膜电解技术在碱溶碳分法氧化铝生产新工艺中的应用研究

论文摘要

新近提出的碱溶碳分法氧化铝生产工艺以膜电解碳酸钠溶液技术为核心,利用电解槽阴极室出来的NaOH溶液进行溶矿得到铝酸钠溶液,利用电解槽阳极室所得的碳酸氢钠溶液中和铝酸钠溶液,得到氢氧化铝和碳酸钠溶液,所得碳酸钠经过纯化处理后进入电解槽电解,从而实现整个氧化铝生产流程的闭路循环。碱溶碳分氧化铝生产工艺有可能实现生产能力的翻倍,是高效的、绿色的新型氧化铝生产工艺。本文主要针对膜电解碳酸钠溶液技术出现的各种问题进行了分析研究,并提出多种解决方案。本论文拟解决的主要问题包括：第一,碳分母液在进槽前必须经过严格的除杂净化,否则将严重影响离子膜使用寿命,导致槽电压升高；第二,应系统优化电解工艺条件和参数,以获得最佳电流效率,包括阴阳极材料的评选、阴阳极区电解液浓度、操作温度、电流密度等；第三,需要在较大规模电解槽中连续运行一段时间,以实现了电解工序与碱溶、碳分工序的衔接,为大规模工业化奠定基础。经过多次净化实验发现,分解母液经过预过滤-NaHCO3深度碳分-0.25μm滤膜过滤-离子交换树脂吸附等连续净化步骤后,溶液中Al、Ca、Fe、Mg, Si等杂质离子含量降至3mg／L以下；在电极面积为120cm2的小型电解槽进行了电极材料筛选以及电解参数优化；在电极面积为1100cm2的电解槽上进行了全流程中试试验,以Ti-Ir网状材料为阳极、Ni-Ru网状材料为阴极,电解参数：阳极区进液为1.5M Na2C03溶液,阴极区进液为5.5M NaOH溶液,电流密度为1000A／m2；操作温度：70±5℃,连续运行5天,稳定后槽电压为2.53V左右,平均电流效率为97%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 氧化铝生产
• 1.1.1 氧化铝生产概述
• 1.1.2 工业氧化铝生产方法
• 1.1.3 拜耳法生产氧化铝的弊端
• 1.2 碱溶碳分法氧化铝生产新工艺
• 1.3 膜电解是碱溶碳分法氧化铝生产新工艺的关键工序
• 1.4 离子膜电解技术
• 1.4.1 离子膜电解技术概述
• 1.4.2 阳离子交换膜
• 1.4.3 膜电解阳极材料研究概况
• 1.4.4 膜电解阴极材料研究概况
• 1.4.5 离子膜电解槽结构
• 1.5 小结
• 第二章 碳分母液净化除杂
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验药品
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 3深度碳分除Al'>2.3.1 加NaHCO₃深度碳分除Al
• 2.3.2 树脂吸附除杂工艺
• 2.3.3 除杂效果
• 2.3.4 考察絮凝剂对电解影响
• 2.3.5 Ga、V离子对分解母液的影响
• 2.4 小结
• 第三章 离子膜电解法电解碳酸钠
• 3.1 引言
• 3.2 电解工艺条件试验与优化
• 3.2.1 实验药品
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验装置与实验原理
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 电解温度对槽压影响
• 3.3.2 阳极碳酸钠浓度对槽压影响
• 3.3.3 氢氧化钠浓度对槽压影响
• 3.3.4 电流密度对膜电解影响
• 3.3.5 阴极材料的选择与评价
• 3.3.6 阳极材料的选择与评价
• 3.3.7 电解槽结构对槽电压的影响
• 第四章 全流程中试试验
• 4.1 引言
• 4.2 全流程扩大实验的主要考查内容及研究方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 验证分解母液"深度碳分-精滤-树脂吸附"除杂工艺的效果
• 4.3.2 验证电解参数
• 3进行溶出和分解'>4.3.3 利用电解所得NaOH和NaHCO₃进行溶出和分解
• 第五章 结论
• 第六章 展望及下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书