氯化锶冷却结晶过程研究

发布时间：2017-05-20 17:22

  本文关键词：氯化锶冷却结晶过程研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：氯化锶是一种重要的无机化工产品,主要用于生产镁锶合金、高纯锶盐、高档磁性材料,并且在TFT-LCD液晶、PDP等离子彩电和医药中应用也很广泛,具有很高的经济价值。本文以氯化锶制备工艺中关键步骤——SrCl2·6H2O冷却结晶过程为对象,开展结晶介稳区与成核过程、结晶工艺优化、结晶过程数值模拟与控制、晶体形貌调控等理论和工艺研究,为工业生产提供理论指导。研究结果表明,饱和温度增加使SrCl2·6H2O结晶诱导期显著缩短,介稳区变窄。降温速率增加使诱导期缩短,介稳区变宽。搅拌速率增加使有助于成核,诱导期缩短,介稳区变窄。杂质Ca2+存在使诱导期缩短,介稳区变窄。小尺寸晶种具有较大的表面积,能够有效吸附成核组分,降低体系过饱和度,并为溶质提供生长位点,消除爆发成核。为了制备尺寸大且分布集中的SrCl2·6H2O晶体,应控制初始过饱和度为1.150～1.250,降温速率为15.0～20℃·h-1,搅拌速率为400～500 rpm,养晶时间为5-10 min,在此工艺范围内获得SrCl2·6H2O晶体呈棒状,平均长度Lmean为1206.78μm,平均宽度Wmean为80.06 μm,变异系数C.V.L和C.V.W分别为0.2372和0.2079。添加适量小尺寸晶种可以使晶体尺寸分布区间减小,但同时晶体尺寸也有所减小。采用响应曲面法进一步研究表明,初始过饱和度是影响晶体尺寸的关键因素,降温速率和养晶时间是晶体尺寸分布的关键因素,搅拌速率对两者影响较弱。预测最佳结晶工艺条件为初始过饱和度1.214,降温速率15.00℃·h-1,搅拌速率450 rpm,养晶时间5 min,所得SrCl2·6H2O晶体Lmea。和Wmean分别为938.34μm和93.42μm,尺寸分布更加集中,C.V.L和C.V.W分别为0.1385和0.1286。SrCl2·6H2O晶体生长受表面反应控制,符合二维生长模型,且生长速率与尺寸相关。建立二维粒数衡算方程对SrCl2·6H2O冷却结晶过程进行数值模拟,计算值与实验值吻合良好,溶液浓度平均相对误差小于1%,晶体平均尺寸相对误差小于10%,晶体尺寸分布平均相对误差小于15%。在此基础上,对SrCl2·6H2O冷却结晶过程进行优化计算,设计最优温度曲线。在最优温度曲线下,结晶初期体系浓度下降较慢,小颗粒溶解后填补过饱和度空缺,晶体逐渐长大,而且较低的晶浆悬浮密度能够削弱二次成核,减少晶体破碎,使晶体尺寸分布趋于集中。结晶中后期,体系浓度快速下降,已累积晶体诱导溶质在其上快速生长。所得SrCl2·6H20晶体保持较大尺寸且分布更加集中,Lmean和Wmean分别为1183.25 μm和81.64μm, C.V.L和C.V.W分别为0.1518和0.1523,优化效果显著。SrCl2·6H2O晶体呈棒状,由于晶体比表面积大且富含结晶水,容易“搭桥”造成局部溶解并重结晶而结块。当初始过饱和度为1.144～1.163,降温速率为15.0～20℃·h-1,搅拌速率为～500 rpm并养晶10 min时,加入适量十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)能够使SrCl2·6H2O晶体由棒状转变为粗砂状,Lmean由1206.78 μμm减小至792.71 μm,Wmean由80.06 μm增大至233.25 μm,长径比由15.07下降至3.40。晶体比表面积显著减小,抑制结块,提高晶体过滤性和流动性。实验研究和分子动力学模拟结果表明,CTAC彼此缔合形成蠕虫状胶束并相互缠绕成网状结构,大大提高体系粘度,改变SrCl2·6H2O结晶过程扩散性质。CTAC因其头基上H+与SrCl2·6H2O晶面上02-和C1-之间相互作用而吸附于晶面,且吸附优先顺序为(1100)(1101)(0001)。最终,(1100)和(1101)晶面生长速率减慢,(0001)晶面生长速率最快而消失,晶体形貌发生改变。
【关键词】：氯化锶 冷却结晶 介稳区 形核与长大 晶体形貌 表面活性剂
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ132.33
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 前言12-15
• 1.1 锶资源分布12
• 1.2 锶产品概况12-13
• 1.3 课题研究意义13-14
• 1.4 主要研究内容14-15
• 第2章 文献综述15-33
• 2.1 氯化锶制备工艺15-17
• 2.1.1 氯化锶母液制备工艺15-16
• 2.1.2 氯化锶母液提纯16-17
• 2.1.3 氯化锶冷却结晶17
• 2.2 冷却结晶过程研究17-29
• 2.2.1 介稳区与成核过程17-23
• 2.2.2 晶体生长23-27
• 2.2.3 工艺优化控制27-29
• 2.3 晶体形貌调控技术29-33
• 第3章 氯化锶结晶介稳区与成核过程33-48
• 3.1 实验33-34
• 3.2 氯化锶结晶介稳区性质34-39
• 3.2.1 氯化锶溶解度34-35
• 3.2.2 饱和温度对介稳区的影响35-36
• 3.2.3 降温速率对介稳区的影响36
• 3.2.4 搅拌速率对介稳区的影响36-37
• 3.2.5 杂质Ca~(2+)对介稳区的影响37
• 3.2.6 晶种对介稳区的影响37-39
• 3.3 氯化锶结晶成核过程39-47
• 3.3.1 过饱和度对成核过程的影响39-42
• 3.3.2 杂质Ca~(2+)对成核过程的影响42-44
• 3.3.3 降温速率对成核过程的影响44-45
• 3.3.4 搅拌速率对成核过程的影响45
• 3.3.5 晶种对成核过程的影响45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 氯化锶结晶工艺优化48-69
• 4.1 实验48-50
• 4.2 工艺参数对氯化锶晶体尺寸及尺寸分布的影响50-56
• 4.2.1 初始过饱和度对晶体尺寸及尺寸分布的影响50-51
• 4.2.2 降温速率对晶体尺寸及尺寸分布的影响51-52
• 4.2.3 搅拌速率对晶体尺寸及尺寸分布的影响52-53
• 4.2.4 养晶时间对晶体尺寸及尺寸分布的影响53-54
• 4.2.5 晶种对晶体尺寸及尺寸分布的影响54-56
• 4.3 氯化锶结晶工艺响应曲面法优化56-67
• 4.3.1 方差分析与显著性检验58-61
• 4.3.2 响应面分析61-66
• 4.3.3 优化设计与验证66-67
• 4.4 本章小结67-69
• 第5章 氯化锶结晶过程模拟和控制69-85
• 5.1 实验69
• 5.2 氯化锶结晶过程数值模拟69-79
• 5.2.1 晶体生长过程分析69-71
• 5.2.2 基于晶形的二维粒数衡算模型构建71-75
• 5.2.3 模型求解与验证75-79
• 5.3 氯化锶结晶过程优化控制79-84
• 5.3.1 优化方法79-82
• 5.3.2 结果与验证82-84
• 5.4 本章小结84-85
• 第6章 氯化锶晶体形貌调控85-105
• 6.1 实验85-87
• 6.2 添加剂对氯化锶晶体形貌调控的影响87-89
• 6.3 CTAC调控氯化锶晶体形貌机理89-100
• 6.3.1 CTAC胶束化作用89-92
• 6.3.2 CTAC晶面吸附作用92-100
• 6.4 工艺参数对氯化锶晶体形貌的影响100-103
• 6.4.1 初始过饱和度对SrCl_2·6H_2O晶体形貌的影响100-101
• 6.4.2 降温速率对SrCl_2·6H_2O晶体形貌的影响101-102
• 6.4.3 搅拌速率对SrCl_2·6H_2O晶体形貌的影响102-103
• 6.5 本章小结103-105
• 第7章 结论与建议105-109
• 7.1 主要结论105-107
• 7.2 本文创新点107
• 7.3 不足与建议107-109
• 参考文献109-117
• 攻读博士期间学术成果117-118
• 致谢118

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本文编号：382344