CN102826586B - 一种利用钢厂烟尘灰生产高纯纳米氧化锌的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用钢厂烟尘灰生产高纯纳米氧化锌的方法，采用氨水-碳铵液作为浸取剂进行浸取，并在每立方米浸取剂中添加0.3-0.5kg氟硅酸钠，在净化除杂步骤之前，进行预蒸氨，在净化除杂后，进行精制处理；本发明将氨法应用于对钢厂烟尘灰的处理，并对现有氨法进行了适应性改进，使得钢厂烟尘灰中的锌得到充分回收利用，通过本发明技术手段的处理，得到的氧化锌纯度可以达到99.7%以上，粒径分布在10-60nm的纳米氧化锌产品，本发明的处理方法能耗低、效率高，浸取剂循环利用，彻底地解决了钢厂高炉烟尘的锌负荷问题，既满足了钢厂对有害成分锌以及碱金属的净化要求达到生产的良性循环，又回收了钢厂宝贵的铁、炭资源。

Description

一种利用钢厂烟尘灰生产高纯纳米氧化锌的方法

技术领域

本发明涉及一种利用钢厂烟尘灰生产高纯纳米氧化锌的方法。 

背景技术

目前来自钢厂的烟尘灰（包括高炉灰、转炉灰、电炉灰），又称烟尘贮存灰，每生产一吨钢铁将会产生35～90kg的烟尘灰，这种烟尘灰一般含铁15～30%、含氧化硅4～5%、锌5～22%、可燃烧的固定炭(C)25～55% 、氧化钙2～5%、氧化镁1～2%以及钛、钒和碱金属等。通常条件下，一般作为烧结的原料来生产烧结矿，在钢厂内部循环利用，随着循环的富集，入炉锌负荷愈来愈高，严重影响高炉的正常运行。

目前限制高炉锌负荷的方法：一是限制循环用烟尘灰用量；二是烟尘灰选矿处理 ；三是采用火法和湿法处理。第一种不是降低高炉锌负荷经济的、有效的方法，而且带来环境污染。第二种是把锌富集到尾泥中，但铁精、炭精、尾泥三种产品失调，仍失去较高的铁、炭资源。 第三种又分为火法和湿法处理，火法有直接烧结法、球团处理法、直接还原法处理。但锌、铅及碱金属仍未得到解决。湿法又分为酸法和碱法，酸法工艺成熟，不升温锌浸取率仅80%左右，升温可达95%，但铁也高达60%，除铁困难，又浪费铁，设备腐蚀严重，也达不到环保要求。但碱法浸取率更低。现有湿法提锌存在问题总体特点是锌浸取率低，浸渣难以循环利用，无法达到环保要求，设备腐蚀严重，对原料要求敏感，工艺难以优化，生产效益低与钢厂产量不相匹配等。目前我国钢铁企业含锌粉尘配入烧结循环利用方式已经对高炉、烧结生产和钢铁厂环境带来巨大危害，对粉尘的处理十分迫切。

最理想的方法是进行锌的选择性浸出，使锌进入溶液中，锌得到有价值的回收利用。

另一方面，高纯度氧化锌一般是指氧化锌的质量分数在99.7%以上，高纯氧化锌是现代工业不可缺少的一种高科技原料，用途广泛，主要用于玻璃、饲料、陶瓷、染料、油漆、造纸、橡胶、农药、炼油、镀锌、特种钢材、合金、国防科技等数十种行业企业，无论是玻璃、造纸，还是橡胶、炼油等都对氧化锌需求量很大，并且纯度要求非常高。

高纯氧化锌一般是指氧化锌的质量分数≥99.7%的氧化锌产品，高纯度氧化锌是现代工业不可缺少的一种高科技原料，用途广泛，主要用于玻璃、饲料、陶瓷、染料、油漆、造纸、橡胶、农药、炼油、镀锌、特种钢材、合金、国防科技等数十种行业企业，无论是玻璃、造纸，还是橡胶、炼油等都对氧化锌需求量很大，并且纯度要求非常高。

纳米氧化锌 (ZnO)是一种粒径介于1-100 nm之间、面向21世纪的新型高功能精细无机产品，表现出许多特殊的性质，如非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等，利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造气体传感器、荧光体、变阻器、紫外线遮蔽材料、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。

目前生产纳米氧化锌的方法，主要有化学沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法以及水热合成法等。但是所采用的原料都是锌含量在50%以上的锌焙砂或纯锌盐（如硫酸锌、硝酸锌或醋酸锌）等。

氨法是制备氧化锌的一种常用方法，目前氨法（氨-碳铵联合浸出法生产氧化锌）的一般步骤包括：对含锌物料使用氨-碳铵联合浸取制得锌氨络合液，经净化、蒸氨结晶、干燥煅烧制得氧化锌产品，一般氧化锌含量95-98%。

这种传统的氨法制备氧化锌一直没有应用于烟尘灰的处理，主要原因在于：

1.因为钢厂烟尘贮存灰含锌率低（一般含Zn%=5-22）， 浸出液含锌浓度低，浸取剂消耗量大，成本高，企业无法承受。

    2.因为杂质成分复杂，生产得到的只能是普通活性氧化锌产品且合格率低，产品价格较低经济效益差。

    3.常规手段浸取时，烟尘灰的浸出率低，回收率低 ，铁、炭资源回收也没形成完整链条，烟尘灰的价值未得到体现。

综上所述，对于烟尘灰的处理，如何在含锌量低的烟尘灰中有效浸出其中的锌，并得到高纯氧化锌，同时克服传统的方法的缺点，成为本行业亟待解决的技术难题。 

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种利用钢厂烟尘灰生产高纯纳米氧化锌的方法。

本发明采用的技术方案是这样的：一种利用钢厂烟尘灰生产高纯纳米氧化锌的方法，包括以下步骤:

浸取钢厂烟尘灰、预蒸氨、净化除杂、蒸氨结晶和干燥煅烧，其中：

浸取钢厂烟尘灰时，用氨水-碳铵液作为浸取剂进行浸取；其中，所述浸取剂中NH₃的摩尔浓度c(NH₃)=4.5-7mol/L，CO₃ ^2-的摩尔浓度c(CO₃ ^2-)= 0.95-1.5 mol/L，并在每立方米浸取剂中添加0.3-0.5kg氟硅酸钠，浸取后得到浸取液；

在净化除杂步骤之前，进行预蒸氨，方法为：将浸取后得到的浸取液加热至95-105℃进行析氨，直至浸取液中c(NH₃)≤3mol/L，然后按每立方米的浸取液中加入2-4kg过硫酸铵并搅拌，将预蒸氨后的液体进行固液分离，溶液进入净化除杂步骤；

在净化除杂后，进行精制处理，方法为：净化除杂处理后的液体中，加入磷酸铵和表面活性剂，加入量为每立方米净化除杂处理后的液体中1-3kg磷酸铵、30-50g表面活性剂（如SDS）。

净化除杂、蒸氨结晶和干燥煅烧步骤均采用目前普通氨法制备氧化锌的工艺参数。

要得到高纯度的氧化锌，首先需要保证烟尘灰中的锌能尽可能地浸出，这样一方面可以提高锌的回收率，另一方面，在浸出液中锌的含量越大，杂质含量也就越小，才能保证在同等工艺条件下制得更高纯度的氧化锌。即对于烟尘灰的回收处理，锌“浸得出来”与杂质“除得干净”，是最关键的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明首先将现有的氨法制备氧化锌的技术应用于对钢厂烟尘灰的处理，同时，在现有的氨法的工艺基础上，在浸取液中，加入适量的氟硅酸钠，以解决“浸得出来”的问题；并在净化除杂之前，增加了预蒸氨的步骤，以解决“除得干净”的问题。

由于烟尘灰的单质铁含量高，不能用强酸浸出，不仅消耗大量的酸，还使铁等大量溶出，净化困难。铁酸锌在酸性中溶出也很缓慢，所以本发明采用氨法浸出，烟尘灰中脉石的超细微粒对浸取剂也起到一定的隔阻作用 ，为了解决这个问题，本申请的发明人通过大量实验得出：适量的氟硅酸纳能破除超细微粒对含锌颗粒包裹作用，实现超细微粒分层上浮，从而将锌暴露，使其较完全地浸泡在浸出液中。

同时，本申请的发明人通过大量实验得出：在净化除杂之前，增加预蒸氨步骤，一方面降低溶液中的游离氨，减低杂质离子的络合系数，利于提高净化质量，减少净化药品用量。

其次，要得到纳米级的氧化锌，需要抑制晶体颗粒的长大，现有氨法生产得到的纳米氧化锌之所以粒径大小和粒径分布范围不尽人意，最重要的原因是在处理过程中晶体的不断长大，尤其对于烟尘灰这种低锌含量的原料处理。为了解决上述问题，本申请的发明人通过大量实验，在净化除杂后，增加精制处理的步骤，在净化除杂处理后的溶液中，加入适量的磷酸铵和表面活性剂（如SDS），结合高速搅拌下能有效抑制结晶体的生长。

其中：

浸取步骤的化学反应方程式为：

　  ZnO+nNH₃ +H₂O→［Zn(NH₃)n］²⁺+2OH^-

ZnFe₂O₄ +nNH₃+4H₂O→［Zn(NH₃)n］²⁺+2Fe(OH)₃ ↓+2OH^-

ZnFe₂O₄ +nNH₃+H₂O→［Zn(NH₃)n］²⁺+Fe₂O₃↓+2OH^-

Zn₂SiO₄ +2nNH₃→ 2［Zn(NH₃)n］²⁺ + SiO₄ ^4-

ZnSiO₃+ nNH₃ +2NH₄HCO₃→［Zn(NH₃)n］CO₃+ SiO₂·H₂O+(NH₄)₂CO₃

其中n=1～4；

预蒸氨过程发生的反应：

NH₃·H₂O+NH₄HCO₃ →2NH₃ ↑+CO₂ ↑+2H₂O

（NH₄）₄SiO₄   → SiO₂↓+ 2NH₃↑ + 2H₂O

过硫酸铵作为氧化剂，除去铁、锰、砷等杂质。

增加预蒸氨步骤，一方面去除过多的游离氨，降低了氨的络合能力，同时因为升高了温度，使硅酸盐胶体及其杂质疑聚沉淀 ，从而使杂质离子得以除去，利于净化，是能制得高纯产品原因之一；另一方面可以去除溶液中大量的碳酸根离子，下一工序络合液脱氨结晶过程中有利于水解得到氢氧化锌晶核，减少碳酸锌的组成，能制得比表面积大的产品原因之一；

利用预蒸氨的高温溶液，加入过硫酸铵搅拌进行氧化，如Fe³⁺、AsO₃ ^3-、 Mn²⁺产生共沉淀，降低了后续净化难度，减少了药剂消耗量，节省了成本，反应方程式：

 5(NH₄)₂S₂O₈ +2Mn²⁺+8H₂O →2NH₄MnO₄+4(NH₄)₂SO₄ +16H⁺+ 6SO₄ ^2-

 S₂O₈  ^2-+Mn²⁺+2NH₃·H₂O+H₂O→MnO（OH）₂↓ +2NH₄ ²⁺+2SO₄ ^2-+2H⁺

S₂O₈  ^2-+2Fe²⁺ +6NH₃·H₂O →2SO₄ ^2-+ 2Fe(OH)₃↓+6NH₄ ⁺

As₂O₃+3H₂O→2H₃AsO₃

2H₃AsO₃+8Fe(OH)₃→(Fe₂O₃)₄As₂O₃·5H₂O↓+10H₂O

 AsO₄ ^3-+Fe^3-→FeAsO₄↓

 Ca²⁺+HCO₃ ^-+2OH^-→ CaCO₃↓+H₂O ；

经过前述步骤过硫酸铵氧化、分离后的锌氨络合液再经过硫化钠沉淀重金属杂质，再经高锰酸钾二次氧化铁、锰等分离杂质，又经过锌粉深度还原净化得到锌氨络合精制液；反应方程式： 

M²⁺ + S²→  MS ↓     M代表Cu²⁺、Pb²⁺ 、Cd²⁺ 、Ni²⁺   Hg²⁺等离子

As³⁺ + S ^2-→As₂S₃↓

3Fe²⁺  + MnO₄ ^- + 7H₂O →  MnO₂ ↓+ 3Fe(OH)₃↓ + 5H⁺

3Mn²⁺ + 2MnO₄ ^-  +2H₂O → 5MnO₂↓ +4H⁺

  Y²⁺ + Zn→Zn²⁺ + Y其中 Y 代表 ：Cu²⁺、Pb²⁺ 、Cd²⁺ 、Ni²⁺  等离子 

精制处理化学反应式：

3［Zn(NH₃)n］(OH)₂ +2（NH₄）₃PO₄→［Zn(NH₃)n］₃(PO₄)₂ + 6NH_3·H₂O   其中n=1～4；

蒸氨步骤的反应方程式： 

 3［Zn(NH₃)₄］CO₃ + H₂O  ——→ ZnCO₃·2Zn(OH)₂·H₂O ↓ + 12NH₃↑ + 2CO₂↑

蒸氨时加入氢氧化钠提高PH值的反应式：

  （NH₄）₂SO₄ + 2NaOH  ——→  Na₂SO₄ +2 NH₃↑ +2H₂O

 干燥煅烧的化学反应方程式：

ZnCO₃·2Zn(OH)₂·H₂O→ 3ZnO +3H₂O↑ +CO₂

作为优选：每立方米浸取剂中还添加有0.05-0.1kg的表面活性剂。

表面活性剂降低溶液的表面能 ，与氟硅酸钠配合作用，增加对锌颗粒的浸湿和渗透，促进锌的溶解和浸出。

作为优选：在每立方米的氨水-碳铵液浸取剂中还添加有0.5-1kg的二氰二胺。

二氰二胺作为氨稳定剂，可以减少浸取过程中氨的挥发，改善浸取工作环境，减少氨的损耗。

作为优选：在浸取待处理的烟尘灰时，采用湿法球磨。

进一步的：保证在球磨机内浸出时间为50～60分钟，球磨机出口物料全部通过140目筛。

利用球磨湿法浸取，破坏了烟尘灰中铁酸锌等晶格结构 （达到机械活化）与表面活性剂等化学活化相结合，达到较高的浸出速度和浸出率。

作为优选：在蒸氨结晶过程中，随时检测蒸氨塔内液体锌含量，当锌的质量含量在1-1.5%时，在蒸氨设备内加入氢氧化钠溶液，加入的氢氧化钠溶液为每立方米蒸氨液体加入质量百分含量为30%的氢氧化钠溶液3-5升，锌质量百分含量低于0.3%时，结束蒸氨。

在蒸氨过程中，当锌氨络合液中氨浓度较低时，通过添加氢氧化纳提高溶液的pH值，使NH₄ ⁺转为游离NH₃分子达到快速脱氨，快速结晶的目的。结晶速度越快，杂质包裹晶体的机会就越小，从而提高晶体的纯度。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：将氨法应用于对钢厂烟尘灰的处理，并对现有氨法进行了适应性改进，在浸取时加入氟硅酸钠、表面活性剂和二氰二胺，一方面使得钢厂烟尘灰的锌快速、尽可能完全地浸出，使得钢厂烟尘灰中的锌得到充分回收利用，同时在浸取后增加了预蒸氨步骤，去除多余的游离氨有利用净化除杂，为制得高纯度高质量的氧化锌奠定了基础，后续工序增加在蒸氨过程中加入阻变剂以抑制晶体的生长，得到粒径小且粒径均匀的纳米氧化锌前驱体；通过本发明技术手段的处理，得到的氧化锌纯度可以达到99.7%以上，粒径分布在10-60nm的纳米氧化锌产品，具有很高的经济价值；本发明的处理方法能耗低、效率高，浸取剂循环利用，彻底地解决了钢厂高炉烟尘的锌负荷问题，既满足了钢厂对有害成分锌以及碱金属的净化要求（碱金属去除率达99%；锌提取率90%以上），达到生产的良性循环，又回收了钢厂宝贵的铁、炭资源，铁、炭得到富集，铁含量由原来1３-２８%提高到1７-3６%，炭发热量由原来约1000-3000大卡/公斤提高到1500-4700大卡/公斤；铁、炭回收利用率均达到95%以上 ，既节约了能源又创造了良好的经济效益。 

具体实施方式

下面对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

原料：昆明某钢厂烟尘灰1^＃，其成分按质量百分比计（%）为：

Zn9.7%   Fe27.14%   Pb0.85%  Cd0.007%  C28%   碱金属（ k、Na）2.9%

用于制备高纯氧化锌的方法：

（1）浸取：取500克烟尘灰1^＃，用1500ml氨水-碳铵液作为浸取剂进行浸取；其中，所述浸取剂中NH₃的摩尔浓度c(NH₃)=4.5mol/L，CO₃ ^2-的摩尔浓度c(CO₃ ^2-)=1.2 mol/L，添加0.45g氟硅酸钠，进行三段浸取，各段浸取时间均为2小时，固液分离后，所得锌氨络合液中锌43.89克（锌回收率90.5%）；

（2）预蒸氨：在净化除杂步骤之前，进行预蒸氨，方法为：将浸取后得到的浸取液加热至105℃进行析氨，直至浸取液中c(NH₃)=3mol/L，然后加入2g过硫酸铵并搅拌，将预蒸氨后的液体进行固液分离，溶液进入净化除杂步骤；

（3）净化除杂：加入1.32g高锰酸钾搅拌0.5h ，加入少量聚丙烯酰胺溶液（4mg/L）过滤，滤液按沉淀Cu、Cd、Pb所需硫化钠的理论量的1.2倍加入硫化钠，温度,70℃，搅拌时间2h,过滤，滤液加入KMnO₄用量为Fe量的2.7倍，温度80℃，搅拌1h(检测Fe、Mn合格)，过滤，滤液按置换Cu、Cd、Pb所需理论锌粉的2.5倍加入锌粉，搅拌30min,温度60℃，过滤，得滤液；

（4）精制处理：在净化除杂后，进行精制处理，方法为：净化除杂处理后的滤液中，加入1g磷酸铵、0.05g表面活性剂SDS；

（5）蒸氨结晶：将所得精制液置入蒸氨器中进行蒸氨,溶液温度105℃， 直至［Zn²⁺］≤1.5g/L时停止蒸氨，得到的乳浊液进行固液分离，滤饼按液固比5：1去离子水洗涤，洗涤时间1h,再过滤分离，得到滤饼；

（6）干燥煅烧：滤饼105℃干燥，得到粉体，经550℃马弗炉煅烧50min,取样检测得到平均粒径24.5nm(XRD线宽法)，质量百分含量为99.71%高纯氧化锌。

实施例2

原料：南方一钢厂烟尘灰2^＃ 其成分的质量百分比（%）为：

 Zn6.2%    Fe29.6%    Pb0.87%   C15.24%    Si8.7%       碱金属（ k、Na）3.47

用于制备高纯氧化锌的方法：

（1）浸取：取500克烟尘灰2^＃，用1500ml氨水-碳铵液作为浸取剂进行浸取；其中，所述浸取剂中NH₃的摩尔浓度c(NH₃)=7mol/L，CO₃ ^2-的摩尔浓度c(CO₃ ^2-)=1.5 mol/L，添加0.75g氟硅酸钠、0.075g的表面活性剂SDS、0.75g的二氰二胺；在浸取时，采用球磨，并保证球磨机内浸出时间为30分钟，球磨机出口物料全部通过140目筛，再进行三段搅拌浸取，各段浸取时间均为2小时，固液分离后，所得锌氨络合液中锌28.37克（锌回收率91.5%）；

（2）预蒸氨：在净化除杂步骤之前，进行预蒸氨，方法为：将浸取后得到的浸取液加热至105℃进行析氨，直至浸取液中c(NH₃)=2.8mol/L，然后加入2g过硫酸铵并搅拌，将预蒸氨后的液体进行固液分离，溶液进入净化除杂步骤；

（3）净化除杂：加入0.85g高锰酸钾搅拌0.5h，加入少量聚丙烯酰胺溶液（4mg/L）过滤，滤液按沉淀Cu、Cd、Pb所需硫化钠的理论量的1.2倍加入硫化钠，温度,70℃，搅拌时间2h,过滤，滤液加入KMnO₄用量为Fe量的3.5倍，温度80℃，搅拌1h(检测Fe、Mn合格)，过滤，滤液按置换Cu、Cd、Pb所需理论锌粉的2.5倍加入锌粉，搅拌30min,温度60℃，过滤，得滤液；

（4）精制处理：在净化除杂后，进行精制处理，方法为：净化除杂处理后的滤液中，1.5g磷酸铵、0.015g表面活性剂SDS；

（5）蒸氨结晶：将所得精制液置入蒸氨器中进行蒸氨,溶液温度108℃，在蒸氨结晶过程中，随时检测蒸氨塔内液体锌含量，当锌的质量含量在1%时，在蒸氨设备内加入氢氧化钠溶液，加入质量百分含量为30%的氢氧化钠溶液2.5ml，锌质量百分含量低于0.3%时，结束蒸氨；得到的乳浊液进行固液分离，滤饼按液固比5：1去离子水洗涤，洗涤时间1h,再过滤分离，得到滤饼；

（6）干燥煅烧：滤饼105℃干燥，得到粉体,经500℃马弗炉煅烧60min,取样检测得到平均粒径13.8nm(XRD线宽法)，质量百分含量为99.82%高纯氧化锌。

实施例3

原料：西南某钢厂烟尘灰3^＃，其成分按质量百分比计为：

 Zn 15.4%    Fe32.53%   Pb0.67%   C25.28%  Si 8.67%    碱金属（ k、Na）2.52%

用于制备高纯氧化锌的方法：

（1）浸取：取1000克烟尘灰3^＃，用3000mL氨水-碳铵液作为浸取剂进行浸取；其中，所述浸取剂中NH₃的摩尔浓度c(NH₃)=5.8mol/L，CO₃ ^2-的摩尔浓度c(CO₃ ^2-)=1.15 mol/L，分别添加1.2g氟硅酸钠、0.3g的表面活性剂SDS、3g的二氰二胺；在浸取时，采用球磨，并保证球磨机内浸出时间为45分钟，球磨机出口物料全部通过140目筛，再进行三段搅拌浸取，各段浸取时间均为2小时，固液分离后，所得锌氨络合液中锌142.45克（锌回收率92.5%）；

（2）预蒸氨：在净化除杂步骤之前，进行预蒸氨，方法为：将浸取后得到的浸取液加热至100℃进行析氨，直至浸取液中c(NH₃)=2.9mol/L，然后加入12g过硫酸铵并搅拌，将预蒸氨后的液体进行固液分离，溶液进入净化除杂步骤；

（3）净化除杂：加入4.3g高锰酸钾搅拌0.8h，加入少量聚丙烯酰胺溶液（4mg/L）过滤，滤液按沉淀Cu、Cd、Pb所需硫化钠的理论量的1.2倍加入硫化钠，温度,70℃，搅拌时间2h,过滤，滤液加入KMnO₄用量为Fe量的3.5倍，温度80℃，搅拌1h(检测Fe、Mn合格)，过滤，滤液按置换Cu、Cd、Pb所需理论锌粉的2.5倍加入锌粉，搅拌30min，温度60℃，过滤，得滤液；

（4）精制处理：在净化除杂后，进行精制处理，方法为：净化除杂处理后的滤液中，加入6g磷酸铵、0.12g表面活性剂SDS；

（5）蒸氨结晶：将所得精制液置入蒸氨器中进行蒸氨,溶液温度108℃，在蒸氨结晶过程中，随时检测蒸氨塔内液体锌含量，当锌的质量含量在1.5%时，在蒸氨设备内加入氢氧化钠溶液，加入质量百分含量为30%的氢氧化钠溶液9ml，锌质量百分含量低于0.3%时，结束蒸氨，得到的乳浊液进行固液分离，滤饼按液固比5：1去离子水洗涤，洗涤时间1h,再过滤分离，得到滤饼；

（5）干燥煅烧：滤饼105℃干燥，得到粉体,经580℃马弗炉煅烧70min,取样检测得到平均粒径11.6nm(XRD线宽法)，质量百分含量为99.78%高纯氧化锌。

实施例4

原料：昆明某钢厂烟尘灰4^＃，其成分按质量百分比计为：

Zn 9.7%   Fe27.14%   Pb0.85%  Cd0.007%  C 28%   碱金属（ k、Na）2.9%

用于制备高纯氧化锌的方法：

（1）浸取：取1000克烟尘灰4^＃，用3000mL氨水-碳铵液作为浸取剂进行浸取；其中，所述浸取剂中NH₃的摩尔浓度c(NH₃)=6.2mol/L，CO₃ ^2-的摩尔浓度c(CO₃ ^2-)=1.25 mol/L，分别添加1.35g氟硅酸钠、0.6g的表面活性剂SDS、2.4g的二氰二胺；在浸取时，采用球磨，并保证球磨机内浸出时间为80分钟，球磨机出口物料全部通过140目筛，再进行三段搅拌浸取，各段浸取时间均为2小时，固液分离后，所得锌氨络合液中锌90.01克（锌回收率92.79%）；

（2）预蒸氨：在净化除杂步骤之前，进行预蒸氨，方法为：将浸取后得到的浸取液加热至98℃进行析氨，直至浸取液中c(NH₃)=2.7mol/L，然后加入7g过硫酸铵并搅拌，将预蒸氨后的液体进行固液分离，溶液进入净化除杂步骤；

（3）净化除杂：加入2.7g高锰酸钾搅拌0.8h ，加入少量聚丙烯酰胺溶液（4mg/L）过滤，滤液按沉淀Cu、Cd、Pb所需硫化钠的理论量的1.2倍加入硫化钠，温度,70℃，搅拌时间2h,过滤，滤液加入KMnO₄用量为Fe量的3.5倍，温度80℃，搅拌1h(检测Fe、Mn合格)，过滤，滤液按置换Cu、Cd、Pb所需理论锌粉的2.5倍加入锌粉，搅拌30min，温度60℃，过滤，得滤液；

（4）精制处理：在净化除杂后，进行精制处理，方法为：净化除杂处理后的滤液中，加入5g磷酸铵、0.09g表面活性剂SDS；

（5）蒸氨结晶：将所得精制液置入蒸氨器中进行蒸氨,溶液温度108℃，在蒸氨结晶过程中，随时检测蒸氨塔内液体锌含量，当锌的质量含量在1.2%时，在蒸氨设备内加入氢氧化钠溶液，加入质量百分含量为30%的氢氧化钠溶液6ml，锌质量百分含量低于0.3%时，结束蒸氨，得到的乳浊液进行固液分离，滤饼按液固比5：1去离子水洗涤，洗涤时间1h,再过滤分离，得到滤饼；

（6）干燥煅烧：滤饼105℃干燥，得到粉体,经560℃马弗炉煅烧75min,取样检测得到平均粒径12.5nm(XRD线宽法)，质量百分含量为99.82%的高纯氧化锌。 

Claims (7)

1.一种利用钢厂烟尘灰生产高纯纳米氧化锌的方法，其特征在于，包括以下步骤:

浸取钢厂烟尘灰、净化除杂、蒸氨结晶和干燥煅烧，其特征在于：

浸取钢厂烟尘灰时，用氨水-碳铵液作为浸取剂进行浸取；其中，所述浸取剂中NH₃的摩尔浓度c(NH₃)=4.5-7mol/L，CO₃ ^2-的摩尔浓度c(CO₃ ^2-)= 0.95-1.5 mol/L，并在每立方米浸取剂中添加0.3-0.5kg氟硅酸钠，浸取后得到浸取液；

在净化除杂步骤之前，进行预蒸氨，方法为：将浸取后得到的浸取液加热至95-105℃进行析氨，直至浸取液中c(NH₃)≤3mol/L，然后按每立方米的浸取液中加入2-4kg过硫酸铵并搅拌氧化，将预蒸氨后的液体进行固液分离，溶液进入净化除杂步骤；

在净化除杂后，进行精制处理，方法为：净化除杂处理后的液体中，加入磷酸铵和表面活性剂，加入量为每立方米净化除杂处理后的液体中1-3kg磷酸铵、30-50g表面活性剂。

2.根据权利要求1所述一种利用钢厂烟尘灰生产高纯纳米氧化锌的方法，其特征在于：每立方米浸取剂中还添加有0.05-0.1kg的表面活性剂。

3.根据权利要求2所述一种利用钢厂烟尘灰生产高纯纳米氧化锌的方法，其特征在于：在每立方米的浸取剂添加有0.5-1kg的二氰二胺。

4.根据权利要求1所述一种利用钢厂烟尘灰生产高纯纳米氧化锌的方法，其特征在于：在浸取待处理的烟尘灰时，采用湿法球磨。

5.根据权利要求4所述一种利用钢厂烟尘灰生产高纯纳米氧化锌的方法，其特征在于：保证在球磨机内浸出时间为50～60分钟，球磨机出口物料全部通过140目筛。

6.根据权利要求1所述一种利用钢厂烟尘灰生产高纯纳米氧化锌的方法，其特征在于：在蒸氨结晶过程中，随时检测蒸氨塔内液体锌含量，当锌的质量含量在1-1.5%时，在蒸氨设备内加入氢氧化钠溶液，加入的氢氧化钠溶液为每立方米蒸氨液体加入质量百分含量为30%的氢氧化钠溶液3-5升，锌质量百分含量低于0.3%时，结束蒸氨。

7.根据权利要求1所述一种利用钢厂烟尘灰生产高纯纳米氧化锌的方法，其特征在于：所述干燥煅烧温度为300-450℃。