表面活性剂对铝酸钠溶液种子搅拌分解的影响

铝酸钠溶液晶种分解是非常复杂的过程,分解率的高低,速度的快慢,产品粒度的大小不但与分解原液的质量浓度,NaO_K与Al₂O₃的物质量之比,及溶液制备的方法有关,而且与所加晶种的数量及晶种的质量,分解过程中所采用的温度制度有关,还与溶液和晶种表面的界面性质有密切关系·所以选择添加剂时首先要考虑它对溶液本身性质的影响·根据对铝酸钠溶液分解机理的研究,添加剂应能加速铝酸钠溶液中铝酸根离子的聚合反应,铝酸根离子的聚合度越高,越有利于分解·添加剂应能降低相界面张力,从而提高已有结晶中心的效能;能使Al(OH)₃晶种选择性的吸附Al(OH)^-₄离子,使Al(OH)₃晶种表面含有较多的自由基和尾基,即具有更多的活性中心。根据对添加剂的这些要求,笔者选择了表面活性剂作为添加剂,表面活性剂是指显著降低溶剂表面张力和液 液界面表面张力并具有一定结构､亲水亲油特性和特殊吸附性能的物质,或者说表面活性剂具有在两种物质间的界面上易于聚集,并能显著改变这两种物质间的界面性质的物质。表面活性剂按亲水基是否荷电,分为离子型和非离子型两大类,离子型表面活性剂的分子在水中能电离,能电离出阳离子的称阳离子表面活性剂,能电离出阴离子的称阴离子表面活性剂,同时能电离出阳､阴离子的表面活性剂称两性表面活性剂,非离子表面活性剂在水中不电离呈中性,表面活性剂的类型不同其性质有很大差别,对反应过程的影响也不同。所以在试验中分别选择了不同类型的表面活性剂,考察它们对分解过程的影响,试验所采用的表面活性剂如表1所示。

2 表面活性剂对分解过程的影响
2.1 表面活性剂的添加量

根据实际生产,采用高浓度分解原液,其Na₂O_K的质量浓度为164 86g/L,晶种系数为1. 5,分解时间24h,温度从75℃均匀降至62 .5℃,在不同NaO_K与Al₂O₃的物质量之比的分解原液中加入不同种类的表面活性剂,考察对分解过程的影响。由于表面活性剂的作用不但与其种类有密切关系,而且添加量的多少也有很大影响,因为表面活性剂在临界胶束浓度上下的范围内,许多物理化学性质都会发生变化,只有在临界胶束浓度以上时,才显示出表面活性剂真正的性质,所以本试验针对每一种添加剂都作了不同添加量的试验,以其找到最佳添加量,每一种添加剂的添加量(体积分数)分别为1.0ml·L^-1,4.0ml·L^-1,7.0ml·L^-1,10.0ml·L^-1。
2.2 试验原料

铝酸钠溶液采用工业氢氧化铝和工业氢氧化钠在不锈钢罐中加热配制而成,其NaO_K与Al₂O₃的物质量之比在1.5～2.1范围,首先配制成氧化钠的质量浓度为250～300g·L^-1的浓溶液,使用时加水稀释至所需浓度。
2.3 表面活性剂对分解率的影响

从山西铝厂生产实际出发,采用高浓度的分解原液,其Na₂O_K的质量浓度为164.86g·L^-1,晶种系数为1.5,分解时间为24h,分解采用降温制度:初温75℃,末温62.5℃·在不同NaO_K与Al₂O₃的物质量之比的分解原液中加入不同量的表面活性剂,考察表面活性剂对铝酸钠溶液分解率n的影响,试验结果如图1～图4所示。

从上述实验结果可以看出,不同表面活性剂对铝酸钠溶液分解过程的作用不同,同一种表面活性剂其添加量不同对分解过程的影响也不同。其中表面活性剂B在添加的体积分数为10.0ml·L^-1时可使分解率在24h提高6%左右,而添加体积分数为4 .0ml·L^-1的铝酸钠溶液分解率比无表面活性剂的提高了4%左右;表面活性剂D添加的体积分数为1.0ml·L^-1时,分解率提高了7%左右,而添加量为10.0ml·L^-1,分解率仅提高3%左右,表面活性剂A､C也使分解率有所提高,但其幅度较小。

单一表面活性剂对分解率的影响,可以得出这样的结论,即阴离子型的､且分子量较大的表面活性剂可强化溶液的分解过程,为什么该表面活性剂可以使溶液的分解率提高,其作用机理如何?首先是由于表面活性剂的加入使溶液的某些物理化学性质发生了显著的变化,比如使溶液的表面张力和粘度都下降,这已经被试验的结果证明,在笔者以后的文章中会陆续提及,其次表面活性剂会改变Al(OH)₃晶种表面的性质,从而导致了铝酸钠离子在溶液中的扩散及它在晶种的表面的润湿,吸附等作用的不同,进而导致了表面活性剂对分解过程的影响和作用不同,更确切的解释取决于今后的更深入的研究结果。
3 结  论

(1)在铝酸钠溶液种子搅拌分解过程中,加入少量的高分子聚合物可强化分解过程的进行,可使分解率提高。

(2)使用单一添加剂时,阴离子型大分子量添加剂的效果明显,24h可使分解率提高6%左右。