CN110683572A - 一种热镀锌渣制备纳米氧化锌的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种热镀锌渣制备纳米氧化锌的方法，涉及资源综合利用技术领域。本发明将热镀锌渣进行酸浸，过滤后得到酸浸液；将酸浸液和高锰酸钾混合进行第一次除铁，得到除铁后溶液；再将除铁后溶液和锌粉混合进行置换除杂，过滤后向滤液中加入双氧水进行第二次除铁，经过滤得到精制锌液；将精制锌液和碱混合进行沉锌，然后依次进行陈化、过滤、洗涤和干燥，得到前驱体；将前驱体焙烧，得到纳米氧化锌。本发明以热镀锌渣为原料制备纳米氧化锌，实现热镀锌渣资源综合利用，且制备的纳米氧化锌粒径均匀；同时本发明过程简单、操作环境良好，锌回收率高；进一步地，在酸浸过程中采用热镀锌酸洗过程的回收酸，可更好地实现资源循环利用。

Description

一种热镀锌渣制备纳米氧化锌的方法
技术领域
本发明涉及资源综合利用技术领域，特别涉及一种热镀锌渣制备纳米氧化锌的方法。
背景技术
热镀锌工业是金属锌最大的消费领域，全世界每年金属锌总产量的40％以上用于钢材的热镀锌。随着资源开采强度的不断提高及冶炼能力的过快增长，我国锌矿资源储量正在不断减少。加快锌矿资源保障，合理利用二次锌资源已成为当务之急。
热镀锌过程中，锌的利用率只有60％左右，产生的热镀锌渣占锌投入总量的15％左右。随着热镀锌工业的快速发展，每年会有大量的热镀锌渣产生。对热镀锌渣进行回收利用，不仅能缓解资源紧缺的现状，还能减少环境污染问题。因此，近年来对热镀锌渣回收利用的研究，受到了越来越广泛的重视。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种热镀锌渣制备纳米氧化锌的方法。本发明以热镀锌渣为原料制备纳米氧化锌，实现了热镀锌渣的综合利用，提高了产品的附加值，为热镀锌渣的处理提供了新的途径。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种热镀锌渣制备纳米氧化锌的方法，包括以下步骤：
(1)将热镀锌渣进行酸浸，过滤后得到酸浸液；
(2)将所述酸浸液和高锰酸钾混合进行第一次除铁，得到除铁后溶液；
(3)将所述除铁后溶液和锌粉混合进行置换除杂，过滤后向滤液中加入双氧水进行第二次除铁，经过滤得到精制锌液；
(4)将所述精制锌液和碱混合进行沉锌，然后依次进行陈化、过滤、洗涤和干燥，得到前驱体；所述碱为氢氧化钠和/或氨水；
(5)将所述前驱体焙烧，得到纳米氧化锌。
优选地，所述步骤(1)中酸浸的温度为50～90℃，时间为1～2h。
优选地，所述步骤(1)中的酸浸用酸为硫酸或盐酸；所述硫酸或盐酸的质量浓度为10～20％。
优选地，所述硫酸或盐酸来源于热镀锌酸洗过程的回收酸。
优选地，所述步骤(2)中第一次除铁的温度为70～90℃，时间为5～10min。
优选地，所述步骤(4)在进行沉锌之前，还包括将所述精制锌液中的锌浓度调整为80～120g/L。
优选地，所述步骤(4)中沉锌的温度为50～60℃。
优选地，所述步骤(4)中沉锌的终点pH为6.8～7.5。
优选地，所述步骤(4)中陈化的温度为50～60℃；所述干燥的温度为80～120℃，时间为30～60min。
优选地，所述步骤(5)中焙烧的温度为300～500℃，时间为1～3h。
本发明提供了一种热镀锌渣制备纳米氧化锌的方法，本发明将热镀锌渣进行酸浸，过滤后得到酸浸液；将酸浸液和高锰酸钾混合进行第一次除铁，得到除铁后溶液；再将除铁后溶液和锌粉混合进行置换除杂，过滤后向滤液中加入双氧水进行第二次除铁，经过滤得到精制锌液；将精制锌液和碱混合进行沉锌，然后依次进行陈化、过滤、洗涤和干燥，得到前驱体；将前驱体焙烧，得到纳米氧化锌。本发明以热镀锌渣为原料制备纳米氧化锌，且制备的纳米氧化锌粒径均匀；同时本发明过程简单、操作环境良好，锌回收率高；进一步地，本发明在酸浸过程中采用热镀锌酸洗过程的回收酸，更好地实现资源循环利用。本发明实现了热镀锌渣的综合利用，提高了产品的附加值，为热镀锌渣的处理提供了新的途径。
具体实施方式
本发明提供了一种热镀锌渣制备纳米氧化锌的方法，包括以下步骤：
(1)将热镀锌渣进行酸浸，过滤后得到酸浸液；
(2)将所述酸浸液和高锰酸钾混合进行第一次除铁，得到除铁后溶液；
(3)将所述除铁后溶液和锌粉混合进行置换除杂，过滤后向滤液中加入双氧水进行第二次除铁，经过滤得到精制锌液；
(4)将所述精制锌液和碱混合进行沉锌，然后依次进行陈化、过滤、洗涤和干燥，得到前驱体；所述碱为氢氧化钠和/或氨水；
(5)将所述前驱体焙烧，得到纳米氧化锌。
本发明将热镀锌渣进行酸浸，过滤后得到酸浸液。热镀锌渣的主要成分为锌和铁，此外还含有少量的Cd、Cu、Pb等元素。在本发明中，所述酸浸的温度优选为50～90℃，更优选为80～90℃，时间优选为1～2h，更优选为1.5h。在本发明中，所述酸浸用酸优选为硫酸或盐酸，即将热镀锌渣浸入到硫酸或盐酸中；所述硫酸或盐酸的质量浓度优选为10～20％，更优选为14～16％。在本发明中，所述硫酸或盐酸优选来源于热镀锌酸洗过程的回收酸，从而更好地实现资源循环利用。本发明通过酸浸，将热镀锌渣中的锌、铁等金属单质转化为金属离子。本发明对所述硫酸或盐酸的用量没有特别的要求，能够将热镀锌渣中的金属单质充分转化为金属离子即可。酸浸后冷却至室温，过滤得到酸浸液。
得到酸浸液后，本发明将所述酸浸液和高锰酸钾混合进行第一次除铁，得到除铁后溶液。在本发明中，所述第一次除铁的温度优选为70～90℃，更优选为70～80℃，具体操作时将酸浸液加热到70～90℃后，加入高锰酸钾。在本发明中，所述第一次除铁的时间优选为5～10min，即加入高锰酸钾后反应5～10min。在本发明中，所述高锰酸钾有氧化性，能将二价铁离子转化为三价铁离子，而三价铁离子容易水解从而生成氢氧化铁沉淀，后续通过过滤即可除去。本发明对所述高锰酸钾的用量没有特别的要求，能够将酸浸液中的二价铁离子充分氧化即可。
得到除铁后溶液后，本发明将所述除铁后溶液和锌粉混合进行置换除杂，过滤后向滤液中加入双氧水进行第二次除铁，经过滤得到精制锌液。本发明通过加入锌粉发生置换反应，将Cd、Cu、Pb等杂质以单质的形式置换出来，然后通过过滤将这些杂质除去。本发明对所述锌粉的加入量没有特别的要求，能够将Cd、Cu、Pb等杂质充分置换出来即可。在本发明中，双氧水可将残留的二价铁离子进一步氧化为三价铁离子，三价铁离子水解产生氢氧化铁沉淀，通过过滤除去，得到精制锌液。
得到精制锌液后，本发明将所述精制锌液和碱混合进行沉锌，然后依次进行陈化、过滤、洗涤和干燥，得到前驱体。在进行沉锌之前，本发明还优选将所述精制锌液中的锌浓度调整为80～120g/L，优选为110～120g/L；本发明优选通过加入锌粒的方法对所述精制锌液中的锌浓度进行调整。在本发明中，所述碱为氢氧化钠和/或氨水。在本发明中，所述沉锌的温度优选为50～60℃，更优选为56～60℃，具体操作时将精制锌液加热至50～60℃，然后加入所述碱；所述碱优选在搅拌的条件下加入。在本发明中，沉锌的终点pH优选为6.8～7.5，更优选为7.2～7.5，即在不断搅拌的条件下加入碱，直至溶液中的pH至6.8～7.5时为止，完成沉锌过程。本发明通过加入碱使精制锌液中的锌离子转化为氢氧化锌。沉锌完成后，本发明对所得溶液进行陈化；在本发明中，所述陈化的温度优选为50～60℃，更优选为55～60℃。本发明对所述过滤的方法没有特别的要求，采用本领域熟知的过滤方法即可。过滤后，将所得固体依次进行洗涤和干燥。在本发明中，所述洗涤优选采用去离子水和乙醇分别进行洗涤。在本发明中，所述干燥的温度优选为80～120℃，更优选为90～100℃，时间优选为30～60min，更优选为40～50min。干燥后，得到前驱体，即氢氧化锌。
得到前驱体后，本发明将所述前驱体焙烧，得到纳米氧化锌。在本发明中，所述焙烧的温度优选为300～500℃，更优选为350～450℃，时间优选为1～3h，更优选为1.5～2.5h。本发明通过焙烧将前驱体氢氧化锌分解产生纳米氧化锌。
本发明以热镀锌渣为原料制备纳米氧化锌，且制备的纳米氧化锌粒径均匀；同时本发明过程简单、能耗和成本低，操作环境良好，锌回收率高。本发明实现了热镀锌渣的综合利用，提高了产品的附加值，为热镀锌渣的处理提供了新的途径。
下面结合实施例对本发明提供的热镀锌渣制备纳米氧化锌的方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)将热镀锌渣进行酸浸、过滤处理：酸浸过程中采用10％的热镀锌过程的回收硫酸，酸浸温度80℃，酸浸时间1h，酸浸后冷却过滤，得到酸浸液。
(2)将酸浸液进行第一次除铁、置换除杂、第二次除铁得到精制锌液：首先将酸浸液加热到90℃，加入高锰酸钾进行第一次除铁，第一次除铁后再加入锌粉进行置换除杂(Cd、Cu、Pb等)，置换除杂后加入双氧水进行第二次除铁，得到精制锌液。
(3)在精制锌液中加入锌粒，将精制锌液的锌浓度调整为80g/L，加热至60℃后，在搅拌条件下加入氢氧化钠，控制溶液pH为6.8，沉锌结束后，在60℃进行陈化，之后对沉淀进行过滤、洗涤、干燥，得到前驱体。
(4)将前驱体进行焙烧，焙烧温度300℃，焙烧时间2.5h，得到纳米氧化锌产品。
得到的纳米氧化锌产品的粒径较为均匀，粒径约为140nm，锌的回收率为89.3％。
实施例2
(1)将热镀锌渣进行酸浸、过滤处理：酸浸过程中采用20％的热镀锌过程的回收盐酸，酸浸温度50℃，酸浸时间1h，酸浸后冷却过滤，得到酸浸液。
(2)将酸浸液进行第一次除铁、置换除杂、第二次除铁得到精制锌液：首先将酸浸液加热到70℃，加入高锰酸钾进行第一次除铁，第一次除铁后再加入锌粉进行置换除杂(Cd、Cu、Pb等)，置换除杂后加入双氧水进行第二次除铁，得到精制锌液。
(3)在精制锌液中加入锌粒，将精制锌液的锌浓度调整为120g/L，加热至60℃后，在搅拌条件下加入氨水，控制溶液pH为7.5，沉锌结束后，在50℃进行陈化，之后对沉淀进行过滤、洗涤、干燥，得到前驱体。
(4)将前驱体进行低温焙烧，焙烧温度500℃，焙烧时间1.5h，得到纳米氧化锌产品。
得到的纳米氧化锌产品的粒径较为均匀，粒径约为150nm，锌的回收率为91.6％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种热镀锌渣制备纳米氧化锌的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将热镀锌渣进行酸浸，过滤后得到酸浸液；
(2)将所述酸浸液和高锰酸钾混合进行第一次除铁，得到除铁后溶液；
(3)将所述除铁后溶液和锌粉混合进行置换除杂，过滤后向滤液中加入双氧水进行第二次除铁，经过滤得到精制锌液；
(4)将所述精制锌液和碱混合进行沉锌，然后依次进行陈化、过滤、洗涤和干燥，得到前驱体；所述碱为氢氧化钠和/或氨水；
(5)将所述前驱体焙烧，得到纳米氧化锌。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中酸浸的温度为50～90℃，时间为1～2h。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的酸浸用酸为硫酸或盐酸；所述硫酸或盐酸的质量浓度为10～20％。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述硫酸或盐酸来源于热镀锌酸洗过程的回收酸。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中第一次除铁的温度为70～90℃，时间为5～10min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)在进行沉锌之前，还包括将所述精制锌液中的锌浓度调整为80～120g/L。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中沉锌的温度为50～60℃。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中沉锌的终点pH为6.8～7.5。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中陈化的温度为50～60℃；所述干燥的温度为80～120℃，时间为30～60min。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中焙烧的温度为300～500℃，时间为1～3h。
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