CN101700903A - 一种纳米氧化锌的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米氧化锌的生产方法，该方法突破传统的生产工艺，综合了化学沉淀法和固相反应法的特点，采用钢铁厂电炉灰为原料，通过酸浸，净化除杂，然后沉淀获得碳酸锌，最后焙烧获得纳米活性氧化锌。与以往的制备纳米级超细氧化锌工艺技术相比：该工艺绿色环保，生产过程条件温和，反应设备廉价易得，操作简单，易于控制，成本低廉；按照本方法生产出的产品具有粒径小、粒度分布窄、分散性好、纯度高、不易团聚等特点。

Description

一种纳米氧化锌的制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米氧化锌的生产方法，属无机化工领域。

背景技术

纳米活性氧化锌是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，其粒径介于1～100纳米，又称为超微细活性氧化锌。由于颗粒尺寸的细微化，比表面积急剧增加，使得纳米活性氧化锌产生了其本体块状材料所不具备的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。因而，纳米活性氧化锌在磁、光、电、化学、物理学、敏感性等方面具有一般氧化锌产品无法比拟的特殊性能和新用途，在橡胶、涂料、油墨、颜填料、催化剂、高档化妆品以及医药等领域展示出广阔的应用前景。

目前，纳米活性氧化锌的制备方法主要有以下几种：

(1)化学沉淀法

此法在原料溶液中添加适量的沉淀剂，使溶液中的金属阳离子形成相应的沉淀，然后再经过过滤、洗涤、干燥、热分解等工艺获得纳米粉体，它是制备纳米粉体的主要方法。

(2)溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是近年来才开发的一种制备超微粉体的新技术。应用该方法合成的粉体纯度高，化学成分均匀，颗粒度小且分布范围窄。它是以无机盐或金属醇盐为前驱物，经水解缩聚过程逐渐胶化，然后作相应的处理而得到所需的纳米粉体。

(3)化学气相法

气相法是以惰性气体为载体，将锌粉或锌盐带入有氧气的超高温环境气体中，在气相中发生化学反应形成基本粒子，并经成核、生长两个阶段，同时利用高温区与周围环境形成的巨大的温度梯度，通过急冷作用得到氧化锌纳米颗粒。

(4)固相反应法

固相法又可以分为两种：一种是利用各种超微粉碎技术将普通氧化锌直接研磨成超细氧化锌。目前开发的主要有高能球磨和气流粉碎技术。

(5)微乳液法

此法由水、油(有机溶剂)、表面活性剂及其助剂组成的透明或半透明的各向同性的热力学稳定体系，其中水被表面活性剂及其助剂单层包裹形成“微水池”，被用作反应介质，称其为“微型反应器”，通过控制微水池的尺寸来控制粉体的大小制备纳米粉体。

在上述的生产方法中，传统技术其生产的粉体一般在纯度，粒度、分散性等方面有一定的欠缺；而像溶胶-凝胶法、微乳液法等近年来发展出的生产技术，虽能生产出粉体纯度高，化学成分均匀，颗粒度小的产品，但技术还需进一步的完善和提高，特别是在热处理等方面仍会有团聚现象产生；但不管采用上述哪种方法，其共同的缺点就是主原料都为有效资源或工业制品，消耗量大，生产成本较高，像化学气相法、微乳液法等制法，效率低，实现工业化生产具有一定难度。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种操作简单，易于控制，成本低廉，且产品粒径小、粒度分布窄、分散性好、纯度高、不易团聚的纳米氧化锌的制备方法。

为实现上述目的本发明所采用的技术方案为：一种纳米氧化锌的制备方法，具有以下步骤：

(a)选择含锌量15％以上的炉灰为原料，加入白煤屑、自来水混合，并控制湿度为30％-40％，在焙烧炉内加热焙烧制得含锌量为48％-50％的次氧化锌；

(b)向次氧化锌缓慢加入硫酸反应、过滤，得到硫酸锌溶液；

(c)向溶液内加入氧化剂搅拌通过氧化还原反应除去铁、锰、铅等杂质，过滤；向溶液内加入锌粉，除去镉、镍等杂质，过滤；

(d)向除杂过滤后的硫酸锌溶液中加入纯碱，控制PH值在6.2-6.8，而后在PH保持不变的情况下，加热升温至60-80度，反应1.5小时候进行压滤，烘干，得到碳酸锌；

(e)将烘干后的碳酸锌加入纯净水制成溶液，向溶液中通入二氧化碳，最后经回转炉焙烧再次焙烧制得纳米级活性氧化锌。

本方法突破传统的生产工艺，综合了化学沉淀法和固相反应法的特点，采用钢铁厂电炉灰为原料，通过酸浸，净化除杂，然后沉淀获得碳酸锌，最后焙烧获得纳米活性氧化锌。与以往的制备纳米级超细氧化锌工艺技术相比：该工艺生产过程条件温和，反应设备廉价易得，操作简单，易于控制，成本低廉；按照本方法生产出的产品具有粒径小、粒度分布窄、分散性好、纯度高、不易团聚等特点；本方法中还增设了步骤(5)，进一步提高产品的比表面积，提高产品质量。

更为重要的是：本方法属于典型的绿色化工工艺，采用电炉灰为原材料，生产过程中除下来的铅泥可供提炼铅的厂家回收，变废为宝，实现资源循环利用；且在生产过程中无“三废”产生，节能环保。

作为本发明的进一步改进：步骤(1)中，所述炉灰与白煤屑按5∶0.8-1.2的重量比例混合；所述焙烧炉内的焙烧温度控制1200-1800度。优化配比方案和对焙烧温度的控制，以此进一步提高产生效率。

本发明的步骤(2)中，所述硫酸浓度为70-80％的工业废硫酸，并按与次氧化锌重量比为1∶1的比例加入，进一步降低生产成本，并实现节能环保的目的。并可对后续步骤(4)中硫酸锌浓度进行调节，控制制取粒子的大小。

作为本发明的优选实施例：步骤(3)中，所述氧化剂为高锰酸钾。

在步骤(4)中，加热升温后的反应时间控制在1.5-2.5小时之间，通过对反应时间的控制，提高产品的质量。

为了优化产品颗粒的比表面积，步骤(5)中所述碳酸锌与纯净水的质量比为1∶3.5-4.5。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步说明。

实施例1：一种纳米氧化锌的制备方法：

(a)将含锌量15％的5吨炉灰，1吨白煤屑加入焙烧炉中，向炉内加入自来水混合至湿度35％，加热焙烧炉至1400度，并保持焙烧4小时，可制得含锌量为48％-50％的次氧化锌；剩下的焙烧物卖给钢铁厂；

(b)累计次氧化锌至1吨放入反应釜内，缓慢向釜内加入1吨的浓度为75％的浓硫酸进行反应、而后过滤除杂；

(c)取1吨上述硫酸锌溶液，加入0.8kg的高锰酸钾，搅拌反应，过滤，除去铁、锰等杂质；再向溶液中加入3kg的锌粉，搅拌反应，过滤，沉镉除镍；

(d)向除杂后的硫酸锌溶液加入900kg的纯碱，同时控制PH值在6.4，在保持PH值20分钟不变的情况下，加热升温至70度，反应1.5小时后压滤得到碳酸锌，在400度下烘干；

(e)累计碳酸锌至1吨后再次放入回转炉内，加入4吨的纯净水，并通入0.5吨的二氧化碳，压滤，烘干焙烧得到纳米级活性氧化锌。

本项目突破传统的生产工艺，利用钢铁厂炉灰为原料，通过酸浸，净化除杂，然后沉淀获得碳酸锌，最后二次焙烧得到纳米活性氧化锌。该工艺生产过程条件温和，操作简单，易于控制，成本低廉，产品具有粒径小、粒度分布窄、分散性好、纯度高、不易团聚等特点。

经样品检测，所得氧化锌的比表面积在65m²/g以上，平均粒径为20nm左右，所得性能均超过GB/T 19589-2004标准。

本方法由于采用电炉灰为原材料，生产过程中除下来的铅泥可供提炼铅的厂家回收，变废为宝，在保证产品质量的前提下，具有明显的成本优势，产品价格比以市场产品便宜3000元/每吨，具有十分广阔的经济价值。

Claims (7)

1.一种纳米氧化锌的制备方法，其特征在于具有以下步骤：

(a)选择含锌量15％以上的炉灰为原料，加入白煤屑、自来水混合，并控制湿度为30％-40％，在焙烧炉内加热焙烧制得次氧化锌；

(b)向次氧化锌缓慢加入硫酸反应、过滤，得到硫酸锌溶液；

(c)向溶液内加入氧化剂搅拌通过氧化还原反应除去铁、锰、铅等杂质，过滤；向溶液内加入锌粉，除去镉、镍等杂质，过滤；

(d)向除杂过滤后的硫酸锌溶液中加入纯碱，控制PH值在6.2-6.8，而后在PH保持不变的情况下，加热升温至60-80度，反应完毕后压滤，烘干，得到碳酸锌；

(e)将烘干后的碳酸锌加入纯净水制成溶液，向溶液中通入二氧化碳，最后经回转炉焙烧再次焙烧制得纳米级活性氧化锌。

2.根据权利要求1所述的一种纳米氧化锌的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述炉灰与白煤屑按5∶0.8-1.2的重量比例混合。

3.根据权利要求1所述的一种纳米氧化锌的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述焙烧炉内的焙烧温度控制在1200-1800度。

4.根据权利要求1所述的一种纳米氧化锌的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述硫酸浓度为70-80％的工业废硫酸，并按与次氧化锌重量比为1∶1的比例加入。

5.根据权利要求1所述的一种纳米氧化锌的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述氧化剂为高锰酸钾。

6.根据权利要求1所述的一种纳米氧化锌的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，加热升温后的反应时间控制在1.5-2.5小时之间。

7.根据权利要求1所述的一种纳米氧化锌的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，所述碳酸锌与纯净水的质量比为1∶3.5-4.5。