CN103896325A - 一种煅烧氧化锌生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种煅烧氧化锌生产工艺，其是在氨法氧化锌工艺的基础上通过提高煅烧温度及延长煅烧时间，可以在一条生产线上，从次氧化锌原料直接加工成煅烧氧化锌的生产工艺。可解决传统煅烧氧化锌生产工艺能耗高，生产成本高的问题。

Description

一种煅烧氧化锌生产工艺
技术领域
本发明涉及氧化锌的生产工艺，特别是涉及一种煅烧氧化锌生产工艺。
背景技术
在陶瓷行业中氧化锌主要应用于熔块釉，普遍用于砖瓦釉、粗陶的半透明釉和工艺餐器皿的透明粗釉或熟釉。特别在建筑陶瓷墙地砖釉料、色料与低温瓷釉料、色料中用量较多。在艺术陶瓷釉料、色料中也得到广泛使用。
普通等级氧化锌因为尚未完全煅烧，直接在陶瓷上使用因高温烧制时气体的排出会产生气孔（在陶瓷表面形成针孔）、发生气泡、破裂或在彩绘部位上留下白色斑点（而该颜色移到无色部位上去）影响陶瓷产品质量。所以普通等级氧化锌一般不能直接在陶瓷面上使用。
在陶瓷行业为避免釉在高温熔融时发生反应放出气体，或防止一些可溶性成分在釉浆干燥和烧成时出现偏析，通常将等级氧化锌及其它主要原料经干法混合后在高温下熔制为均匀的玻璃熔体，然后水淬成易于粉碎的熔块，再与其他原料一起湿法球磨而制成熔块釉。这就需要一整套制釉设备，而且低温材料不能在熔块上应用，限制中小陶瓷企业的发展及其技术研发。煅烧氧化锌的成功研制，彻底解决了以上难题，并给氧化锌在陶瓷行业中应用提供更为广阔的发展空间。
传统煅烧氧化锌的生产工艺基本上都是用市场采购的普通等级氧化锌，经回转窑高温煅烧、研磨和包装等工序制成的。传统的工艺能生产出适应陶瓷工艺要求的煅烧氧化锌，但其能耗高，生产成本高，产品价格也高。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种煅烧氧化锌生产工艺，其是在氨法氧化锌工艺的基础上通过提高煅烧温度及延长煅烧时间，可以在一条生产线上，从次氧化锌原料直接加工成煅烧氧化锌的生产工艺。
本发明一种煅烧氧化锌生产工艺包括以下步骤：
1）浸出：以氨水及碳铵作浸出溶剂，将次氧化锌中的锌浸出制成锌氨络合物溶液；
2）氧化除铁、锰：在步骤1）得到的浸出液中加入高锰酸钾进行氧化反应，将浸出液中的Fe2+、Mn2+氧化成难溶的Fe3+、Mn4+沉淀出来，并过滤除去，得到滤液；
3）锌粉置换除铜、镉、铅：在步骤2）得到的滤液中加入锌粉置换反应，使铜、镉、铅沉淀出来，并过滤除去，得到净化液；
4）蒸氨：将步骤3）得到净化液送入蒸氨罐蒸氨，在负压下用100℃以上水蒸汽直接通入到净化液中，使锌氨络合物受热分解为碱式碳酸锌、氨气和二氧化碳，得到碱式碳酸锌悬浮液；
5）煅烧：将步骤4）得到的碱式碳酸锌悬浮液加水洗涤，过滤，将滤渣送入回转窑经1000-1200℃煅烧2-5小时即可得到煅烧氧化锌。
本发明还可以作以下改进：
步骤1）中，所述浸出为两段式，分别在两个浸出池中进行，将第一段浸出后的滤渣在搅拌下加入第二段浸出池中再浸出，第二段浸出的滤渣弃去，而第二段浸出的二浸液则加入第一段浸出池中作为浸出溶剂，并在搅拌下投入次氧化锌至第一浸出池中，浸出的一浸液进入下一步骤，如此循环往复。其中，第一段浸出以充分消耗过量的浸出溶剂为目的，使氨和锌的络合反应充分进行，提高浸出溶液中锌的含量，减少每吨煅烧氧化锌蒸氨过程中蒸汽的消耗量；第二段浸出工序中则以大量过量的浸出溶剂来保证浸出渣中锌的含量尽可能地低，实践证明可以降低2%，以提高锌金属回收率。
所述第二段浸出时，浸出溶剂中氨浓度为80-100g/L，碳铵浓度为110-140g/L；所述第一段浸出时，按总摩尔比NH4 +：Zn=3.5-4.5：0.5-1.5投入次氧化锌，所述第一段浸出为2-2.5小时，第二段浸出为1-1.5小时。
步骤2）中，所述氧化反应条件为30-45℃，搅拌，投入高锰酸钾的量为一浸液中Fe2++Mn2+总质量的3-6倍；反应时间为1-1.5小时。
步骤3）中，置换反应条件为按溶液中铜、镉、铅总质量的2-4倍加入锌粉，并搅拌反应45分钟。
步骤3）中，所述净化液Zn含量为100-140g/L。
步骤4）中，所述蒸氨工序采用“双切线直接打入蒸汽”工艺，即设两条方向相反且相互平行地分布于蒸氨罐筒体两侧的蒸汽管道，并均与蒸氨罐筒体成切线方向伸入罐内，让两道高压蒸汽流沿着筒壁带动液体或以顺时针或以逆时针一边高速地旋转一边进行充分混合反应。
步骤4）中，所述蒸氨开始时通过控制蒸汽量来控制反应速度；当溶液中锌离子浓度降到1g/L以下即停止蒸氨。
步骤5）中，所述回转窑直径为1.5-2.5米，窑长50-60米，尾气温度在120-180℃。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
（1）本发明提供的一种煅烧氧化锌新生产工艺，其是在氨法氧化锌工艺的基础上通过提高煅烧温度及延长煅烧时间，可在一条生产线上，从次氧化锌原料直接加工成煅烧氧化锌。
（2）采用本发明提供的一种煅烧氧化锌生产工艺，生产出的煅烧氧化锌生产成本低，其煅烧完全、均匀，产品质量稳定且容易控制，颜色一致。在陶瓷色釉中有较强的助熔作用，能够降低釉的膨胀系数，防止坼裂，防止蛋壳面，提高产品的热稳定性、釉的弹性，扩大熔融范围，加宽烧成温度范围，同时能增加釉面的光泽与白度，增加釉色的光彩。由于其具有较强的助熔作用，可以做为陶瓷颜料的助熔剂、填充剂、矿化剂及釉彩载体。其助熔与发色效果很好，使釉料均匀、发色充分准确、呈色丰富艳丽，是釉药非常主要原料。
（3）采用本发明提供的一种煅烧氧化锌生产工艺，其反应条件温和友好且容易控制、安全。
具体实施方式
实施例
一种煅烧氧化锌生产工艺，其包括以下步骤：
1）浸出：以氨水及碳铵作浸出溶剂，将次氧化锌中的锌浸出制成锌氨络合物溶液；该步骤主要反应式如下：
ZnO+3NH3·H2O+NH4HCO3=Zn(NH3)4CO3+4H2O
具体的，所述浸出为两段式，分别在两个浸出池中进行，将第一段浸出后的滤渣在搅拌下加入第二段浸出池中再浸出，第二段浸出的滤渣弃去，而第二段浸出的二浸液则加入第一段浸出池中作为浸出溶剂，并在搅拌下投入次氧化锌至第一浸出池中，浸出的一浸液进入下一步骤，如此循环往复。其中，第一段浸出以充分消耗过量的浸出溶剂为目的，使氨和锌的络合反应充分进行，提高浸出溶液中锌的含量，减少每吨煅烧氧化锌蒸氨过程中蒸汽的消耗量；第二段浸出工序中则以大量过量的浸出溶剂来保证浸出渣中锌的含量尽可能地低，实践证明可以降低2%，以提高锌金属回收率。
所述第二段浸出时，浸出溶剂中氨浓度为100g/L，碳铵浓度为140g/L；所述第一段浸出时按总摩尔比NH4 +：Zn=4:1.1投入次氧化锌，所述第一段浸出为2小时，第二段浸出为1小时。
2）氧化除铁、锰：在步骤1）得到的浸出液中加入高锰酸钾进行氧化反应，将浸出液中的Fe2+、Mn2+氧化成难溶的Fe3+、Mn4+沉淀出来，并过滤除去，得到滤液；该步骤主要反应式如下：
Fe2++3Mn7+=Fe3+↓+3Mn4+↓  5Mn2++2Mn7+=7Mn4+↓
上述氧化反应条件为45℃，搅拌，投入高锰酸钾的量为一浸液中Fe2++Mn2+总质量的6倍；反应时间为1小时。可使铁含量为0.012g/L、锰含量为0.025g/L的一浸液氧化为铁含量0.0003g/L、锰含量0.0001g/L。
3）锌粉置换除铜、镉、铅：在步骤2）得到的滤液中加入锌粉置换反应，使铜、镉、铅沉淀出来，并过滤除去，得到净化液，该步骤主要反应式如下：
Pb2+Zn=Zn2++Pb↓  Cu0++Zn=Zn2++Cu↓  Cd2++Zn=Zn2++Cd↓
反应条件为按溶液中铜、镉、铅总质量的3倍加入锌粉，并搅拌反应45分钟。可使铜含量由0.0212g/L降至0.0002g/L、铅含量由0.021-0.031g/L降至0.002-0.005g/L、镉含量由0.025g/L降至0.0001g/L。
4）蒸氨：将步骤3）得到的净化液送入蒸氨罐蒸氨，在负压下用100℃以上水蒸汽直接通入到净化液中，使锌氨络合物分解为碱式碳酸锌、氨气和二氧化碳，得到碱式碳酸锌悬浮液，该步骤主要反应式如下：
3Zn（NH3）4CO3+4H2O=ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O↓+12NH3↑+2CO2↑
具体的，所述蒸氨工序采用“双切线直接打入蒸汽”工艺，即设两条方向相反且相互平行地分布于蒸氨罐筒体两侧的蒸汽管道，并均与蒸氨罐筒体成切线方向伸入罐内，让两道高压蒸汽流沿着筒壁带动液体或以顺时针或以逆时针一边高速地旋转一边进行充分混合反应。
所述蒸氨开始时通过控制蒸汽量来控制反应速度，在开始后的2.5小时内，碱式碳酸锌的析出率在98%以上，此后析出逐渐减慢，到4小时后，溶液中锌离子浓度降到1g/L以下即停止蒸氨。
蒸发出来的氨及二氧化碳经冷却、用水循环吸收制成回收氨水，还可回到浸出工段作为浸出溶剂循环使用。氨回收化学反应式如下：
NH3+H2O=NH3·H2O
NH3·H2O+CO2=NH4HCO3
5）煅烧：将步骤4）得到的碱式碳酸锌悬浮液加水洗涤，经隔膜压滤机压滤，滤饼送入回转窑经1000-1200℃煅烧3小时，即可得到煅烧氧化锌，该步骤反应式为：
ZnCO3·2Zn（OH）2·H2O=3ZnO+4H2O↑+CO2↑
6）产品包装：产品经冷却后，进入磨粉机、除铁及自动包装系统研磨、除铁，然后包装。
实施例与其它氧化锌制备工艺的对比数据如下：
Figure BDA0000487562260000051
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，如步骤1）中，所述第二段浸出时，浸出溶剂中氨浓度为80g/L，碳铵浓度为110g/L，第一段浸出为2.5小时，第二段浸出为1.5小时；步骤2）的氧化反应条件为30℃，投入高锰酸钾的量为一浸液中Fe2++Mn2+总质量的3倍，反应时间为1.5小时；步骤2）煅烧时间为2或5小时等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种煅烧氧化锌生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）浸出：以氨水及碳铵作浸出溶剂，将次氧化锌中的锌浸出制成锌氨络合物溶液；
2）氧化除铁、锰：在步骤1）得到的浸出液中加入高锰酸钾进行氧化反应，将浸出液中的Fe2+、Mn2+氧化成难溶的Fe3+、Mn4+沉淀出来，并过滤除去，得到滤液；
3）锌粉置换除铜、镉、铅：在步骤2）得到的滤液中加入锌粉置换反应，使铜、镉、铅沉淀出来，并过滤除去，得到净化液；
4）蒸氨：将步骤3）得到净化液送入蒸氨罐蒸氨，在负压下用100℃以上水蒸汽直接通入到净化液中，使锌氨络合物受热分解为碱式碳酸锌、氨气和二氧化碳，得到碱式碳酸锌悬浮液；
5）煅烧：将步骤4）得到的碱式碳酸锌悬浮液加水洗涤，过滤，将滤渣送入回转窑经1000-1200℃煅烧2-5小时即可得到煅烧氧化锌。
2.根据权利要求1所述的煅烧氧化锌生产工艺，其特征在于：步骤1）中，所述浸出为两段式，分别在两个浸出池中进行，将第一段浸出后的滤渣在搅拌下加入第二段浸出池中再浸出，第二段浸出的滤渣弃去，而第二段浸出的二浸液则加入第一段浸出池中作为浸出溶剂，并在搅拌下投入次氧化锌至第一浸出池中，浸出的一浸液进入下一步骤，如此循环往复。
3.根据权利要求2所述的煅烧氧化锌生产工艺，其特征在于：所述第二段浸出时，浸出溶剂中氨浓度为80-100g/L，碳铵浓度为110-140g/L；所述第一段浸出时，按总摩尔比NH4 +：Zn=3.5-4.5：0.5-1.5投入次氧化锌，所述第一段浸出为2-2.5小时，第二段浸出为1-1.5小时。
4.根据权利要求2或3所述的煅烧氧化锌生产工艺，其特征在于：步骤2）中，所述氧化反应条件为30-45℃，搅拌，投入高锰酸钾的量为一浸液中Fe2++Mn2+总质量的3-6倍；反应时间为1-1.5小时。
5.根据权利要求1所述的煅烧氧化锌生产工艺，其特征在于：步骤3）中，置换反应条件为按溶液中铜、镉、铅总质量的2-4倍加入锌粉，并搅拌反应45分钟。
6.根据权利要求1所述的煅烧氧化锌生产工艺，其特征在于：步骤3）中，所述净化液Zn含量为100-140g/L。
7.根据权利要求1所述的煅烧氧化锌生产工艺，其特征在于：步骤4）中，所述蒸氨工序采用“双切线直接打入蒸汽”工艺，即设两条方向相反且相互平行地分布于蒸氨罐筒体两侧的蒸汽管道，并均与蒸氨罐筒体成切线方向伸入罐内，让两道高压蒸汽流沿着筒壁带动液体或以顺时针或以逆时针一边高速地旋转一边进行充分混合反应。
8.根据权利要求1所述的煅烧氧化锌生产工艺，其特征在于：步骤4）中，所述蒸氨开始时通过控制蒸汽量来控制反应速度；当溶液中锌离子浓度降到1g/L以下即停止蒸氨。
9.根据权利要求1所述的煅烧氧化锌生产工艺，其特征在于：步骤5）中，所述回转窑直径为1.5-2.5米，窑长50-60米，尾气温度在120-180℃。
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