在晶種分解過程中，在超聲作用下，較細的晶種除了一般的長大外，同時還會幾個顆粒粘附在一起，形成較粗大的顆粒，同時晶種的顆粒數目減少，這種現象稱為超聲附聚。
基本介紹
- 中文名：超聲附聚
- 外文名：Ultrasonic agglomerate
簡介,關於超聲附聚的研究,晶種的附聚,超聲場對晶粒附聚的影響,
簡介
顆粒的附聚一般發生在粒徑相近的細粒子之間，難以發生在不同粒徑的粒子之間。而且在附聚時，晶種中粒度相對最小的且粒度相近的離子優先發生附聚，形成略大些的顆粒，略大些的顆粒且粒度相近的又發生附聚；附聚體只有在晶種表面生成足夠的粘結劑時，才能獲得牢固的附聚物，因此顆粒的附聚速度與晶種表面的成核速度有很大的關係。表面粗造的晶種比表面光滑的晶種活性點多，易於產生顆粒之間的附聚向溶液中加入易於吸附在晶種面的雜質，可以抑制顆粒的生長，有利於次生成核，因此活性很強的次生晶核之間的附聚現象就隨之增加。
關於超聲附聚的研究
晶種的附聚
通常在超聲作用下，晶種的附聚可以分成兩個步驟（以鋁酸鈉溶液中的超聲附聚為例）：
（1）細粒晶體互相碰撞，其中一些形成松馳的絮凝物，這種現象稱為物理絮凝，是個可逆過程，即絮凝物的機械強度很低，可以再破裂為原來的晶粒。
（2）由於鋁酸鈉溶液的分解，氫氧化鋁在未破裂的絮凝物中原生晶粒間的接觸處析出而起到一種“粘結劑”的作用，同時在超聲過程中將原生晶粒粘結在一起形成較結實的附聚物，這種由於結晶的長大而膠結的現象稱為結晶附聚。
氫氧化鋁晶粒的附聚主要取決於“粘結劑”氫氧化鋁的析出速度（即溶液的析出速度）A和為牢固穩定絮凝物所需的“粘結劑”數量B之間的平衡，A與B之比稱為附聚推動力P：
其中：
是溶液中氧化鋁的相對過飽和度；
K是分解反應的速度常數；
G0、Gt、Ge。分別是單位體積溶液中原始晶種量、t小時的氫氧化鋁析出量和操作條件下的氫氧化鋁析出量，kg/m3。
P>0.13是有效附聚的分解條件，所謂有效附聚是指細小的晶粒附聚成較大的顆粒時，不僅粒度變粗而且具有足夠的機械強度；當P<0.13時，由於缺乏足夠的“粘結劑”，附聚物的機械強度差，附聚體又破裂為原來的幾個小晶粒。
當顆粒的粒徑較大時，表面的活性點較少，“粘結劑”的析出速度較小，析出量較少，難以形成穩定的附聚體，所以存在某一臨界粒徑，大於該粒徑的顆粒之間不會發生附聚：
其中：Dcrit是臨界尺寸，μm；
MT：是懸浮液中的固含量，gl/；
G是晶體生長速度，μm/hr；
ξ是單位體積懸浮液所消耗的功率，kw/m3；
小於臨界尺寸的顆粒中，一部分會形成附聚體：
其中B是小於Dcirt的顆粒中形成附聚體的百分數；
Dmean是形成附聚體的顆粒的平均粒徑，μm；
τ是顆粒在反應器中的平均停留時間，hr；
K是比例係數。
附聚還與鋁酸鈉溶液種分時的起始過飽和度、反應溫度和鹼濃度有關。起始過飽和度影響晶種表面“粘結劑”的析出速度，因此起始過飽和度高的溶液有利於附聚，而且由於分解初期時溶液的過飽和度高，附聚的推動力大，附聚較迅速地進行，隨著分解率的提高，附聚作用急劇減弱，到分解後期附聚則完全消失，附聚過程大多是在3~8個小時之間完成；當晶種顆粒粒度不同時，發生顯著附聚所需的最低過飽和度也不同，顆粒粒度越粗，所需的最低過飽和度越大；反應的溫度和鹼濃度影響溶液中鋁酸陰離子群的傳質過程，因此溫度高和鹼濃度低有利於顆粒之間的附聚。
超聲場對晶粒附聚的影響
通過對比有無超聲場的氫氧化鋁種分產品粒度、比表面積，結合相應的種分分解率，得出超聲場對晶粒附聚的影響結果。
種分6小時的產品對比
將鋁酸鈉溶液在無超聲場和在頻率為33kHz和20kHz超聲場三個條件下，種分6小時後的氫氧化鋁產品粒徑進行對比。得出如下結論：
用超聲場處理鋁酸鈉溶液後進行種分，可以促進顆粒之間的附聚，提高顆粒的附聚速度，使種分6小時後的產品粒度增加，比表面積減小；在頻率為33kHZ的超聲場中種分6小時後，氫氧化鋁產品的平均粒徑比無超聲場的大5.8μm，而且顆粒中占最大質量百分比的粒徑已經由60~80μm遷移到80~100μm，表明此時顆粒之間的附聚己經完成，其中顆粒中60~80μm的質量百分比比無超聲場的減少6.70%，80~100μm粒子的質量百分比比無超聲場的增加2.30%，100~140μm之間的顆粒質量百分比比無超聲場的增加4.21%，但由於小顆粒的含量也略有增加，使產品的比表面積增加56.74cm2/kg，在頻率為加20kHz的超聲場中種分6小時後；氫氧化鋁產品的粒徑與無超聲場的基本一致，但是顆粒中占最大質量百分比的粒徑已經開始發生轉移，其中60~80μm顆粒的質量百分比比無超聲場的減少3.50%，80~100μm顆粒的質量百分比比無超聲場的增加0.90%，使二個粒徑段所占的比例相近，100~140μm之間的顆粒質量百分比比無超聲場的增加1.45%，表明顆粒之間正在進行附聚，但由於小顆粒的含量也略有增加，使產品的比表面積減小30.0856.74cm2/kg。
種分12小時的產品對比
將鋁酸鈉溶液在無超聲場和在頻率為33kHz、20kHz三個條件下，種分12小時的氫氧化鋁產品粒徑對比，得出：
在頻率為33kHz超聲場中種分的產品平均粒徑（62.1μm）與無超聲場中種分產品的平均粒徑（61.9μm）相近，比表面積也變化不大，但是其中小於20μm的小顆粒含量由18.49%增加到25.7%；在頻率為20kHz的超聲場中種分的產品平均粒徑（65.6μm）比無超聲場中（61.9μm）的增大了3.7μm，比表面積減小了244.7cm2/g，其中小於20μm的小顆粒含量為19.9%，與無超聲場中的變化不大。
