影响硫酸镍溶液结晶过程的因素及优化论文

1、影响硫酸镍溶液结晶过程的因素及优化论文    导读：本论文是一篇关于影响硫酸镍溶液结晶过程的因素及优化的优秀论文范文,对正在写有关于结晶论文的写作者有一定的参考和指导作用,论文片段：和溶液曲线图溶质分子（或离子）的结晶过程经历下列步骤：1、通过包括对流与扩散在内的传质过程达到晶体的表面；2、在晶体的表面吸附；3、吸附的分子或离子在表面迁移；4、进入晶格，使晶粒长大。整个结晶长大的速度决定于其中最慢的步骤。从试验中测得硫酸镍溶液比重为1.57-1.60×103kg/m3时，晶核析出的温度为75-80之间   

2、0;影响硫酸镍溶液结晶过程的因素分析及优化摘 要工业硫酸镍主要用于电镀行业，硫酸镍产品质量的优劣，因原料与其生产工艺的不同有很大的差异，在一定的生产工艺条件下，净化后硫酸镍溶液结晶过程的控制是影响硫酸镍产品外观质量的重要因素。随着市场需求的发展，用户不仅对硫酸镍产品的化学成分要求严格，而且对其物理外观也提出了更高要求，要达到产品外观质量标准，需进一步完善硫酸镍溶液的结晶过程控制。在硫酸镍溶液净化工艺及硫酸镍溶液成分、生产设备确定的前提下，通过分析结晶过程的主要影响因素，针对其主要因素：溶液的过饱影响硫酸镍溶液结晶过程的因素及优化由优秀论文网站提供,助您写好论文.和度、pH值；搅拌桨形状；搅拌速

3、度及结晶降温过程的控制等，结合工业硫酸镍的性质，运用现行生产设施，确定硫酸镍结晶过程的控制曲线，优化硫酸镍溶液结晶工艺，使产品物理外观晶型规则、晶粒均匀、且具有较强的光泽度，同时提高结晶单釜产量。关键词：结晶；二次成核；晶种目 录第一章 前 言 11.1问题的提出 11.2 研究概况 1第二章 结晶工艺的确定 22.1硫酸镍溶液结晶方法的确定 22.2硫酸镍结晶影响因素的考察 32.3 结晶终点温度的影响 9第三章 总 结 10参考文献 12第一章 前 言1.1问题的提出硫酸镍分子式是NiSO4.6H2O，分子量262.86，是蓝色或绿色晶体，比重2.07，溶于乙醇及氨水。硫酸镍是电镀工业镀镍

4、溶液的主盐，主要用于电镀镍、化学镀镍、铝材着色、电池材料、催化剂及充电电池行业等，另外还用作有机合成的催化剂、金属着色剂、还原染料的媒染剂等，作为硬化油催化剂原料。化学工业中也是生产其它镍盐及氢氧化镍的原料，用于生产其它镍盐。印染工业中硫酸镍用于制酞菁艳蓝络合剂，其中电镀、化学镀及充电电池领域用量最大。我厂工业硫酸镍产品是由复杂原料深度净化除杂后的硫酸镍溶液，经蒸发浓缩、结晶后产出的外观为蓝绿色颗粒状结晶，主要用于电镀行业。随着市场需求的发展，用户不仅对硫酸镍产品的化学成分要求严格，而且对其物理外观也提出了更高要求，因此如何使产品具有较强的光泽感，且晶粒均匀、晶型规则，达到产品外观质量标准，需

5、进一步完善硫酸镍溶液的结晶过程控制。1.2 研究概况近年来国内外同行针对不同生产原料，研究硫酸镍生产工艺的较多，但对其结晶控制工艺的研究较少。多年来我们根据生产现状不断改进生产工艺，优化技术参数，针对影响其结晶过程的因素如：溶液的组成、pH值；溶液的过饱和度；搅拌桨形状；搅拌速度及结晶降温过程的控制等，运用现行生产设施，确定硫酸镍结晶过程的控制曲线，使产品物理外观晶型规则、晶粒均匀、且具有较强的光泽度，同时提高结晶单釜产量。第二章 结晶工艺的确定2.1硫酸镍溶液结晶方法的确定由蒸汽、溶液或熔融物中析出固体晶体的操作称为结晶1。根据析出固体的原因不同，可将结晶操作分为若干类型。工业上使用最广泛的

6、是溶液结晶，即采用降温或浓缩的方法使溶液达到过饱和状态析出溶质，以大规模地制取固体产品。结晶操作不仅希望能耗低、产物的纯度达到要求，往往还出于应用的目的，希望晶体有适当的粒度和较窄的粒度分布。粒度大小不一的晶体易于结成块或形成晶簇，其中包含的母液不易除去，影响产品纯度。此外，晶体的形状对产品的外观、流动性、结块及其它应用性能有重要影响。产生结晶的方法主要分两类：1、将溶液蒸发达到过饱和而结晶，用于溶解度随温度变化不大的物质。2、将溶液冷却达到过饱和而结晶，用于溶解度随温度下降而显著减小的物质。溶液的快速冷却会使晶体在某一区域优先成长，生成针状和发状晶体，因为在尖端处移去结晶热较快，产生较大的过

7、饱和度，溶质优先在这些部位成长2。硫酸镍溶解度随温度变化如图2-1。可见由于硫酸镍溶解度随温度增高变化较缓慢，适用蒸发结晶工艺。通过控制硫酸镍溶液的过饱和度和降温过程，得到硫酸镍晶体。图2-1 硫酸镍饱和溶液曲线图溶质分子（或离子）的结晶过程经历下列步骤：1、通过包括对流与扩散在内的传质过程达到晶体的表面；2、在晶体的表面吸附；3、吸附的分子或离子在表面迁移；4、进入晶格，使晶粒长大。整个结晶长大的速度决定于其中最慢的步骤3。从试验中测得硫酸镍溶液比重为1.57-1.60×103kg/m3时，晶核析出的温度为75-80之间，比重为1.60-1.65×103kg/m3时，晶核

8、析出温度为80-85之间，转晶点为53-54之间。因此初步确定硫酸镍溶液的结晶过程必须在高温区强制快速降温，在低温区可缓慢降温，其工艺控制如下：蒸发浓缩后硫酸镍溶液    快速降温缓慢降温    加入晶种    保温    离心。现行生产中，硫酸镍溶液的蒸发结晶工艺如下：将净化后合格的硫酸镍溶液经真空蒸发，浓缩至比重1.58-1.62×103kg/m3，放入带搅拌的结晶釜并开循环冷却水降温，结晶液冷却降温至60时，停循环冷却水

9、并加入晶种，当结晶釜中颗粒基本转型后离心，离心后物料经干燥、筛分即为硫酸镍成品。2.2硫酸镍结晶影响因素的考察    硫酸镍产品是镍盐系列的一种，晶体成正六面体。硫酸镍结晶过程与其它盐类基本相同， 影响结晶过程的因素很多，其主要影响因素有：溶液的组成、pH；溶液的过饱和度；搅拌桨形状、搅拌速度；晶种的加入量及加入温度等。在硫酸镍溶液组分稳定的情况下，针对其主要影响因素，进行试验，确定各项技术参数。 通过分析和试验确定在结晶初期强制降温，加快冷却速度，避免出现过饱和度峰值，以抑制自发成核，防止结晶粒子粒度分布的恶化，在结晶后期，降低冷却速度，维持结晶母液稳

10、定的过饱和度，使晶粒生长。2.2.1 蒸发比重的影响    在溶液成分稳定的条件下，利用单因素法，控制降温速度，在不改变其它条件下，确定蒸发比重与成品率的关系，结果见表2-1。表2-1 硫酸镍溶液结晶试验         项    目试验情况蒸发比重成品率（）筛上、筛下物（）晶粒分布情况低79.420.6晶粒不均筛上、筛下物多低8317筛下物多高8812晶粒均匀高937晶粒均匀高92.47.6晶粒均匀由此可见，蒸发比重较低时成品率较低，

11、晶粒不均，筛上、筛下物较多；蒸发比重较高时成品率较高，晶粒均匀。2.2.2搅拌桨形状的影响结晶过程中，晶核成核的机理有三种：初级均相成核、初级非均相成核和二次成核。初级均相成核是指溶液在较高过饱和度下自发生成晶核的过程。初级非均相成核则是溶液在外来物的诱导下生成晶核的过程。二次成核是含有晶体的溶液在晶体相互碰撞或晶体与搅拌桨（或器壁）碰撞时所产生的微小晶体的诱导下发生的。搅拌是影响结晶粒度分布的重要因素，搅拌作用有利于防止局部过饱和度增加，同时有利于传质过程，因此在一定程度上，搅拌有利于得到粗颗粒结晶，但是过于强烈的搅拌也可能将颗粒粉碎4。国内一些企业在硫酸镍结晶中使用的是纯混合式的搅拌器，如

12、斜叶轴向流的形式，这种搅拌形式对传热有利，但易撞碎晶粒，使结晶体晶形不规则而且晶粒细小。锚式、框式搅拌形式较为普遍，这种搅拌形式转速较慢且桨叶多为圆管，虽然不易撞碎结晶体，但由于只有径向流，搅拌强度低且不利于传热，致使反应时间较长，晶体粒径不均匀，晶型不规则。 硫酸镍结晶过程中，影响产品成形的主要因素有结晶降温的控制、结晶釜的结构、搅拌器的转速及搅拌器的形式，其中搅拌器形式直接影响硫酸镍产品的物理形貌及产量。某镍盐生产企业是目前国内最大的硫酸镍生产企业，先后采用过的搅拌器有锚式、框式、框式与推进复合形式。经过几十年的实践，企业在 导读：本论文是一篇关于影响硫酸镍溶液结晶过程的因素及优化的优秀论

13、文范文,对正在写有关于结晶论文的写作者有一定的参考和指导作用,论文片段：晶率大幅提升。现行硫酸镍生产系统结晶过程中采用锚式搅拌，此搅拌形式在转速较慢时，结晶过程中硫酸镍溶液在釜内形成层流，随着结晶过程的进行，硫酸镍浆液与晶粒的接触不均匀，结晶颗粒长大后易沉着在结晶釜底部，造成结晶釜出口管道"结死"，放料阀不易打开，易出现"抱釜"现象，用蒸汽加热易破坏晶粒。为选择适合硫酸镍溶液结晶    硫酸镍结晶中搅拌器的选择和设计方面积累了丰富的经验，尤其是螺带式搅拌器的成功研发应用，使硫酸镍结晶的生产能力有了很大的提高。搅拌高

14、粘度流体时通常采用锚式和螺带式搅拌，然而二者的混合效果大有区别。锚式几乎不产生上下流动，在设备中心部的混合效果也较差，且液体粘度越高，这种缺点越明显。螺带式搅拌的叶片是把细长形的金属卷成螺旋状，螺带的宽度约为叶径的5%15%，通常为10%。螺带数一般为2枚，称之为双螺带。螺带式搅拌利用其本身的结构特点和液体粘性，产生以上下循环为主的流动，随搅拌轴旋转的方向不同，设备内有螺带存在的外周液体被向上推或向下压，同时在设备中心液体则相应的下降或上升，从而形成液体的上下循环流动。从搅拌效果分析，锚式（框式）在叶片的近旁有液体的交换，而在轴附近则存在不起搅拌作用的部分。螺带式搅拌器是具有强制挤出流动的搅拌

15、，使易沉淀流体完全流动。然而，与螺带式叶轮相比，锚式叶轮的价格低，在叶径转速相同的情况下，其搅拌功率仅为螺带式叶轮的2/3，因此对那些不特别强调混合效果的场合，往往选用锚式叶轮。为了消除锚式叶轮无轴向流以及轴附近有混合死区的缺点，国内一些企业曾采用过框式与推进复合形式的硫酸镍结晶反应。产品产量、质量和形貌有一定提高，但效果不明显。螺带式叶轮是利用其本身的结构特点，使溶液在结晶器中充分流动，不仅有效解决了冷却速度和降温控制中的难点，而且减少了混合死区晶体成为晶簇的机会，使硫酸镍结晶率大幅提升。现行硫酸镍生产系统结晶过程中采用锚式搅拌，此搅拌形式在转速较慢时，结晶过程中硫酸镍溶液在釜内形成层流，随

16、着结晶过程的进行，硫酸镍浆液与晶粒的接触不均匀，结晶颗粒长大后易沉着在结晶釜底部，造成结晶釜出口管道"结死"，放料阀不易打开，易出现"抱釜"现象，用蒸汽加热易破坏晶粒。为选择适合硫酸镍溶液结晶工艺的脚板结构及搅拌转速，利用硫酸镍系统现行生产中的结晶设备，进行了工业结晶试验，试验选择两台新型搅拌，两种搅拌形式见示意图2-2和示意图2-3。                  

17、60; 图2-2 A型搅拌示意     图2-3 B型搅拌示意试验所用溶液为现行生产中硫酸镍蒸发后液，将两种不同形状的搅拌桨分别安装至1#、2#结晶釜中，进行硫酸镍溶液结晶试验，采样筛分硫酸镍结晶物料，考察两种搅拌形状下硫酸镍结晶颗粒分布情况，试验数据见表2-2。硫酸镍结晶采用A型后，单釜结晶时间缩短了2h左右，结晶率提高了12%，产量增加10%13%。硫酸镍产品的物理外观质量明显提高，晶体颗粒分布集中，晶型规则，晶粒均匀。避免了随着结晶过程的进行和晶体颗粒的长大，搅拌动力不足，晶粒下沉造成的搅拌电机抱死现象，减少了结晶物料的反溶。在不同搅拌形

18、式的结晶釜中，控制相同的硫酸镍结晶工艺参数，不改变电机频率的条件下，安装B型搅拌的结晶釜溶液结晶过程时间较长，且随着结晶粒径的增大和结晶过程的进行，出现"抱釜"现象，不利于结晶过程的进行，安装A型搅拌的结晶釜未发生此现象，更有利于结晶过程的进行。尤其在大的结晶颗粒（10-20目）所占比重增加的情况下，B型搅拌"抱釜"现象更加明显，而A型搅拌仍无"抱釜"现象。表2-2 硫酸镍溶液结晶数据搅拌器形状电机频率（Hz）结晶时间（h）晶粒分布 (%)备注10-20目20-40目<40目A5010.25504919.23662210.730

19、6919.53860211.171281B50124455114.7574218.64454218.256138121.758402抱釜2.2.3 晶种加入量、搅拌转速的影响结晶主要分为两个阶段，即晶核的形成和晶核的成长，两者通常是同时进行的，但也多少可以独立地加以控制，图2-4为硫酸镍过饱和度与硫酸镍结晶关系图。饱和溶解度曲线和过饱和溶解度曲线将过饱和区分为介稳区与不稳区，在介稳区内只能有极少量的晶核生成，主要是原有晶核的成长，但加入晶种后，可以促使晶核形成及成长。为有利于硫酸镍结晶过程在介温区的进行，因此在硫酸镍结晶过程中人为加入干燥、筛分后硫酸镍结晶物料的筛下物作为晶种。图2-4 硫酸镍

20、过饱和度与硫酸镍结晶关系将达到蒸发比重的硫酸镍浓缩液放入安装A型搅拌及B型搅拌的结晶釜中，在不改变电机频率的条件下，调整晶种加入量，进行硫酸镍溶液结晶试验，采样筛分硫酸镍结晶物料，考察晶粒的分布，试验数据见表2-3。表2-3 硫酸镍溶液结晶数据搅拌器形状电机频率（Hz）结晶时间（h）晶种加入量(kg)晶粒分布 (%)备注>10目10-20目20-40目<40目A5013160-653149.2140-6234410.7120-702649120-39501211.580-374716108048411114.740117784B5015.1140383131抱釜10.1120-58

21、38413.3120-69274抱釜9.280-6035415.280微量69254抱釜10.580微量83142在不改变电机频率及其它工艺参数的条件下，调整晶种的加入量，随晶种加入量的减少，安装A型搅拌器和B型搅拌器的结晶釜中，硫酸镍结晶晶粒均有增大趋势。采用A型搅拌，晶种加入量减少至40kg/釜时，结晶颗粒不均匀，重结晶次数增加，采用B型搅拌，晶种加入量减少导读：本论文是一篇关于影响硫酸镍溶液结晶过程的因素及优化的优秀论文范文,对正在写有关于结晶论文的写作者有一定的参考和指导作用,论文片段：    的溶解度曲线如图2-5。图2-5 硫酸镍在水中的溶解

22、度曲线由图可知，高于31.5的硫酸镍结晶物为NiSO4·6H2O，而性能不稳定的-NiSO4·6H2O在53时向性能稳定的-NiSO4·6H2O转型，为了使产品的主品位22.2%，减少其它杂质含量，通过在不同的结晶终点温度离心，采样分析产品化学成分，确定了结晶终点温度。第三章 总 结3.1确定了硫酸镍结晶必须在高温区强制快速降温，在低温区可缓慢降温。3.2 A型搅拌器有利于硫酸镍溶液的结晶。安装A型搅拌器的结晶釜中，硫酸镍溶液结晶过程所用时间短，搅拌电机频率45Hz-50Hz的情况下，无"抱釜"现象，更有利于硫酸镍结晶的进行，安装该搅拌的1#结

23、晶釜所产硫酸镍结晶颗粒粒度分布较均匀，单釜产量平均增加500Kg -700Kg。3.3搅拌转速低，易得到大颗粒结晶。硫酸镍结晶过程中降低搅拌转速，有利于结晶颗粒的长大，容易得到粒径较大的硫酸镍晶体，但搅拌转速过低，不利于结晶过程的进行，经试验确定电机频率为50Hz较好。3.4晶种加入量可影响硫酸镍结晶颗粒。3.4.1硫酸镍溶液结晶过程中随晶种加入量的减少（40kg/釜），结晶颗粒出现不均匀现象，因此在硫酸镍溶液结晶过程中必须加入晶种。3.4.2现行硫酸镍结晶条件下，晶种加入量140kg-160kg时，硫酸镍结晶颗粒较均匀，晶型规则，且10-20目结晶颗粒所占比重略高。3.5 搅拌形状、搅拌转速及晶种加入量的确定进一步优化了硫酸镍结晶工艺，使产品外观晶型