中高浓度铝酸钠溶液一段脱硅的动力学研究.pdf

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1、第2期矿产综合利用No．22014年4月MultipurposeUtilizationofMineralResourcesApr．2014中高浓度铝酸钠溶液一段脱硅的动力学研究王雅静，王立思，张志刚，翟玉春(1．沈阳化工大学，应用化学学院，辽宁沈阳110142；2．东北大学，材料与冶金学院，辽宁沈阳110004)摘要：本文主要考察脱硅时间、脱硅温度对铝酸钠溶液脱硅动力学影响，得到铝酸钠溶液一段脱硅的动力学方程为：一dC／dt=2．22x10。exp(一44．9x10’／RT)C；此过程的活化能为44．9kJ／mol，反应级数为n=1．65。硅渣的XRD结果表明：当硅铝酸钠溶液中A1

2、0浓度为170g／L、苛性比为=1．5、硅含量为8g／L、脱硅剂的用量为27g／L、脱硅时搅拌速度为300r／rain时，升高反应温度或延长反应时间，衍射峰逐渐增强，均有利于铝酸钠溶液脱硅反应的进行。关键词：铝酸钠溶液；脱硅；动力学方程；XRD；doi：10．3969／j．issn．1000—6532．2014．02．017中图分类号：TD989；TF03文献标志码：A文章编号：1000—6532(2014)02—0074—04铝土矿分为三水铝石型、一水硬铝石型、一水其苛性比为0【k=1．5，将纯NaSiO·9H0溶于去软铝石型以及混合型四种。世界铝土矿资源约230离子水中，将硅酸

3、钠溶液缓慢的滴入铝酸钠溶液中，亿t，其中80％以上为三水铝石矿，产地主要在赤道配置成硅铝酸钠溶液。附近。生产氧化铝就是从矿石中提取氧化铝使之与1．2溶液中硅、铝含量的测定杂质元素分离的过程¨J。在自然界中，铝和硅的化将硅铝酸钠溶液、脱硅剂(钙盐与硅渣的混合合物在碱溶液中有相似性，分离困难，硅可引起氧化物)置于容器中，搅拌、恒温进行脱硅反应，脱硅结钠和氧化铝的损失，又可在分解过程中析出，造成氧束，静置冷却，得澄清溶液。SiO：的含量用硅钼蓝比化铝产品质量下降]。可见氧化硅含量对氧化铝色法测定，A1：O，的含量用滴定法测定。生产成本起着举足轻重的作用。1．3XRD的测定目前国内外学者主

4、要研究了二氧化硅对铝用日本理学生产的x射线自动衍射仪对脱硅酸钠溶液物理性质的影响，以及二氧化硅在拜尔产物进行XRD分析，测试条件为：CuKa辐射、4O法加过程中浓度的变化，且有些学者“在20kV、40mA、步宽0．02。。扫描速度2~／min，扫描范世纪八九十年代进行过铝酸钠溶液脱硅的初步动力围10～80。。学研究，而近几年铝酸钠溶液脱硅动力学却较少研2结果与讨论究。本文旨在进一步研究铝酸钠溶液一段脱硅动力学，得到其动力学方程式，进而得到一段脱硅反应规2．1脱硅时间与温度对脱硅效果的影响律。配制A1O浓度为170g／L的硅铝酸钠溶液，使其苛性比为Or．=1．5，硅含量为8L，脱硅剂

5、的用1试验部分量为27g／L，脱硅时搅拌速度为300r／min。在其他1．1溶液的配制条件不变时，改变其反应温度及反应时间，测定脱硅配制氧化铝浓度为170g／L的铝酸钠溶液，使后溶液中硅的含量，以确定其反应动力学方程。收稿日期：2013—05—13；改回日期：2013—08—20基金项目：国家科技部970项目(G199904690—4)；辽宁省教育厅项目(05L339)。作者简介：王雅静(1963一)，女，博士，教授，物理化学专业。第2期王雅静等：中高浓度铝酸钠溶液一段脱硅的动力学研究‘75·表1为不同脱硅温度、不同脱硅时间条件下，铝以In(一dc／dt)做纵坐标，lnc为横坐标作

6、图得到图酸钠溶液脱硅后溶液中SiO剩余含量。由表1可以2。然后进行线性拟合，求得斜率为反应级数n=1．看出，随着脱硅温度的升高及脱硅时间的延长，溶液65，截距即为对应温度(80℃、90℃、100~(2、1IO~C)中的SiO浓度逐渐降低。时的lnk。表1不同脱硅温度下脱硅时间对脱硅效果的影响Table1Ef_fectoftimeondesilicationatdifferentdesilicationtemperature温。。m。。m。3538．004．613．121．931．130．630．440．373638．004．332．71．63O．870．510．300．253738

7、．004．022．321．160．4lO．3l0．220．193838．003．892．21020．370．270．2】0．】9图2In(一dc／dt)和lnc的关系2．2铝酸钠溶液一段脱硅动力学方程的推导Fig．2RelationshipofIn(-dc／dt)tolnc在铝酸钠溶液中，由于SiO浓度远远小于AlO浓度，且A1O，在溶液中损失很小，所以在铝酸钠根据Arrhenius活化能公式k=k0exp(一Ea／765432100溶液脱硅过程中，A1O，浓度视为常