» » Факторы, влияющие на эффективность процесса декомпозиции
03.12.2015

При кристаллизации гидроксида происходят следующие процессы:
1) образование центров кристаллизации;
2) формирование новых кристаллов из центров кристаллизации (и распад кристаллов);
3) рост кристаллов в результате выделения гидроксида из пересыщенных алюминатно-щелочных растворов;
4) укрупнение частиц агломерацией.
Каждый из этих процессов доминирует в определенных условиях.
При кристаллизации происходит переход алюминия из пересыщенного раствора в твердую фазу. Образование единичного кристалла включает две последовательные стадии:
- возникновение в пересыщенном растворе центра кристаллизации — зародыша будущего кристалла;
- рост кристалла на базе этого зародыша.
Зародышеобразование может быть представлено следующей схемой:
комплексные анионы Аl(ОН)4- → образование полимерных анионов Аln(ОН)3n+1 → образование ассоциатов [А1n(ОН)3n-1]m → поликонденсация с выделением в осадок полимера [Аl(ОН)3]m.
Резкое уменьшение величины индукционного периода (т. е. периода, когда раствор сохраняется неразложенным) с ростом количества затравки, малое значение энергии активации (≤35 кДж/моль), а также зависимость скорости разложения от интенсивности перемешивания свидетельствуют о том, что лимитирующей стадией является внешнедиффузионная.
Размер зародыша r можно определить по формуле
r = 2σM/ρRTln(x'/x0),

где х’ — концентрация пересыщенного раствора; х0 — концентрация насыщенного раствора; х’/х0 — степень пересыщения; σ — поверхностное натяжение; М — молярная масса твердой фазы; ρ — плотность вещества.
Скорость возникновения устойчивых зародышей J (т. е. их число, образующееся в единицу времени в единице объема раствора) описывают формулой
J = K exp[-A/RT],

где К — коэффициент пропорциональности; А — работа образования зародыша, состоящая из работы, затрачиваемой на образование поверхности раздела фаз σ*F, и работы образования массы зародыша ΔР*V; F — площадь поверхности; V — объем зародыша; ΔР = 2σ/r — давление внутри зародыша, вызванное силой поверхностного натяжения.
Для зародышей сферической формы
Факторы, влияющие на эффективность процесса декомпозиции

Для зародыша кристалла J = K exp [aσ3/ρ2Т3 * ln2(x'/x0)], где а — коэффициент, зависящий от формы кристалла.
Скорость образования зародышей в зависимости от пересыщения (кривая 1) раствора представлена на рис. 8.1.
Факторы, влияющие на эффективность процесса декомпозиции

При малых пересыщениях скорость образования зародышей равна нулю и резко возрастает после достижения некоторого критического пересыщения.
Образованию зародышей способствуют механические и другие возмущения внутри раствора, вызванные перемешиванием, встряхиванием или наложением ультразвукового, электрического или магнитного полей.
В пересыщенном растворе ионы Аl(ОН)4- встраиваются в кристаллы затравки на активных точках, и происходит равномерный рост кристаллов.
При пересыщении более 15 г/л Al2O3 (П = Al2O3(в растворе)-Al2O3(равновесное)) на поверхность затравки садятся двухмерные зародыши, образующие гиббситовое кольцо. При пересыщении более 25 г/л Аl2О3 садятся трехмерные зародыши, и им необходимо время для срастания. Такие кристаллы склонны к отрыванию от кристаллов затравки, и в результате этого образуется мелочь - большое число мелких кристаллов.
Для описания кинетики процесса декомпозиции предложено следующее уравнение (выведенное Л. Г. Романовым):
dу/dт=К[(Сн-у)-Ср],

где dу — количество глинозема, перешедшее в твердую фазу в каждый момент времени из единицы объема раствора; Сн — начальная концентрация Аl2О3 в растворе; Ср — равновесная концентрация Аl2О3 в растворе; (Сн — у) — концентрация Аl2О3 в момент времени т; К — константа скорости процесса декомпозиции.
Основным этапом кристаллизации гидроксида является преимущественный линейный рост вновь образованных или внедренных затравкой зерен гидроксида.
Факторы, влияющие на процесс декомпозиции:
1) температурный режим декомпозиции;
2) каустические модули исходного и конечного алюминатного раствора;
3) продолжительность процесса декомпозиции;
4) концентрация исходного алюминатного раствора;
5) пересыщение раствора;
6) количество и качество затравки;
7) вторичное зародышеобразование;
8) растворимые примеси в алюминатном растворе;
9) процесс агломерации;
10) эффект модификатора роста кристаллов (МРК);
11) перемешивание.