五元杂环类添加剂对铝酸钠溶液种分过程的影响

论文摘要

在拜耳法生产氧化铝工艺中,选用合适的添加剂是强化铝酸钠溶液晶种分解过程的一种简单易行的方法,由于对铝酸钠溶液结构及添加剂与晶种表面的作用机制不甚了解,在选择合适添加剂上往往缺乏理论指导。本文选择一组具备独特结构的五元杂环化合物添加剂,即核糖、四氢糠醇、四氢呋喃作为探针分子,在不同苛碱浓度、添加剂浓度下,通过研究种分分解率、产品粒度、产品形貌与晶体结构的变化,探讨了不同结构探针分子对铝酸钠溶液种分过程的影响,采用Materials Studio软件中的DMo13程序对探针分子与Gibbsite氢氧化铝晶体分子作用模型进行几何优化,计算了优化后模型的几何构型、总能量、原子净电荷数、态密度、费米能级等,获得了五元杂环类添加剂在铝酸钠溶液种分过程中的作用机理,结论如下:1.核糖的添加明显抑制了附聚过程,随着添加浓度的增加和苛碱浓度的增大,核糖的抑制作用增强,种分过程出现成核现象,产品的细化现象明显。但是核糖的添加并不能完全抑制氢氧化铝的附聚,种分8h后0～10μm粒度范围内粒子已经完全附聚成较大粒径的颗粒。2.四氢糠醇的添加对附聚过程分解率及产品粒度未产生明显的影响,仅产品的晶体表面出现了少量的片状单晶。3.四氢呋喃对铝酸钠溶液附聚过程起明显的促进作用,随着添加浓度的增加和苛碱浓度的增大,促进作用增强,种分过程以附聚为主,产品粒度明显增大。当四氢呋喃添加量为100mg/L时,产品晶粒之间的连接最紧密,此浓度下产品粒径增大最明显。4.添加剂核糖、四氢糠醇、四氢呋喃对铝酸钠溶液种分过程的作用机制存在差异。随着探针分子羟基个数增多,氧原子的净电荷数绝对值增大(四氢呋喃＜四氢糠醇＜核糖),探针分子与晶种表面形成的氢键键能增大,对晶种表面活性点的封闭作用增大,对种分附聚过程的抑制作用也增大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 绪言
• 1.2 过饱和铝酸钠溶液的性质及结构
• 1.3 铝酸钠溶液种分过程强化途径
• 1.3.1 外场强化
• 1.3.2 晶种活化
• 1.3.3 添加剂强化
• 1.3.3.1 无机盐添加剂
• 1.3.3.2 有机添加剂
• 1.4 量子化学方法及DMol3软件包计算原理
• 1.5 本课题的提出
• 第二章 种分实验及分析方法
• 2.1 实验方法
• 2.1.1 铝酸钠溶液与晶种的制备
• 2.1.2 实验流程图
• 2.1.3 主要试剂与仪器
• 2.1.4 实验装置示意图
• 2.1.5 标准溶液的配制
• 2.2 苛性碱的分析
• 2.3 氧化铝的分析
• 2.4 氢氧化铝的粒度分析
• 2.5 扫描电镜（SEM）测定
• 2.6 X射线衍射（XRD）测定
• 第三章 核糖对铝酸钠溶液种分过程的影响
• 3.1 不同添加量的核糖对铝酸钠溶液分解率及产品粒度分布的影响
• 3.2 不同苛碱浓度下核糖对铝酸钠溶液分解率及产品粒度分布的影响
• 3.3 不同添加量的核糖对产品氢氧化铝表面形貌的影响
• 3.4 产品氢氧化铝X射线衍射分析
• 3.5 小结
• 第四章 四氢糠醇对铝酸钠溶液种分过程的影响
• 4.1 四氢糠醇添加量对铝酸钠溶液分解率及产品粒度分布的影响
• 4.2 四氢糠醇对不同苛碱浓度铝酸钠溶液分解率及产品粒度分布影响
• 4.3 不同添加浓度下四氢糠醇对产品氢氧化铝表面形貌的影响
• 4.4 产品氢氧化铝X射线衍射分析
• 4.5 小结
• 第五章 四氢呋喃对铝酸钠溶液种分过程的影响
• 5.1 四氢呋喃添加量对铝酸钠溶液分解率及产品粒度分布的影响
• 5.2 四氢呋喃对不同苛碱浓度铝酸钠溶液分解率及产品粒度分布影响
• 5.3 四氢呋喃对产品氢氧化铝表面形貌的影响
• 5.4 产品氢氧化铝X射线衍射分析
• 5.5 小结
• 第六章 五元杂环类添加剂作用机理探索
• 6.1 引言
• 6.2 理论模型与计算方法
• 6.3 核糖的作用机理
• 6.3.1 核糖分子几何构型优化及净电荷数值
• 6.3.2 计算模型及作用机理
• 6.4 四氢糠醇的作用机理
• 6.4.1 四氢糠醇分子几何构型优化及净电荷数值
• 6.4.2 计算模型及作用机理
• 6.5 四氢呋喃的作用机理
• 6.5.1 四氢呋喃分子几何构型优化及净电荷数值
• 6.5.2 计算模型及作用机理
• 6.6 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要研究成果