O與Al2O3的摩爾數(shù)之比，寫(xiě)作Na2O/Al2O3摩爾比，或簡(jiǎn)稱“摩爾比”，以符號(hào)“MR”(或αK)示。式中的102和62分別為Al2O3和Na2O的分子量。[例1]鋁酸鈉溶液的成分為Na2O135克/升、A12O3130克/升，則該溶液的Na2O：A12O3分子比為：[例2]已知某溶出粗液中：Al2O3122.2g/l；SiO24.9g/l；Na2OK92.1g/l。求該粗液的苛性化系數(shù)αK和硅量指數(shù)A/S？解：工業(yè)鋁酸鈉溶液的Na2O/Al2O3摩爾比變化范圍也很大，大致為1.25~4.0。不存在摩爾比MR≤1的鋁酸鈉溶液。由于αK的不同，在同等濃度的鋁酸鈉溶液中，有不同的行為：αK很高時(shí)，鋁酸鈉溶液在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)也不會(huì)水解，性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定；αK很低時(shí)，鋁酸鈉溶液能自行分解出氫氧化鋁，不穩(wěn)定。鋁酸鈉溶液的水解反應(yīng)如下：上式是可逆反應(yīng)，反應(yīng)的方向主要取決于αK，當(dāng)αK較低時(shí)，反應(yīng)向右進(jìn)行；提高αK時(shí)，反應(yīng)向左進(jìn)行，結(jié)晶的Al(OH)3將全部溶解。二、Na2O—A12O3—H2O系研究鋁酸鈉溶液，首先要了解氧化鋁在氫氧化鈉溶液中的溶解度與堿液濃度和溫度的關(guān)系及其平衡固相。不同溫度條件下的Na2O—A12O3—H2O系平衡狀態(tài)圖己有多人研究過(guò)。據(jù)某些測(cè)定結(jié)果繪出的Na2O—A12O3—H2O的溶解度等溫線如圖1—l所示。由圖可知：(1)不同溫度下的溶解度等溫線都包括兩個(gè)線段：左支線隨Na2O濃度增加，A12O3溶解度增大；右支線隨Na2O濃度增加，A12O3溶解度下降，這兩線段的交點(diǎn)，即是在該溫度下的A12O3在Na2O溶液中的最大溶解度。說(shuō)明：在不同的溫度下，氧化鋁的溶解度都是隨著溶液中苛性堿濃度的增加而增大，但當(dāng)苛性堿濃度超過(guò)某一限度后，氧化鋁的溶解度又隨苛性堿濃度的增加而降低。這與溶液的平衡固相成分改變有關(guān)。(2)隨溫度升高，溶解度等溫線的曲率逐漸減小，即越來(lái)越直，它的兩個(gè)線段所構(gòu)成的夾角也逐漸增大，這樣就使溶液的未飽和區(qū)越來(lái)越大。溶解度的最大點(diǎn)隨溫度升高而向較高的Na2O濃度和Al2O3濃度方向推移。(3)曲線左側(cè)各等溫線上的平衡固相，在100℃以下為三水鋁石，在較高溫度時(shí)理論上的平衡固相是一水硬鋁石(因一水軟鋁石為介穩(wěn)相)；曲線右側(cè)各等溫線上的平衡固相，在130℃以下為水合鋁酸鈉Na2O·A12O3·2.5H2O，130℃以上為無(wú)水鋁酸鈉NaAlO2。利用Na2O—A12O3—H2O系狀態(tài)圖等溫線的特點(diǎn)，可以解釋鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性的某些規(guī)律：1、在其它條件相同時(shí)，溶液分子比αK越低，其過(guò)飽和程度越大；2、在常壓下溶液溫度越低，等溫線的曲率越大，所以當(dāng)溶液分子比αK一定時(shí)，中等濃度(50~160g/lNa2O)的鋁酸鈉溶液的過(guò)飽和度大于更稀和更濃的溶液。拜耳法生產(chǎn)氧化鋁即根據(jù)Na2O—A12O3—H2O系溶解度等溫線(左側(cè)曲線)的上述特點(diǎn)，利用濃苛性堿溶液和在較高溫度下，溶出鋁土礦中的氧化鋁，然后再經(jīng)冷卻和稀釋使溶液成過(guò)飽和而析出氫氧化鋁。三、鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性及影響穩(wěn)定性的因素1、鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性指的是從過(guò)飽和的鋁酸鈉溶液開(kāi)始分解析出氫氧化鋁所需時(shí)間的長(zhǎng)短。研究鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程有重要意義。在氧化鋁生產(chǎn)中的鋁酸鈉溶液，絕大部分處于過(guò)飽和狀態(tài)，因此，如果生產(chǎn)過(guò)程控制不好，則溶液將自發(fā)結(jié)晶析出氫氧化鋁而造成氧化鋁的損失。例如，拜耳法溶出后的鋁酸鈉溶液在其與赤泥分離洗滌的過(guò)程中，必須保持有足夠的穩(wěn)定性以避免溶液的自發(fā)分解所造成的Al2O3損失，并減輕氫氧化鋁在槽壁和管道上的結(jié)疤。在鋁酸鈉溶液晶種分解工序則需要破壞鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性，以加速和加深溶液的分解，提高單位體積鋁酸鈉溶液中Al2O3的產(chǎn)出率，增進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益。因此生產(chǎn)具有適當(dāng)穩(wěn)定性的鋁酸鈉溶液對(duì)堿法生產(chǎn)氧化鋁具有十分重要的意義。2、影響鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性的因素影響鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性的主要因素如下：鋁酸鈉溶液的苛性比值αK、鋁酸鈉溶液的濃度以及溶液中所含的雜質(zhì)等。(1)鋁酸鈉溶液的分子比αK在其他條件相同時(shí)，溶液的分子比αK越低，其過(guò)飽和度越大，溶液的穩(wěn)定性越低。對(duì)于同一A12O3濃度：當(dāng)分子比為αK=1時(shí)溶液處于未飽和狀態(tài)，尚能溶解A12O3；當(dāng)分子比αK=2時(shí)，溶液處于平衡狀態(tài)；當(dāng)分子比為αK=3時(shí)，溶液處于過(guò)飽和狀態(tài)，將析出Al(OH)3晶體。(2)鋁酸鈉溶液的濃度當(dāng)溶液分子比αK一定時(shí)，中等濃度(Na2O50~60g/L)鋁酸鈉溶液的過(guò)飽和度大于更稀或更濃的溶液，即中等濃度的鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性最小。(3)溫度當(dāng)鋁酸鈉溶液的αK不變時(shí)，溶液的穩(wěn)定性隨溫度的降低而降低。但當(dāng)溶液的溫度低于30℃后繼續(xù)降低，由于溶液粘度增大，穩(wěn)定性反而增大。(4)溶液中所含的雜質(zhì)鋁酸鈉溶液所含有的某些固體雜質(zhì)，如氫氧化鐵和鈦酸鈉等，使溶液穩(wěn)定性降低；工業(yè)鋁酸鈉溶液中的多數(shù)雜質(zhì),如SiO2、Na2CO3、Na2SO4、Na2S以及有機(jī)物等都不同程度地使溶液穩(wěn)定性增高。這與上述雜質(zhì)都會(huì)增大溶液的粘度有關(guān)。(5)晶種在研究合成的純鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性時(shí)發(fā)現(xiàn)，用超速離心機(jī)將溶液中大于0.02μm的微粒分離以后，即使溶液的過(guò)飽和程度很大，也可長(zhǎng)期保存而不發(fā)生水解。在鋁酸鈉溶液中往往帶入某些固體雜質(zhì)，如果溶解的三水鋁石以及氫氧化鐵等，極微細(xì)的氫氧化鐵離子經(jīng)膠凝作用也可長(zhǎng)大，結(jié)晶成纖鐵礦結(jié)構(gòu)，它與一水軟鋁石的結(jié)構(gòu)相似，因而起著氫氧化鋁結(jié)晶核心的作用，使溶液的穩(wěn)定性下降。添加晶種會(huì)降低鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性。所以，鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性決定于它的過(guò)飽和度的大小，同時(shí)又受溶液中所含雜質(zhì)的影響。補(bǔ)充知識(shí)氧化鋁及水合物的性質(zhì)一、氧化鋁(氧化鋁又稱無(wú)水氧化鋁)1、氧化鋁的物理化學(xué)性質(zhì)分子式為Al2O3，分子量為102，為兩性氧化物，能溶于無(wú)機(jī)酸和堿性溶液中，由于Al2O3的結(jié)晶形式不同，其在無(wú)機(jī)酸和堿性溶液中的溶解度也不同。2、氧化鋁的同素異晶體存在于自然界中的氧化鋁稱為剛玉(α—Al2O3)，它在巖石中呈五色結(jié)晶，也可與其它氧化物雜質(zhì)(氧化鉻或氧化鐵)染成帶色的結(jié)晶體，紅色的結(jié)晶體為紅寶石，藍(lán)色的結(jié)晶體為藍(lán)寶石。工業(yè)氧化鋁是各種氧化鋁水合物熱分解的脫水產(chǎn)物，它們形成一系列的同素異晶體，有些呈分散相，有些呈過(guò)渡態(tài)，但當(dāng)溫度超過(guò)1200℃時(shí)，它們都轉(zhuǎn)變?yōu)橥环N穩(wěn)定的最終產(chǎn)物，真正的無(wú)水氧化鋁，即α—Al2O3。所以氧化鋁的同素異晶體又可以看作是α—Al2O3的中間過(guò)渡態(tài)，按照它們的生成溫度可分為兩大類：(1)低溫氧化鋁其化學(xué)組成為Al2O3.nH2O，式中0<n<0.6，是各種氧化鋁水合物在不超過(guò)600℃下脫水的產(chǎn)物，這些形態(tài)也叫γ系列，包括ρ—Al2O3，χ—Al2O3，η—Al2O3，γ—Al2O3，其結(jié)晶情況不好。(2)高溫氧化鋁是在800℃~1200℃的溫度條件下形成的，幾乎是無(wú)水產(chǎn)物，這些形態(tài)成為δ系列，包括α—Al2O3，κ—Al2O3，θ—Al2O3和δ—Al2O3，結(jié)晶情況較好。a、活性氧化鋁在催化領(lǐng)域中常用的是γ—Al2O3和η—Al2O3。通常所說(shuō)的活性氧化鋁，一種是指活性γ—Al2O3；另一種含義則是泛指χ—Al2O3、η—Al2O3和γ—Al2O3的混合物。b、α—Al2O3它屬于六角晶系，由于具有完整的晶型，所以是所有氧化鋁同素異晶體中最穩(wěn)定的一種，它在酸中和堿液中不溶解。含α—Al2O3的細(xì)粉在冰晶石——氧化鋁熔體中很快溶解，且在空氣中不吸收水分，流動(dòng)性好，對(duì)鋁電解生產(chǎn)有力。純剛玉的熔點(diǎn)是2050℃，沸點(diǎn)是2980℃，莫氏硬度僅次于金剛石而居第二位，因此廣泛應(yīng)用于磨料。c、γ—Al2O3它屬于立方晶系，具有很大的分散性，化學(xué)性質(zhì)較為活潑，易于酸或堿溶液作用。γ—Al2O3對(duì)水和其它物質(zhì)具有很高的吸附特性，因此可作為吸附劑和干燥劑等。二、氧化鋁水合物氧化鋁水合物是構(gòu)成自然界各種類型鋁土礦的主要成分，可以用很多方法人工制取。結(jié)晶的氧化鋁水合物通常按所含結(jié)晶水?dāng)?shù)目的不同，分為三水型氧化鋁和一水型氧化鋁兩類。三水型氧化鋁的同素異晶體包括：三水鋁石、拜耳石和諾水鋁石(或稱新三水鋁石)。一水型氧化鋁的同素異晶體包括：一水軟鋁石和一水硬鋁石。結(jié)晶不完善或低結(jié)晶氧化鋁水合物，成為鋁膠，如擬薄水鋁石和無(wú)定型鋁膠。氧化鋁水合物的分類及其表示符號(hào)類別組成名稱常用符號(hào)三水鋁石Al2O3.3H2O三水鋁石α—Al(OH)3拜耳石β—Al(OH)3諾水鋁石β?—Al(OH)3一水鋁石Al2O3.H2O一水軟鋁石γ—AlOOH一水硬鋁石α—AlOOH鋁膠Al2O3.nH2O無(wú)定型鋁膠Al2O3.nH2O(n=3~5)擬薄水鋁石Al2O3.nH2O(n=1.4~2)1、三水鋁石它是天然三水鋁石型鋁土礦的主要成分，也是氧化鋁生產(chǎn)中從鋁土礦中提取氧化鋁的中間產(chǎn)品，工業(yè)生產(chǎn)上稱為普通氧化鋁，俗稱氫氧化鋁。三水鋁石結(jié)晶屬于單斜結(jié)晶系，晶體呈鱗片狀，有玻璃光澤，莫氏硬度2.5~2.39。三水鋁石在熱水條件下可脫水轉(zhuǎn)變一水軟鋁石，轉(zhuǎn)變溫度為160~230℃；在堿液中可加速其轉(zhuǎn)化，溫度可降至120℃。三水鋁石在空氣中加熱會(huì)發(fā)生一系列的脫水和晶型轉(zhuǎn)變，在1200℃下最終轉(zhuǎn)變?yōu)棣痢狝l2O3。三水鋁石是典型的兩性化合物，能較快的溶于酸或堿溶液中。2、一水軟鋁石一水軟鋁石是構(gòu)成自然界中一水軟鋁石型鋁土礦的主要成分，一水軟鋁石結(jié)晶屬于斜方晶系，晶體呈片狀，莫氏硬度3.5~4.0。易溶于酸或堿溶液中，溶解度介于三水鋁石和一水硬鋁石之間。3、一水硬鋁石一水硬鋁石是構(gòu)成自然界中一水硬鋁石型鋁土礦的主要成分，一水硬鋁石結(jié)晶屬于斜方晶系