生态化酸法制备氧化铝过程中的氯化铝溶液热解过程的基础研究

随着我国氧化铝生产规模及技术水平的不断提高，使用非传统铝土矿资源生产氧化铝的方法受到学术界和工业界的广泛关注。本课题提出了无废物排放的生态化酸法生产氧化铝的新思路，即盐酸加压浸出-浸出液萃取分离-氯化铝溶液直接热解生产氧化铝。克服了现有酸法技术氯化铝向氧化铝转化过程复杂及酸无法循环利用的缺点。课题围绕新思路，研究"氯化铝溶液直接热解生产氧化铝"核心科学问题，应用气-液-固多相反应物理化学和结晶学理论，系统研究氯化铝溶液热解过程中的多相反应热力学及反应规律，中间产物的生成规律及控制，氧化铝颗粒粒度、形貌及生长机理等。本课题的研究可为利用非传统铝土矿资源制备氧化铝的新方法提供科学依据，并具有重要的学术价值和经济意义。

本项目围绕东北大学提出的无废物排放的生态化酸法生产氧化铝新思路，系统研究氯化铝溶液热解过程中的多相反应热力学及反应规律，中间产物的生成规律及控制，氧化铝颗粒粒度、形貌及生长机理等，取得以下研究成果：.（1）热力学计算表明，AlCl3溶液直接热解的主反应式在298~800K温度范围内，反应的吉布斯自由能随着温度的上升而增加，当温度大于800K时，反应的吉布斯自由能随温度的上升而降低，在考察温度范围内，氯化铝热解反应的吉布斯自由能均小于零；随着AlCl3分压和H2O分压的增加、HCl分压的降低，反应的吉布斯自由能减小。.（2）分别建立了煤气加热喷雾热解炉、丙烷加热连续喷雾热解炉及电加热连续喷雾热解炉等热解装置，以及用于分析氯化铝溶液热解过程中喷雾形态的喷雾热解水模型试验装置。.（3）考察了氯化铝溶液静态热解以及煤气加热喷雾热解炉、丙烷加热连续喷雾热解炉及电加热连续喷雾炉热解过程。与晶体热解相比，溶液热解条件苛刻，通过喷雾的方式可以有效的提高氯化铝溶液的热解效果。溶液热解700℃开始出现结晶，但结晶度不高。煤气加热炉热解产物结晶较好，得到了三方晶系刚玉型氧化铝。电炉喷雾热解条件下，产物600℃开始结晶，1000℃得到结晶度较高的氧化铝。喷雾热解加速了氧化铝晶体的形成，并降低了氧化铝初始结晶转变温度。.（4）通过考察AlCl3溶液浓度、热解时间、热解温度对喷雾热解的影响，确定实验考察条件范围内喷雾热解最适宜条件为：热解温度在750~850℃范围内、AlCl3溶液质量浓度为15%时、热解时间为20min。.（5）通过对形核过程动力学研究，确定了氯化铝溶液直接热解过程的临界形核直径范围，并分析了不同热解方式下氧化铝产物的形貌及生产机理。.（6）采用高速照相拍摄手段及Image-Pro-Plus图像处理软件在压力0.05MPa，0.075MPa，0.1MPa，0.125MPa，0.15MPa及0.175MPa条件下，对0.0015m3/h，0.0038 m3/h和0.0114m3/h等三种型号喷嘴的热解反应器试验装置内雾化效果进行分析，发现对于同一喷嘴，喷射气体压力越大，雾化效果越明显，雾滴越细小，在相同喷射压力下，喷嘴流量越小，越容易形成雾化，雾滴分布越均匀。.项目研究期间共发表科技论文20篇，其中SCI收录4篇，EI收录17篇，ISTP收录8篇，获国家发明专利授权四项。