分解溫度制度在鋁酸鈉溶液分解過程中的作用

耿殿輝

（國家電投集團山西鋁業(yè)有限公司，山西 原平 034100）

目前，工業(yè)氧化鋁的生產(chǎn)方法主要是拜爾法，即通過氫氧化鈉溶液溶出鋁土礦形成鋁酸鈉溶液，鋁酸鈉溶液經(jīng)過添加晶種、中間降溫、攪拌等操作分解得到合格氫氧化鋁，再經(jīng)過高溫煅燒得到氧化鋁。但是由于鋁酸鈉溶液的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，即使在鋁酸鈉溶液中添加氫氧化鋁晶種形成過飽和溶液分解也較為緩慢。因此，在工業(yè)氧化鋁的生產(chǎn)過程中，主要通過晶種活化、延長分解時間、執(zhí)行降溫制度等措施來提高分解率。鋁酸鈉溶液的分解過程用化學(xué)方程式表示為：NaAl(OH)4=Al(OH)3+NaOH

在工業(yè)生產(chǎn)中，優(yōu)化分解溫度制度因其易控性，成為調(diào)控鋁酸鈉溶液分解過程，提高分解率的最有效手段。分解溫度制度包括分解初溫、末溫及降溫制度，初溫高低影響氧化鋁粒度，而末溫高低影響氧化鋁分解率，提高分解溫度有利于擴散過程進(jìn)行，加速氫氧化鋁析出反應(yīng)，但溫度的提高又使溶液的過飽和度降低，不利于氫氧化鋁的析出[1]。本文通過在工業(yè)生產(chǎn)中改變鋁酸鈉溶液溫度進(jìn)行對比試驗，明確溫度制度在鋁酸鈉溶液分解過程中的作用。

1 試驗步驟

（1）試驗依據(jù)：根據(jù)鋁酸鈉溶液的化學(xué)特性，其過飽和度隨著溫度的降低而增加，可提高分解速度，當(dāng)其他條件相同時，可獲得較高的分解率。但分解溫度降低到一定程度時，鋁酸鈉溶液的黏度顯著提高，溶液穩(wěn)定性增加，分解速度降低，并且分解溫度對分解產(chǎn)物中某些雜質(zhì)的含量也有明顯的影響[2]，表1為分解初溫對分解完成后氧化鋁中不溶性Na2O含量的影響試驗結(jié)果，除初溫外，其他分解條件保持一致。

表1 分解初溫對分解產(chǎn)物中不溶性Na2O含量的影響

從上表可以看出，分解初溫越低，氧化鋁中不溶性Na2O含量越高，影響氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量，且導(dǎo)致分解后漿液溫度過低，黏度太大，將給氫氧化鋁的分離過濾作業(yè)帶來困難[2]。為了兼顧分解率與產(chǎn)品質(zhì)量，工業(yè)生產(chǎn)中一般要求分解初溫控制在58℃±2℃范圍內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行中間降溫制度試驗。

（2）實驗過程：某氧化鋁廠2個系列，每個系列有17臺分解槽、5臺寬流道板式換熱器，分別安裝在4#、6#、8#、10#、12#槽上進(jìn)行中間降溫，每個系列1臺線外槽備用，每個系列最后一臺分解槽作為緩沖槽，因液位與其他分解槽差距較大，溫度差距較大，不做參考，分解時間約為45小時，精液ak為1.48。取同一個系列進(jìn)行實驗。

試驗一：停用寬流道板式換熱器，去除降溫制度，對每系列分解槽溫度進(jìn)行統(tǒng)計并對每個分解槽鋁酸鈉溶液進(jìn)行取樣化驗，化驗結(jié)果如下表2。

圖1 無降溫制度分解率的變化

試驗二：投用寬流道板式換熱器，待降溫制度達(dá)到要求后，對每系列分解槽溫度進(jìn)行統(tǒng)計并對每個分解槽鋁酸鈉溶液進(jìn)行取樣化驗，化驗結(jié)果如下表3。

3 陀螺儀定向誤差分析

3.1 陀螺儀定向原理

自由陀螺儀具有兩個重要的特性：

其一：陀螺儀在轉(zhuǎn)動慣量的作用下，具有力圖維持其本身回轉(zhuǎn)平面的特性。

其二：陀螺儀的進(jìn)動性主要是受外力產(chǎn)生的。由于陀螺儀具有定軸性和進(jìn)動性，是它在地球自轉(zhuǎn)作用的影響下，其軸圍繞測站的子午線進(jìn)行簡諧運動的平衡位置，也就是子午線的位置，因此將陀螺儀與經(jīng)緯儀或全站儀結(jié)合起來，通過陀螺儀定出子午線的方向，再由經(jīng)緯儀或全站儀測出該條定向邊與子午線的夾角，就可以得到地面或者井下任意邊的大地方位角。

3.2 陀螺儀定向誤差分析

自2017年起，怡盛元礦區(qū)豎井定向采用HGK15型陀螺全站儀， 尋北精度≤15″通過井上標(biāo)定儀器常數(shù)、井下陀螺邊測量、計算子午線收斂角，計算陀螺邊真方位角，即可完成對井下起始方位角的測定。豎井定向時，只需將井下測定的陀螺邊與豎井投點的鋼絲用導(dǎo)線進(jìn)行連接，即可將地表的坐標(biāo)及起始方位角傳遞到井下，由于在今后的測量中，起始方位角由陀螺邊直接提供，豎井投點引起的誤差只影響今后導(dǎo)線的起始坐標(biāo)，而由于投點引起的坐標(biāo)誤差，通常不會大于2mm。

HGK15型陀螺全站儀，其一測回定向中誤差為15″。由于井下測定陀螺邊時，一般對一條陀螺邊獨立測定3個測回，因此，該條陀螺邊的定向精度為：

現(xiàn)在我們?nèi)?倍中誤差為極限誤差，則該條陀螺邊的極限誤差為8.66×3≈26″，因此數(shù)據(jù)可以看出，即使取3倍的中誤差做為陀螺邊的測定誤差，陀螺邊所提供的起始方位角也比一井定向所提供的方位角在精度上提高了5倍以上。通過對三角形的三條邊進(jìn)行重新丈量，由于丈量三條邊都需在井筒內(nèi)有人拉鋼尺，難度相當(dāng)大。不但增加了占用井筒的時間，而且也加大了人員暴露在危險區(qū)域的時間。

4 結(jié)語

通過對比可以發(fā)現(xiàn)，采用陀螺儀進(jìn)行豎井定向，具有觀測方法簡單、作業(yè)效率高，而且能夠避免由于多次進(jìn)行一井定向引起的誤差累積，能保證較高的定向精度。是一種先進(jìn)的豎井定向方法。就怡盛元礦而言，它完全可以取代我礦自建礦十幾年以來，一直使用的幾何定向方法。

[1]石震，馬驥，楊志強．長大隧道非等精度條件下磁懸浮陀螺導(dǎo)線平差優(yōu)化方法研究[J]．現(xiàn)代隧道技術(shù),2016,53(2)：44-47．

[2]袁仁愛，杜強，羅田郎．瀏陽河隧道3#豎井陀螺定向聯(lián)系測量技術(shù)[J]．鐵道工程學(xué)報,2010,27(1)：59-62．

[3]楊波，王躍鋼，彭輝煌．基于捷聯(lián)慣導(dǎo)/里程計的車載高精度定位定向方法研究[J]．計算機測量與控制,2011,19(10)：2501-2503．