CN103288123A - 一种闭路循环制备精细硫化锌的方法 - Google Patents

一种闭路循环制备精细硫化锌的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种闭路循环制备精细硫化锌的方法，其将ZnO固体粉末与H2SO4溶液混合反应得到掺杂的ZnSO4溶液，掺杂的ZnSO4溶液经除杂得到杂质含量小于0.02％的纯净的ZnSO4溶液，纯净的ZnSO4溶液与Na2S溶液反应，反应产物经压滤分离，得到固体粗硫化锌，固体粗硫化锌水洗后的混合液经压滤分离，提取的固体硫化锌经干燥、培烧、高度粉碎，得到精细硫化锌产品，渗析出来的含有硫酸钠和硫化锌的废水与ZnO固体粉末与H2SO4溶液混合，实现闭路循环。本发明工艺简单，操作方便，投资成本低，无废水、废气排放，对环境友好，节约水资源，副产品收率高。

Description

一种闭路循环制备精细硫化锌的方法
技术领域
本发明属于精细化工技术领域，涉及一种硫化锌的制备方法，尤其是涉及一种闭路循环制备精细硫化锌的方法。
背景技术
硫化锌易分散，不易团聚，为中性的白色，且具有良好的光学性质，常作为热固塑料、热塑塑料、强化纤维玻璃、阻燃剂、人造橡胶以及分散剂的组分，广泛地应用于半导体、颜料、光致发光装置、太阳能电池、红外检测器、光纤维通讯等。
现有技术中，硫化锌生产和制备通常采用闪锌矿提纯或硫化氢通入锌盐溶液反应的方法，生产工艺复杂，由于提纯、分离的不充分和贮存过程中的氧化作用，硫化锌粉体通常含有少量的硫酸根，硫化锌转化率约为50％，转化率非常低，颗粒粗大且粒径不均匀，更由于硫化氢气体具有剧毒性，使生产中存在巨大的安全隐患；而且，“三废”排放量大，对环境造成的危害过于严重，使生产难以发展，产量难以增加，面临十分严重的污水处理问题。
中国专利CN101205077A公开了一种制备硫酸钡和硫化锌的方法，其中硫化锌的制备是采用含锌矿石煅烧制得的氧化锌ZnO与硫酸H2SO4反应，反应液经净化杂质制得硫酸锌ZnSO4溶液，然后纯净硫酸锌ZnSO4溶液与硫化碱Na2S反应，反应产物经压滤分离得到硫化锌。该方法制得的硫化锌为粗产品，产品中含有少量硫酸钠，纯度低，价格低，用途单一，主要用作冶炼锌的原料。
随着工业的发展，精细硫化锌在半导体、颜料、光致发光装置、太阳能电池、红外检测器、光纤维通讯等领域内的用途日益广泛，现有的精细硫化锌已不能满足市场需求，因此，迫切需要一种简便易行、环保无污染的精细硫化锌制备方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种闭路循环制备精细硫化锌的方法，其原料成本低，工艺简单，操作方便，使生产过程中的废水回到原生产过程中重复利用，实现闭路循环。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种闭路循环制备精细硫化锌的方法，其包括以下步骤：
步骤1、将ZnO固体粉末与H2SO4溶液混合加入第一反应釜中，其中ZnO固体粉末与H2SO4溶液质量比为1：1.5～2.5，H2SO4质量百分比浓度为20～25％，在65～75℃温度条件下反应25～35min后，调节反应后溶液PH值为5.0～5.5，得到掺杂的ZnSO4溶液；然后，对掺杂的ZnSO4溶液进行除杂处理，除去ZnSO4溶液中的杂质镍、钼、铬、铜、铅和铁，得到杂质含量小于0.02％的纯净的ZnSO4溶液；
步骤2、将步骤1中得到的纯净的ZnSO4溶液与Na2S溶液加入第二反应釜中，其中ZnSO4溶液与Na2S溶液质量比为2～2.5：1，Na2S质量百分比浓度为20～25％，反应产物采用压滤机进行第一次压滤分离，得到滤饼水分不大于30％、且Na2SO4含量不大于5％的固体粗硫化锌；
步骤3、在洗涤槽中用清水清洗粗硫化锌，清洗后的溶液比重控制在0～0.2之间，其中Na2SO4含量小于0.15％；
步骤4、洗涤槽中的混合液采用压滤机进行第二次压滤分离，提取的固体硫化锌在温度100～110℃条件下干燥，745～755℃高温下培烧30～50min，再用气流粉碎机进行高度粉碎，得到粒度为1000～1500目的精细硫化锌产品；
步骤5、洗涤槽中的混合液采用压滤机进行第二次压滤分离后，渗析出来的液体，即含有质量百分含量0.7～1.7％硫酸钠和质量百分含量0.75～0.85％硫化锌的废水送入第一反应釜中，与ZnO固体粉末与H2SO4溶液混合，实现闭路循环。
化学方程式
ZnO+H2SO4→ZnSO4+H2O
ZnSO4+Na2S→ZnS+Na2SO4
上述的闭路循环制备精细硫化锌的方法中，ZnO固体粉末以锌矿石或含锌废料为原料。
所述的闭路循环制备精细硫化锌的方法，在步骤1中，对掺杂的ZnSO4溶液进行除杂处理步骤为，将掺杂的ZnSO4溶液放入除杂槽中，向除杂槽中加入氧化剂H2O2氧化ZnSO4溶液中的杂质铁；再将除杂后的ZnSO4溶液放入置换器中，加入锌粉，在温度85～95℃和搅拌条件下，反应30～40min，进行过滤分离，除去ZnSO4溶液中的杂质镍、钼、铬、铜、铅和铁。
所述的闭路循环制备精细硫化锌的方法，在步骤1中，对掺杂的ZnSO4溶液进行除杂处理步骤进行1～3次。
所述的闭路循环制备精细硫化锌的方法，在步骤3中，在洗涤槽中用45～55℃清水清洗粗硫化锌若干次。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
该闭路循环制备精细硫化锌的方法，其工艺简单，操作方便，投资成本低，氧化锌原料来源广泛，对原材料要求不严格，能够将硫化锌生产过程中产生的废水送入原生产过程，继续利用，实现无废水、废气排放，对环境友好，节约水资源，副产品收率高，制得的精细硫化锌产品质量达到国家标准要求，经济效益提高10～20％，解决了传统生产工艺中废水、废气排放问题以及废水回收成本高、耗能大的弊端。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
参照图1中的工艺流程图和以下实施例可以对本发明作进一步详细说明；但是，以下实施例仅仅是例证，本发明并不局限于这些实施例。
实施例1
步骤1、在第一反应釜中加入清水150ml，在搅拌下加入53ml质量分数为98％的浓H2SO4配制成质量百分比浓度为20％稀H2SO4溶液，再加入50g氧化锌原料（含ZnO 85％），ZnO固体粉末与H2SO4溶液质量比为1：2.25，在65℃温度条件下反应32min后，调节反应后溶液PH值为5.0，得到掺杂的ZnSO4溶液；然后，将掺杂的ZnSO4溶液放入除杂槽中，向除杂槽中加入氧化剂H2O2氧化ZnSO4溶液中的杂质铁；再将除杂后的ZnSO4溶液放入置换器中，加入锌粉，在温度92℃和搅拌条件下，反应30min，进行过滤分离，除去ZnSO4溶液中的杂质镍、钼、铬、铜、铅和铁，经过化验、测试，得到杂质含量小于0.02％的纯净的ZnSO4溶液；
步骤2、将步骤1中得到的纯净的ZnSO4溶液与40.7g Na2S溶液加入第二反应釜中，其中ZnSO4溶液与Na2S溶液质量比为2.06：1，Na2S质量百分比浓度为20％，反应生成ZnS 44.85g、Na2SO4 65.37g，反应产物采用压滤机进行第一次压滤分离，得到滤饼水分为25％、且Na2SO4含量为4％的固体粗硫化锌；
步骤3、在洗涤槽中用清水清洗粗硫化锌3次，清洗后的溶液比重为0.15，其中Na2SO4含量小于0.15％；
步骤4、洗涤槽中的混合液采用压滤机进行第二次压滤分离，提取的固体硫化锌在温度100℃条件下干燥，750℃高温下培烧50min，再用气流粉碎机进行高度粉碎，得到粒度为1000～1500目的精细硫化锌产品44.7g，精细硫化锌中含Na2SO4 0.18g；
步骤5、洗涤槽中的混合液采用压滤机进行第二次压滤分离后，渗析出来的液体，即含有1.5%硫酸钠、0.79%硫化锌的废水送入第一反应釜中，实现闭路循环。
实施例2
步骤1、在第一反应釜中加入含有1.5%硫酸钠、0.79%硫化锌的废水150ml，在搅拌下加入53ml质量分数为98％的浓H2SO4配制成质量百分比浓度为20％稀H2SO4溶液，再加入50g氧化锌原料（含ZnO 85％），ZnO固体粉末与H2SO4溶液质量比为1：2.25，在70℃温度条件下反应28min后，调节反应后溶液PH值为5.2，得到掺杂的ZnSO4溶液；然后，将掺杂的ZnSO4溶液放入除杂槽中，向除杂槽中加入氧化剂H2O2氧化ZnSO4溶液中的杂质铁；再将除杂后的ZnSO4溶液放入置换器中，加入锌粉，在温度85℃和搅拌条件下，反应35min，进行过滤分离，除去ZnSO4溶液中的杂质镍、钼、铬、铜、铅和铁，经过化验、测试，得到杂质含量小于0.02％的纯净的ZnSO4溶液；
步骤2、将步骤1中得到的纯净的ZnSO4溶液与40.7g Na2S溶液加入第二反应釜中，其中ZnSO4溶液与Na2S溶液质量比为2.06：1，Na2S质量百分比浓度为20％，反应生成ZnS 44.84g、Na2SO4 75.40g，反应产物采用压滤机进行第一次压滤分离，得到滤饼水分为25％、且Na2SO4含量为5％的固体粗硫化锌；
步骤3、在洗涤槽中用清水清洗粗硫化锌3次，清洗后的溶液比重为0.15，其中Na2SO4含量小于0.15％；
步骤4、洗涤槽中的混合液采用压滤机进行第二次压滤分离，提取的固体硫化锌在温度100℃条件下干燥，745℃高温下培烧45min，再用气流粉碎机进行高度粉碎，得到粒度为1000～1500目的精细硫化锌产品44.7g，精细硫化锌中含Na2SO4 0.18g；
步骤5、洗涤槽中的混合液采用压滤机进行第二次压滤分离后，渗析出来的液体，即含有1.5%硫酸钠、0.79%硫化锌的废水送入第一反应釜中，实现闭路循环，无排放。
上述两个实施例中的百分比指的均为质量百分比。

Claims (5)

1.一种闭路循环制备精细硫化锌的方法，其特征是：其包括以下步骤：
步骤1、将ZnO固体粉末与H2SO4溶液混合加入第一反应釜中，其中ZnO固体粉末与H2SO4溶液质量比为1：1.5～2.5，H2SO4质量百分比浓度为20～25％，在65～75℃温度条件下反应25～35min后，调节反应后溶液PH值为5.0～5.5，得到掺杂的ZnSO4溶液；然后，对掺杂的ZnSO4溶液进行除杂处理，除去ZnSO4溶液中的杂质镍、钼、铬、铜、铅和铁，得到杂质含量小于0.02％的纯净的ZnSO4溶液；
步骤2、将步骤1中得到的纯净的ZnSO4溶液与Na2S溶液加入第二反应釜中，其中ZnSO4溶液与Na2S溶液质量比为2～2.5：1，Na2S质量百分比浓度为20～25％，反应产物采用压滤机进行第一次压滤分离，得到滤饼水分不大于30％、且Na2SO4含量不大于5％的固体粗硫化锌；
步骤3、在洗涤槽中用清水清洗粗硫化锌，清洗后的溶液比重控制在0～0.2之间，其中Na2SO4含量小于0.15％；
步骤4、洗涤槽中的混合液采用压滤机进行第二次压滤分离，提取的固体硫化锌在温度100～110℃条件下干燥，745～755℃高温下培烧30～50min，再用气流粉碎机进行高度粉碎，得到粒度为1000～1500目的精细硫化锌产品；
步骤5、洗涤槽中的混合液采用压滤机进行第二次压滤分离后，渗析出来的液体，即含有质量百分含量0.7～1.7％硫酸钠和质量百分含量0.75～0.85％硫化锌的废水送入第一反应釜中，与ZnO固体粉末与H2SO4溶液混合，实现闭路循环。
2.根据权利要求1所述的闭路循环制备精细硫化锌的方法，其特征是：ZnO固体粉末以锌矿石或含锌废料为原料。
3.根据权利要求1所述的闭路循环制备精细硫化锌的方法，其特征是：在步骤1中，对掺杂的ZnSO4溶液进行除杂处理步骤为，将掺杂的ZnSO4溶液放入除杂槽中，向除杂槽中加入氧化剂H2O2氧化ZnSO4溶液中的杂质铁；再将除杂后的ZnSO4溶液放入置换器中，加入锌粉，在温度85～95℃和搅拌条件下，反应30～40min，进行过滤分离，除去ZnSO4溶液中的杂质镍、钼、铬、铜、铅和铁。
4.根据权利要求1所述的闭路循环制备精细硫化锌的方法，其特征是：在步骤1中，对掺杂的ZnSO4溶液进行除杂处理步骤进行1～3次。
5.根据权利要求1所述的闭路循环制备精细硫化锌的方法，其特征是：在步骤3中，在洗涤槽中用45～55℃清水清洗粗硫化锌若干次。
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