CN106241857B - 一种纳米氧化锌制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米氧化锌制备工艺，包括氧化物溶解，氧化反应，置换反应，合成反应，洗涤漂洗和干燥煅烧工艺步骤。本发明制备工序合理，生产物可以循环利用，洗涤工序简单，无盲区清洗干净，节省了人工成本和水资源，合成率高，节约生产成本。

Description

一种纳米氧化锌制备工艺
技术领域
本发明涉及一种制备工艺合理，生成可循环利用的，合成率高，安全环保的纳米氧化锌制备工艺。
背景技术
纳米氧化锌粒径介于1-100nm之间，是一种面向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。目前国内大多采用硫酸、硝酸、碳酸等酸类来溶解制作锌液为基础的酸法和以采用氨水等碱性溶液来溶解制作锌液为基础的氨法两大类生产方法；上述方法存在不足：过程中产生反应物和副产品，需要繁琐的洗涤工序以去除杂质；工艺繁琐，设备种类多，工时长，人工消耗大，不利于工业生产和节约成本。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明的目的是：提出了一种制备工艺合理，生成可循环利用的，合成率高，安全环保的纳米氧化锌制备工艺。
本发明的技术解决方案是这样实现的：一种纳米氧化锌制备工艺，包括氧化物溶解，氧化反应，置换反应，合成反应，洗涤漂洗和干燥煅烧工艺步骤；具体工艺步骤如下：
1)氧化物溶解
反应方程式为：
ZnO+H2SO4＝ZnSO4+H2O
CuO+H2SO4＝CuSO4+H2O
FeO+H2SO4＝FeSO4+H2O
MnO+H2SO4＝MnSO4+H2O
生产时先在酸解槽中将浓硫酸加水稀释至9％-11％，搅拌均匀后加入副产品氧化锌原料，原料中的锌主要是以氧化锌的形式存在，副产品氧化锌在硫酸溶液中与硫酸反应生成硫酸锌；
2)氧化反应
反应方程式为：
6FeSO4+2KMnO4+14H2O＝2MnO2↓+6Fe(OH)3↓+K2SO4+5H2SO4
3MnSO4+2KMnO4+2H2O＝5MnO2↓+K2SO4+2H2SO4
将溶解反应得到的清液进一步提纯去除杂质离子，用蒸汽加热至60℃-70℃、常压的条件下反应，在机械搅拌过程中加入稍过量高锰酸钾，从入口到出口在容器内停留时间为5.5-6.5小时，用泵打入压滤机中实现固液分离；
3)置换反应
反应方程式为：CuSO4+Zn＝Cu↓+ZnSO4
向氧化反应过滤得到的清液中加入稍过量锌粉，蒸汽加热，反应温度65℃-75℃，机械搅拌，作业周期7.5-8.5小时，反应完成后将固液混合物送入厢式压滤机实现固液分离；
4)合成反应
反应方程式为：
3ZnSO4+4NH3·H2O+2NH4HCO3＝ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O↓+3(NH4)2SO4+CO2↑
主要原料：硫酸锌液体，碳酸铵溶液
体积配比:硫酸锌液体，碳酸铵溶液
温度条件：分前后两段控制反应温度，前段35℃-45℃，后段80℃-90℃；
将硫酸锌液体通过计量槽计量后，加入合成反应器中，用蒸汽先加热至35℃-45℃，加入调配好的碳化氨水进行中和，发生复分解反应，至pH＝6.90后，所述pH值采用pH计测定，停加氨水；继续加热至80℃-90℃，维持保温3.5-4.5小时；固体滤饼即为碱式碳酸锌湿料；
5)洗涤漂洗
将合成反应工序中得到的碱式碳酸锌湿料送去洗涤工序，采用真空带式过滤机洗涤碱式碳酸锌滤饼，在一台机器上面实现了6次洗涤流程；
6)干燥煅烧
反应方程式为：ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O＝3ZnO+CO2↑+3H2O↑
该工序所用热源为热空气，将合成、压滤后生成的碱式碳酸锌湿料，通过双螺旋加料机送至闪蒸干燥器，使热风与湿料进行强烈的传质与传热，瞬间干燥后进入旋风分离器，碱式碳酸锌送至煅烧工序，煅烧后的产物即为纳米氧化锌成品；
在化合反应工序中，反应生成的气体通入氨水中，合成碳化氨水；另外引入部分在供热环节中煤燃烧生产的CO2用作合成碳化氨水；将反应物过滤，滤液集中收集到母液池中，送去浓缩工序回收硫酸铵；
所述一种纳米氧化锌制备工艺中还包括辅助工序；辅助工序为将合成工序中过滤后产出的硫酸铵母液，以蒸汽为加热介质，经浓缩、结晶、离心后所得固体，即为硫酸铵成品；滤出的母液返回蒸发系统循环利用；蒸发产生的蒸汽冷凝水集中回收至冷凝水池，返回酸解工序循环利用。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明的一种纳米氧化锌制备工艺，制备工序合理，生产物可以循环利用，洗涤工序简单，无盲区清洗干净，节省了人工成本和水资源，合成率高，节约生产成本。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
附图1为本发明的一种纳米氧化锌制备工艺的流程图。
具体实施方式
下面结合附图来说明本发明。
如附图1所示为本发明所述的一种纳米氧化锌制备工艺，包括氧化物溶解，氧化反应，置换反应，合成反应，洗涤漂洗和干燥煅烧工艺步骤；实施例一的具体工艺步骤如下：
1)氧化物溶解
反应方程式为：
ZnO+H2SO4＝ZnSO4+H2O
CuO+H2SO4＝CuSO4+H2O
FeO+H2SO4＝FeSO4+H2O
MnO+H2SO4＝MnSO4+H2O
生产时先在酸解槽中将浓硫酸加水稀释至10％，搅拌均匀后加入副产品氧化锌原料，原料中的锌主要是以氧化锌的形式存在，副产品氧化锌在硫酸溶液中与硫酸反应生成硫酸锌；至反应终点后生成率可达99％以上，以溶解的Zn质量百分比计算。
2)氧化反应
反应方程式为：
6FeSO4+2KMnO4+14H2O＝2MnO2↓+6Fe(OH)3↓+K2SO4+5H2SO4
3MnSO4+2KMnO4+2H2O＝5MnO2↓+K2SO4+2H2SO4
将溶解反应得到的清液进一步提纯去除杂质离子，用蒸汽加热至65℃、常压的条件下反应，在机械搅拌过程中加入稍过量高锰酸钾，从入口到出口在容器内停留时间约6小时，用泵打入压滤机中实现固液分离；
3)置换反应
反应方程式为：CuSO4+Zn＝Cu↓+ZnSO4
向氧化反应过滤得到的清液中加入稍过量锌粉，蒸汽加热，反应温度70℃，机械搅拌，作业周期8小时，反应完成后将固液混合物送入厢式压滤机实现固液分离；
4)合成反应
反应方程式为：
3ZnSO4+4NH3·H2O+2NH4HCO3＝ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O↓+3(NH4)2SO4+CO2↑
主要原料：硫酸锌液体(Zn2+含量：80g/L)，碳酸铵溶液(CO2含量:30ml/ml，NH4+％含量：3.0％)
体积配比:硫酸锌液体10m3，碳酸铵溶液15m3
温度条件：分前后两段控制反应温度，前段40℃，后段85℃；
将硫酸锌液体通过计量槽计量后，加入合成反应器中，用蒸汽先加热至40℃，加入调配好的碳化氨水进行中和，发生复分解反应，至pH＝6.90(pH计测定)后，停加氨水。继续加热至85℃，维持保温4小时；固体滤饼即为碱式碳酸锌湿料；
5)洗涤漂洗
将合成反应工序中得到的碱式碳酸锌湿料送去洗涤工序，采用真空带式过滤机洗涤碱式碳酸锌滤饼，在一台机器上面实现了6次洗涤流程；不仅节省了大量的人工成本和水资源，而且无任何洗涤盲区，能够将滤饼彻底漂洗干净，将纳米氧化锌产品的水溶物降低至0.4％以下，该指标比国家标准的要求提高了20％；
6)干燥煅烧
反应方程式为：ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O＝3ZnO+CO2↑+3H2O↑
该工序所用热源为热空气，将合成、压滤后生成的碱式碳酸锌湿料，通过双螺旋加料机送至闪蒸干燥器，使热风与湿料进行强烈的传质与传热，瞬间干燥后进入旋风分离器，碱式碳酸锌送至煅烧工序，煅烧后的产物即为纳米氧化锌成品。
在化合反应工序中，反应生成的气体通入氨水中，合成碳化氨水；另外引入部分在供热环节中煤燃烧生产的CO2用作合成碳化氨水；将反应物过滤，滤液集中收集到母液池中，送去浓缩工序回收硫酸铵。
所述一种纳米氧化锌制备工艺中还包括辅助工序；辅助工序为将合成工序中过滤后产出的硫酸铵母液，以蒸汽为加热介质，经浓缩、结晶、离心后所得固体，即为硫酸铵成品；滤出的母液返回蒸发系统循环利用；蒸发产生的蒸汽冷凝水集中回收至冷凝水池，返回酸解工序循环利用；节约生产成本。
实施例一--五的具体工艺参数如下表：
由上表可知，使用本发明记载的工艺参数，制得的纳米氧化锌的合成率高，工艺步骤简单合理，省时省力，便于工业生产，节约生产成本，节能环保。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种纳米氧化锌制备工艺，其特征在于：包括氧化物溶解，氧化反应，置换反应，合成反应，洗涤漂洗和干燥煅烧工艺步骤；具体工艺步骤如下：
1)氧化物溶解
反应方程式为：
ZnO+H2SO4＝ZnSO4+H2O
CuO+H2SO4＝CuSO4+H2O
FeO+H2SO4＝FeSO4+H2O
MnO+H2SO4＝MnSO4+H2O
生产时先在酸解槽中将浓硫酸加水稀释至9％-11％，搅拌均匀后加入副产品氧化锌原料，原料中的锌主要是以氧化锌的形式存在，副产品氧化锌在硫酸溶液中与硫酸反应生成硫酸锌；
2)氧化反应
反应方程式为：
6FeSO4+2KMnO4+14H2O＝2MnO2↓+6Fe(OH)3↓+K2SO4+5H2SO4
3MnSO4+2KMnO4+2H2O＝5MnO2↓+K2SO4+2H2SO4
将溶解反应得到的清液进一步提纯去除杂质离子，用蒸汽加热至60℃-70℃、常压的条件下反应，在机械搅拌过程中加入稍过量高锰酸钾，从入口到出口在容器内停留时间为5.5-6.5小时，用泵打入压滤机中实现固液分离；
3)置换反应
反应方程式为：CuSO4+Zn＝Cu↓+ZnSO4
向氧化反应过滤得到的清液中加入稍过量锌粉，蒸汽加热，反应温度65-75℃，机械搅拌，作业周期7.5-8.5小时，反应完成后将固液混合物送入厢式压滤机实现固液分离；
4)合成反应
反应方程式为：
3ZnSO4+4NH3·H2O+2NH4HCO3＝ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O↓+3(NH4)2SO4+CO2↑
主要原料：硫酸锌液体，碳酸铵溶液
体积配比:硫酸锌液体，碳酸铵溶液
温度条件：分前后两段控制反应温度，前段35℃-45℃，后段80℃-90℃；
将硫酸锌液体通过计量槽计量后，加入合成反应器中，用蒸汽先加热至35℃-45℃，加入调配好的碳化氨水进行中和，发生复分解反应，至pH＝6.90后，所述pH值采用pH计测定，停加氨水；继续加热至80℃-90℃，维持保温3.5-4.5小时；固体滤饼即为碱式碳酸锌湿料；
5)洗涤漂洗
将合成反应工序中得到的碱式碳酸锌湿料送去洗涤工序，采用真空带式过滤机洗涤碱式碳酸锌滤饼，在一台机器上面实现了6次洗涤流程；
6)干燥煅烧
反应方程式为：ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O＝3ZnO+CO2↑+3H2O↑
该工序所用热源为热空气，将合成、压滤后生成的碱式碳酸锌湿料，通过双螺旋加料机送至闪蒸干燥器，使热风与湿料进行强烈的传质与传热，瞬间干燥后进入旋风分离器，碱式碳酸锌送至煅烧工序，煅烧后的产物即为纳米氧化锌成品；
在化合反应工序中，反应生成的气体通入氨水中，合成碳化氨水；另外引入部分在供热环节中煤燃烧生产的CO2用作合成碳化氨水；将反应物过滤，滤液集中收集到母液池中，送去浓缩工序回收硫酸铵；
所述一种纳米氧化锌制备工艺中还包括辅助工序；辅助工序为将合成工序中过滤后产出的硫酸铵母液，以蒸汽为加热介质，经浓缩、结晶、离心后所得固体，即为硫酸铵成品；滤出的母液返回蒸发系统循环利用；蒸发产生的蒸汽冷凝水集中回收至冷凝水池，返回酸解工序循环利用。
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