铝酸钠溶液文档

PAGEPAGE5铝酸钠溶液一、铝酸钠溶液的性质铝酸钠溶液是碱法生产氧化铝的重要中间产物，其分子式为：NaAl(OH)4。铝酸钠溶液的基本成分是Al2O3和Na2O。1、铝酸钠溶液的主要成分Na2O.Al2O3(铝酸钠)Na2O.SiO2(硅酸钠)NaOH(氢氧化钠)Na2CO3(碳酸钠)2、铝酸钠溶液的分析成分Na2OK(苛性氧化钠)Na2CO3(碳酸钠)Al2O3(氧化铝)SiO2(二氧化硅)Fe2O3(氧化铁)3、铝酸钠溶液碱成分铝酸钠溶液的组成是以溶液中Al2O3和Na2OK(苛性碱)的绝对浓度表示的。(1)苛性碱(Na2OK或NK)包括化合为铝酸钠的Na2O和以氢氧化钠形式存在的游离Na2OK浓度以g/1表示。(2)碳酸碱(Na2Oc)和硫酸碱(Na2Os)工业铝酸钠溶液中的碳酸钠Na2CO3(以Na2Oc或NC表示)工业铝酸钠溶液中的硫酸钠Na2SO4(以Na2Os或Ns表示)等碱。(3)全碱(Na2OT或NT)铝酸钠溶液中的苛性碱与碳酸碱浓度之和称为全碱，即Na2Oc+Na2OK=Na2OT4、工业铝酸钠溶液的组成工业铝酸钠溶液中Al2O3浓度和Na2O度变化范围很大，Al2O3为60~250g/1，Na2OK为100~280g/1，Na2Oc约为10~30g/1。5、铝酸钠溶液的αK铝酸钠溶液中的Na2O与Al2O3的比值，可以用来表示铝酸钠溶液中氧化铝的饱和程度，是铝酸钠溶液的一个重要特性参数，也是氧化铝生产过程的一项重要的技术指标。对于这个比值，有不同的习惯表示方法。较为普遍的是采用铝酸钠溶液中的Na2O与Al2O3的摩尔数之比，写作Na2O/Al2O3摩尔比，或简称“摩尔比”，以符号“MR”(或αK)示。式中的102和62分别为Al2O3和Na2O的分子量。[例1]铝酸钠溶液的成分为Na2O135克/升、A12O3130克/升，则该溶液的Na2O：A12O3分子比为：[例2]已知某溶出粗液中：Al2O3122.2g/l；SiO24.9g/l；Na2OK92.1g/l。求该粗液的苛性化系数αK和硅量指数A/S？解：工业铝酸钠溶液的Na2O/Al2O3摩尔比变化范围也很大，大致为1.25~4.0。不存在摩尔比MR≤1的铝酸钠溶液。由于αK的不同，在同等浓度的铝酸钠溶液中，有不同的行为：αK很高时，铝酸钠溶液在相当长的时间内也不会水解，性质相当稳定；αK很低时，铝酸钠溶液能自行分解出氢氧化铝，不稳定。铝酸钠溶液的水解反应如下：上式是可逆反应，反应的方向主要取决于αK，当αK较低时，反应向右进行；提高αK时，反应向左进行，结晶的Al(OH)3将全部溶解。二、Na2O—A12O3—H2O系研究铝酸钠溶液，首先要了解氧化铝在氢氧化钠溶液中的溶解度与碱液浓度和温度的关系及其平衡固相。不同温度条件下的Na2O—A12O3—H2O系平衡状态图己有多人研究过。据某些测定结果绘出的Na2O—A12O3—H2O的溶解度等温线如图1—l所示。由图可知：(1)不同温度下的溶解度等温线都包括两个线段：左支线随Na2O浓度增加，A12O3溶解度增大；右支线随Na2O浓度增加，A12O3溶解度下降，这两线段的交点，即是在该温度下的A12O3在Na2O溶液中的最大溶解度。说明：在不同的温度下，氧化铝的溶解度都是随着溶液中苛性碱浓度的增加而增大，但当苛性碱浓度超过某一限度后，氧化铝的溶解度又随苛性碱浓度的增加而降低。这与溶液的平衡固相成分改变有关。(2)随温度升高，溶解度等温线的曲率逐渐减小，即越来越直，它的两个线段所构成的夹角也逐渐增大，这样就使溶液的未饱和区越来越大。溶解度的最大点随温度升高而向较高的Na2O浓度和Al2O3浓度方向推移。(3)曲线左侧各等温线上的平衡固相，在100℃以下为三水铝石，在较高温度时理论上的平衡固相是一水硬铝石(因一水软铝石为介稳相)；曲线右侧各等温线上的平衡固相，在130℃以下为水合铝酸钠Na2O·A12O3·2.5H2O，130℃以上为无水铝酸钠NaAlO2。利用Na2O—A12O3—H2O系状态图等温线的特点，可以解释铝酸钠溶液稳定性的某些规律：1、在其它条件相同时，溶液分子比αK越低，其过饱和程度越大；2、在常压下溶液温度越低，等温线的曲率越大，所以当溶液分子比αK一定时，中等浓度(50~160g/lNa2O)的铝酸钠溶液的过饱和度大于更稀和更浓的溶液。拜耳法生产氧化铝即根据Na2O—A12O3—H2O系溶解度等温线(左侧曲线)的上述特点，利用浓苛性碱溶液和在较高温度下，溶出铝土矿中的氧化铝，然后再经冷却和稀释使溶液成过饱和而析出氢氧化铝。三、铝酸钠溶液的稳定性及影响稳定性的因素1、铝酸钠溶液的稳定性铝酸钠溶液的稳定性指的是从过饱和的铝酸钠溶液开始分解析出氢氧化铝所需时间的长短。研究铝酸钠溶液的稳定性，对生产过程有重要意义。在氧化铝生产中的铝酸钠溶液，绝大部分处于过饱和状态，因此，如果生产过程控制不好，则溶液将自发结晶析出氢氧化铝而造成氧化铝的损失。例如，拜耳法溶出后的铝酸钠溶液在其与赤泥分离洗涤的过程中，必须保持有足够的稳定性以避免溶液的自发分解所造成的Al2O3损失，并减轻氢氧化铝在槽壁和管道上的结疤。在铝酸钠溶液晶种分解工序则需要破坏铝酸钠溶液的稳定性，以加速和加深溶液的分解，提高单位体积铝酸钠溶液中Al2O3的产出率，增进经济效益。因此生产具有适当稳定性的铝酸钠溶液对碱法生产氧化铝具有十分重要的意义。2、影响铝酸钠溶液稳定性的因素影响铝酸钠溶液稳定性的主要因素如下：铝酸钠溶液的苛性比值αK、铝酸钠溶液的浓度以及溶液中所含的杂质等。(1)铝酸钠溶液的分子比αK在其他条件相同时，溶液的分子比αK越低，其过饱和度越大，溶液的稳定性越低。对于同一A12O3浓度：当分子比为αK=1时溶液处于未饱和状态，尚能溶解A12O3；当分子比αK=2时，溶液处于平衡状态；当分子比为αK=3时，溶液处于过饱和状态，将析出Al(OH)3晶体。(2)铝酸钠溶液的浓度当溶液分子比αK一定时，中等浓度(Na2O50~60g/L)铝酸钠溶液的过饱和度大于更稀或更浓的溶液，即中等浓度的铝酸钠溶液稳定性最小。(3)温度当铝酸钠溶液的αK不变时，溶液的稳定性随温度的降低而降低。但当溶液的温度低于30℃后继续降低，由于溶液粘度增大，稳定性反而增大。(4)溶液中所含的杂质铝酸钠溶液所含有的某些固体杂质，如氢氧化铁和钛酸钠等，使溶液稳定性降低；工业铝酸钠溶液中的多数杂质,如SiO2、Na2CO3、Na2SO4、Na2S以及有机物等都不同程度地使溶液稳定性增高。这与上述杂质都会增大溶液的粘度有关。(5)晶种在研究合成的纯铝酸钠溶液的稳定性时发现，用超速离心机将溶液中大于0.02μm的微粒分离以后，即使溶液的过饱和程度很大，也可长期保存而不发生水解。在铝酸钠溶液中往往带入某些固体杂质，如果溶解的三水铝石以及氢氧化铁等，极微细的氢氧化铁离子经胶凝作用也可长大，结晶成纤铁矿结构，它与一水软铝石的结构相似，因而起着氢氧化铝结晶核心的作用，使溶液的稳定性下降。添加晶种会降低铝酸钠溶液的稳定性。所以，铝酸钠溶液的稳定性决定于它的过饱和度的大小，同时又受溶液中所含杂质的影响。补充知识氧化铝及水合物的性质一、氧化铝(氧化铝又称无水氧化铝)1、氧化铝的物理化学性质分子式为Al2O3，分子量为102，为两性氧化物，能溶于无机酸和碱性溶液中，由于Al2O3的结晶形式不同，其在无机酸和碱性溶液中的溶解度也不同。2、氧化铝的同素异晶体存在于自然界中的氧化铝称为刚玉(α—Al2O3)，它在岩石中呈五色结晶，也可与其它氧化物杂质(氧化铬或氧化铁)染成带色的结晶体，红色的结晶体为红宝石，蓝色的结晶体为蓝宝石。工业氧化铝是各种氧化铝水合物热分解的脱水产物，它们形成一系列的同素异晶体，有些呈分散相，有些呈过渡态，但当温度超过1200℃时，它们都转变为同一种稳定的最终产物，真正的无水氧化铝，即α—Al2O3。所以氧化铝的同素异晶体又可以看作是α—Al2O3的中间过渡态，按照它们的生成温度可分为两大类：(1)低温氧化铝其化学组成为Al2O3.nH2O，式中0<n<0.6，是各种氧化铝水合物在不超过600℃下脱水的产物，这些形态也叫γ系列，包括ρ—Al2O3，χ—Al2O3，η—Al2O3，γ—Al2O3，其结晶情况不好。(2)高温氧化铝是在800℃~1200℃的温度条件下形成的，几乎是无水产物，这些形态成为δ系列，包括α—Al2O3，κ—Al2O3，θ—Al2O3和δ—Al2O3，结晶情况较好。a、活性氧化铝在催化领域中常用的是γ—Al2O3和η—Al2O3。通常所说的活性氧化铝，一种是指活性γ—Al2O3；另一种含义则是泛指χ—Al2O3、η—Al2O3和γ—Al2O3的混合物。b、α—Al2O3它属于六角晶系，由于具有完整的晶型，所以是所有氧化铝同素异晶体中最稳定的一种，它在酸中和碱液中不溶解。含α—Al2O3的细粉在冰晶石——氧化铝熔体中很快溶解，且在空气中不吸收水分，流动性好，对铝电解生产有力。纯刚玉的熔点是2050℃，沸点是2980℃，莫氏硬度仅次于金刚石而居第二位，因此广泛应用于磨料。c、γ—Al2O3它属于立方晶系，具有很大的分散性，化学性质较为活泼，易于酸或碱溶液作用。γ—Al2O3对水和其它物质具有很高的吸附特性，因此可作为吸附剂和干燥剂等。二、氧化铝水合物氧化铝水合物是构成自然界各种类型铝土矿的主要成分，可以用很多方法人工制取。结晶的氧化铝水合物通常按所含结晶水数目的不同，分为三水型氧化铝和一水型氧化铝两类。三水型氧化铝的同素异晶体包括：三水铝石、拜耳石和诺水铝石(或称新三水铝石)。一水型氧化铝的同素异晶体包括：一水软铝石和一水硬铝石。结晶不完善或低结晶氧化铝水合物，成为铝胶，如拟薄水铝石和无定型铝胶。氧化铝水合物的分类及其表示符号类别组成名称常用符号三水铝石Al2O3.3H2O三水铝石α—Al(OH)3拜耳石β—Al(OH)3诺水铝石β́—Al(OH)3一水铝石Al2O3.H2O一水软铝石γ—AlOOH一水硬铝石α—AlOOH铝胶Al2O3.nH2O无定型铝胶Al2O3.nH2O(n=3~5)拟薄水铝石Al2O3.nH2O(n=1.4~2)1、三水铝石它是天然三水铝石型铝土矿的主要成分，也是氧化铝生产中从铝土矿中提取氧化铝的中间产品，工业生产上称为普通氧化铝，俗称氢氧化铝。三水铝石结晶属于单斜结晶系，晶体呈鳞片状，有玻璃光泽，莫氏硬度2.5~2.39。三水铝石在热水条件下可脱水转变一水软铝石，转变温度为160~230℃；在碱液中可加速其转化，温度可降至120℃。三水铝石在空气中加热会发生一系列的脱水和晶型转变，在1200℃下最终转变为α—Al2O3。三水铝石是典型的两性化合物，能较快的溶于酸或碱溶液中。2、一水软铝石一水软铝石是构成自然界中一水软铝石型铝土矿的主要成分，一水软铝石结晶属于斜方晶系，晶体呈片状，莫氏硬度3.5~4.0。易溶于酸或碱溶液中，溶解度介于三水铝石和一水硬铝石之间。3、一水硬铝石一水硬铝石是构成自然界中一水硬铝石型铝土矿的主要成分，一水硬铝石结晶属于斜方晶系