铝合金化铣液中溶解铝的稳定技术研究

论文摘要

随着中国经济的飞速发展，原铝需求量不断增加，国内铝土矿资源日益减少，现阶段能否从含铝的失效溶液中析出溶解铝，并实现失效溶液重新回用，成为实现循环经济可持续发展急需解决的问题，但是到目前为止还没有一个有效的解决方法。本文就失效的铝合金化铣液进行研究分析，在不影响化铣溶液中有效成分的前提下，将溶解铝进行分离，实现回收溶解铝并将失效的化铣溶液再生后，重新回用到铝材化铣工艺的目的。本文对铝合金化铣溶液中各种物质进行了定性与定量分析测定，并对化铣溶液中溶解铝的去除方法进行实验论证，首次提出具有工业应用价值的化铣溶液中溶解铝的去除方法。具体研究结果如下：（1）采用多种方法去除化铣溶液中溶解铝，确定最佳方法。笔者主要采用空气曝气法、超声强化法、CaO结晶法、纯水稀释法、Al（OH）3结晶法来去除化铣溶液中的溶解铝。实验结果表明：采用空气曝气法和超声强化法不能去除化铣溶液中的溶解铝；采用CaO结晶法，铝的去除率能够达到40%以上，但是化铣溶液中增加了非原溶液中物质Ca离子；采用纯水稀释法，能够破坏溶液中氢氧化钠和溶解铝动态平衡，使溶解铝结晶析出；Al（OH）3结晶法对溶解铝的去除率能够达到50%以上，并没有添加新的化学物质到溶液中，不会改变原有的配比，氢氧化钠、硫化钠和三乙醇胺的损失率小于10%，结合实验结果，笔者得到新的实验方法即纯水稀释结晶法。（2）采用单因素实验与正交实验对纯水稀释结晶法进行系统分析，确定出该方法最佳的实验条件及参数设置。1)单因素实验结果表明：最适宜的稀释倍数为1倍-2倍，溶解铝的去除率能达到60%以上；结晶析出的白色固体物质经X-衍射测定，显示该物质99%以上为氢氧化铝晶体。最适宜温度范围控制在35℃-55℃之间，在这一温度范围内溶解铝的去除率在30%-50%之间，反应周期为8-10天。Al（OH）3晶核来自于化铣溶液本身，因而不会引入任何的其他杂质。最适宜的晶核添加量为溶液中溶解铝质量的0.5倍-1倍，实验反应周期仅为5-6天，溶解铝的去除率为50%以上。搅拌机的转速对分解速度的影响不大。只要能够使Al（OH）3晶核在溶液中保持悬浮状态即可。2)正交实验结果表明：笔者采用Design-Expert software7.0.0软件对正交实验进行设计与分析，结果表明：稀释倍数、温度和晶核量三者之间没有交互影响，但三个因素对纯水稀释结晶法均产生显著的影响。三个因素对溶解铝的去除影响为：稀释倍数＞温度＞晶核添加量。即稀释倍数对铝的去除影响最为显著，温度和晶核添加量相对次之。最佳去除效果参数设置是温度为35℃，稀释倍数为2倍，晶核添加量为1.5倍，溶液中的溶解铝去除率稳定保持在50%以上。（3）根据正交实验结果，笔者进行小试试验。最终结果与实验论证一致。由于小试试验后，该方法要应用于工程实践，因此，在装置设计时兼顾生产实际，得出通过升高温度能够将反应时间缩短至48小时，溶液中溶解铝的去除率稳定在35%左右。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的背景
• 1.2 课题研究的目的
• 1.3 课题研究的意义
• 1.4 本课题相关领域的研究趋势
• 1.5 本课题的研究内容
• 1.6 本课题的研究方案
• 第2章 化铣溶液的性质研究及处理工艺现状
• 2.1 引言
• 2.2 化铣溶液中铝酸钠的性质
• 2.2.1 Na2O-Al2O3-H2O 平衡系
• 2.2.2 铝酸钠溶液的稳定性
• 2.2.3 铝酸钠溶液的物理化学性质
• 2.3 化铣溶液中铝酸钠的结构
• 2.3.1 胶体说
• 2.3.2 络合粒子说
• 2.4 化铣溶液提取溶解铝的技术研究
• 2.4.1 纯水稀释
• 2.4.2 超声波强化
• 2.4.3 离子膜电解
• 2.4.4 通入 CO2的方法
• 2.4.5 加入 CaO 结晶
• 3结晶'>2.4.6 加入 Al（OH）₃结晶
• 第3章 化学成分测定方法及不同方法溶出效果分析
• 3.1 引言
• 3.2 各化学成分的测定方法
• 3.2.1 试验仪器、试剂
• 3.2.2 不同物质的测定方法
• 3.3 化铣溶液中主要化学成分测定
• 3.4 不同去除铝实验方案探讨
• 3.4.1 纯水稀释法
• 3.4.2 空气曝气法
• 3.4.3 超声强化法
• 3.4.4 CaO 结晶法
• 3.4.5 Al（OH）3结晶法
• 3.5 本章小结
• 第4章 稀释结晶法影响因素的研究
• 4.1 引言
• 4.2 不同的实验控制因素
• 4.2.1 不同稀释倍数
• 4.2.2 不同反应温度
• 4.2.3 不同 Al（OH）3晶核添加量
• 4.2.4 不同搅拌速度
• 4.3 本章小结
• 第5章 正交实验确定最佳实验因数
• 5.1 引言
• 5.2 正交实验设计
• 5.2.1 正交实验目的
• 5.2.2 因素水平的确定
• 5.3 正交实验设计相关表格
• 5.4 正交实验设计说明
• 5.5 实验结果分析
• 5.6 去除率最优化
• 5.7 本章小结
• 第6章 化铣溶液处理设备实验
• 6.1 引言
• 6.2 第一批次化铣溶液设备实验
• 6.2.1 实验方案
• 6.2.2 数据记录与分析
• 6.3 第二批次化铣溶液分析
• 6.4 第二批次化铣溶液设备实验
• 6.4.1 实验方案
• 6.4.2 数据记录与分析
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢