CN104229863A - 一种氨法煅烧氧化锌生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石化化工类精细化学品技术领域，尤其涉及一种氨法煅烧氧化锌生产工艺，其是通过湿法冶炼浸出、除杂、蒸氨制备碳酸锌，然后在干燥煅烧炉内经1000℃高温煅烧制得，工艺稳定易操作，无需二次煅烧一次成型成本低，适用于大规模的工业化生产，通过本法明的工艺制得的氨法煅烧氧化锌具有稳定的氧化锌材料性质，比重大，流动性好。

Description

一种氨法煅烧氧化锌生产工艺

技术领域

本发明涉及一种石化化工类精细化学品的生产工艺，具体来说，特别涉及一种氨法煅烧氧化锌的生产工艺。

背景技术

陶瓷釉料制备中为了改善直接氧化锌、间接氧化锌等通过锌蒸汽提炼的生料氧化锌在陶瓷釉料上使用的物理属性及其相关化学成分的影响，经高温二次加工煅烧后得重质煅烧氧化锌。煅烧氧化锌比重大，流动性好，用其生产的釉料收缩性小，釉面不易出现针孔和裂纹，在釉中有较强的助熔作用，能够降低釉的膨胀系数，提高产品的热稳定性，同时能增加釉面的光泽与白度，提高釉的弹性，在扩大熔融范围的同时能够增加釉色的光彩。

现有的制备煅烧氧化锌的方法有直接法和间接法两种，都是通过锌蒸汽挥发氧化得到氧化锌，但这种方法得到的氧化锌还得进行二次煅烧才能成为煅烧氧化锌。本发明氨法煅烧氧化锌是一种用氨水湿法浸出制备碳酸锌和火法煅烧相结合一步制得煅烧氧化锌的方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足提供一种氨法煅烧氧化锌生产工艺，是通过湿法冶炼浸出、除杂、蒸氨制备碳酸锌，然后在干燥煅烧炉内经1000℃高温煅烧制得，无需二次煅烧，一次成型即可获得煅烧氧化锌，成本低。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种氨法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：在上述步骤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：在上述步骤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)净化液精制：在上述步骤得到的净化液中加入硫化铵，使净化液中残余的金属离子生成难溶的硫化金属盐，过滤除去，得到精制液；

(5)蒸氨：将上述步骤得到的精制溶液送入蒸氨罐蒸氨，即在负压下用100℃以上水蒸汽直接通入溶液中，使锌氨络合物分解为碱式碳酸锌、氨气和二氧化碳，所得沉淀物碱式碳酸；

(6)煅烧：将上述步骤得碱式碳酸加水洗涤，经压滤机压滤，滤饼送入干燥煅烧窑经1000度高温煅烧得煅烧氧化锌产品；

(7)产品包装：产品经冷却后送入自动研磨包装系统过筛、除铁，然后包装。

本发明还可做以下改进：

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；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75-90g/L，碳铵浓度为105-126g/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3-3.5小时，第二段浸出为2-2.5小时。

步骤(2)中，所述氧化反应条件为40-55℃，搅拌，投入高锰酸钾的量为一浸液中Fe²⁺+Mn²⁺总质量的3-9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(4)中，所用硫化铵为有效硫含量8-9％的硫化铵，用水稀释10倍，在搅拌下缓慢加入净化液中，反应1-1.5小时后压滤；所述硫化铵的加入量为铜、镉、铅等等杂质的摩尔量之和的1-1.15倍。即当杂质浓度较低时可以允许10-15％的过量。

步骤(5)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分解反应。

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可降到1g/L以下即停止蒸氨。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1)本发明提供的一种氨法煅烧氧化锌生产工艺，对比直接法、间接法生产煅烧氧化锌是一种完全不同的创新，可应用于大规模的工业化生产。

2)采用本发明提供的一种氨法煅烧氧化锌生产工艺生产出的氨法煅烧氧化锌具有稳定的氧化锌材料性质，比重大，流动性好。

3)采用本发明提供的一种氨法煅烧氧化锌生产工艺过程中，工艺稳定易操作，无需二次煅烧一次成型成本低，适用于大规模的工业化生产。

附图说明：

图1为本发明的一种氨法煅烧氧化锌生产工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施方式对本发明进行详细的描述。

实施例1

一种氨法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；该步骤主要反应式如下：

ZnO+3NH₃·H₂O+NH₄HCO₃＝Zn(NH₃)₄CO₃+4H₂O

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，减少每吨植膜型纳米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80g/L，碳铵浓度为120g/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3小时，第二段浸出为2小时。

(2)氧化除铁、锰：在上述步骤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50℃，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：在上述步骤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↓  Cu²⁺+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)净化液精制：在上述步骤得到的净化液中加入硫化铵，使净化液中残余的金属离子生成难溶的硫化金属盐，过滤除去，得到精制液；该步骤主要反应式如下：

Cd²⁺+S^2-＝CdS↓  Cu²⁺+S^2-＝CuS↓  Pb²⁺+S^2-＝PbS↓  Zn²⁺+S^2-＝ZnS↓

所用硫化铵为有效硫含量8％的硫化铵，用水稀释10倍，在搅拌下缓慢加入净化液中，反应1小时后压滤；所述硫化铵的加入量为铜、镉、铅等等杂质的摩尔量之和。

(5)蒸氨：将上述步骤得到的净化精制溶液送入蒸氨罐蒸氨，即在负压下用100℃以上水蒸汽直接通入到净化精制溶液中，使锌氨络合物分解为碱式碳酸锌、氨气和二氧化碳，该步骤主要反应式如下：

3Zn(NH₃)₄CO₃+4H₂O＝ZnCO₃·2Zn(OH)₂·H₂O↓+12NH₃↑+2CO₂↑

所述蒸氨工序采用“双切线直接打入蒸汽”工艺。

蒸氨开始时通过控制蒸汽量来控制反应速度。随着蒸氨不断进行,碱式碳酸锌不断地析出。在开始后的3.5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、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

(6)煅烧：将上述步骤得到的悬浮液加水洗涤，经压滤机压滤，滤饼送入干燥煅烧一体窑中经1000℃煅烧即可得到氨法煅烧氧化锌产品。该步骤反应式为：

ZnCO₃·2Zn(OH)₂·H₂O＝3ZnO+4H₂O↑+CO₂↑

(7)产品包装：产品经冷却后，进入气流筛、除铁及自动包装系统过筛、除铁，然后包装。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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，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)

1.一种氨法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：在上述步骤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：在上述步骤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)净化液精制：在上述步骤得到的净化液中加入硫化铵，使净化液中残余的金属离子生成难溶的硫化金属盐，过滤除去，得到精制液；

(5)蒸氨：将上述步骤得到的精制溶液送入蒸氨罐蒸氨，即在负压下用100℃以上水蒸汽直接通入溶液中，使锌氨络合物分解为碱式碳酸锌、氨气和二氧化碳，所得沉淀物碱式碳酸；

(6)煅烧：将上述步骤得碱式碳酸加水洗涤，经压滤机压滤，滤饼送入干燥煅烧窑经1000度高温煅烧得煅烧氧化锌产品；

(7)产品包装：产品经冷却后送入自动研磨包装系统过筛、除铁，然后包装。

2.根据权利要求1所述的一种氨法煅烧氧化锌生产工艺，其特征在于：步骤(1)中，所述浸出分为两段式，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所述的一种氨法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75-90g/L，碳铵浓度为105-126g/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3-3.5小时，第二段浸出为2-2.5小时。

4.根据权利要求1-2中任一项所述的一种氨法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40-55℃，搅拌，投入高锰酸钾的量为一浸液中Fe²⁺+Mn²⁺总质量的3-9倍；反应时间为1-1.5小时。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种氨法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1-3中任一项所述的一种氨法煅烧氧化锌生产工艺，其特征在于：步骤(4)中，所用硫化铵为有效硫含量8-9％的硫化铵，用水稀释10倍，在搅拌下缓慢加入净化液中，反应1-1.5小时后压滤；所述硫化铵的加入量为铜、镉、铅等等杂质的摩尔量之和的1-1.15倍。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种氨法煅烧氧化锌生产工艺，其特征在于：步骤(5)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分解反应。

8.根据权利要求7所述的一种氨法煅烧氧化锌生产工艺，其特征在于：步骤(5)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可降到1g/L以下即停止蒸氨。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的一种氨法煅烧氧化锌生产工艺，其特征在于：步骤(6)中所得碱式碳酸锌投入干燥煅烧窑中经1000度高温煅烧，充分分解得煅烧氧化锌。