CN113522218B - 一种5n氧化锌的生产装置和生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种5N氧化锌的生产装置和生产方法，其中，生产装置包括：加热釜，用于盛装5N锌原料，加热釜的上部设置有通气管，用于向加热釜中通入空气和氧气的混合气；冷却收集器，用于收集产品5N氧化锌；冷却管道，冷却管道的一端与加热釜的顶部开口连接，另一端与冷却收集器的顶部开口连接；第一筛板，第一筛板设置于冷却管道与冷却收集器的连接处；抽风机；输送管道，输送管道的一端与冷却收集器的侧部开口连接，另一端与抽风机的进口连接；第二筛板，第二筛板设置于输送管道与冷却收集器的连接处；排风管，排风管连接于抽风机的出口。本发明生产方法实现了持续生产5N氧化锌，节约了成本，提高了生产效率，降低了材料能耗。
Description
技术领域
本发明属于氧化锌技术领域，具体涉及一种5N氧化锌的生产装置和生产方法。
背景技术
目前5N氧化锌在生产过程中，通常需要通入纯氧和硝酸，生产时，在高温条件下会有大量的氮氧化物生成，产生的氮氧化物要经过进一步处理，增加了设备和成本的投入，对环境也有一定的影响，并且不能连续生产，增加了操作的复杂性。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种5N氧化锌的生产装置和生产方法，以解决目前5N氧化锌生产时因高温产生大量的氮氧化物而造成成本较高、环境污染，且不能连续生产的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种5N氧化锌的生产装置，所述生产装置包括：加热釜，用于盛装5N锌原料，所述加热釜的上部设置有通气管，用于向加热釜中通入空气和氧气的混合气；冷却收集器，用于收集产品5N氧化锌；冷却管道，所述冷却管道的一端与所述加热釜的顶部开口连接，另一端与所述冷却收集器的顶部开口连接；第一筛板，所述第一筛板设置于所述冷却管道与所述冷却收集器的连接处；抽风机；输送管道，所述输送管道的一端与所述冷却收集器的侧部开口连接，另一端与所述抽风机的进口连接；第二筛板，所述第二筛板设置于所述输送管道与所述冷却收集器的连接处；排风管，所述排风管连接于所述抽风机的出口，用于回收未被所述冷却收集器收集的产品5N氧化锌。
如上所述的5N氧化锌的生产装置，作为可选实施例，所述冷却管道为倒U形管道。
如上所述的5N氧化锌的生产装置，作为可选实施例，定义所述第一筛板的筛眼孔径为D1，所述第二筛板的筛眼孔径为D2，D1＝(10～20)D2。
作为优选实施例，所述第一筛板的筛眼孔径为5～40nm，所述第二筛板的筛眼孔径为0.5～2nm。
如上所述的5N氧化锌的生产装置，作为可选实施例，所述冷却收集器包括冷却筒和收集槽；所述冷却筒插设于所述收集槽的上部；所述冷却筒的顶部设开口，形成所述冷却收集器的顶部开口；所述冷却筒的侧部设开口，形成所述冷却收集器的侧部开口。
如上所述的5N氧化锌的生产装置，作为可选实施例，设于所述冷却筒顶部的开口向外延伸形成连接管，所述连接管与所述冷却管道的另一端连接，所述连接管的管径与所述冷却管道的管径相同；所述第一筛板为圆形筛板，所述第一筛板的直径与所述冷却管道的内径相适配。
如上所述的5N氧化锌的生产装置，作为可选实施例，所述加热釜为密封加热釜，所述加热釜与所述冷却管道的连接处设置有密封圈。
如上所述的5N氧化锌的生产装置，作为可选实施例，所述生产装置还包括布袋收集器，所述布袋收集器的进口连接于所述排风管的排风口。
本发明还提出了一种5N氧化锌的生产方法，采用如上所述的5N氧化锌的生产装置，所述5N氧化锌的生产方法包括以下步骤：
步骤一，向加热釜中加入5N锌锭，密封加热釜，并装配冷却管道、第一筛板、冷却收集器、第二筛板、输送管道、抽风机和排风管；
步骤二，启动加热釜的加热模式，将加热釜内的5N锌锭熔化为锌液，通过通气管向加热釜中通入氧气和空气的混合气，使加热釜内的锌液发生氧化反应，生成氧化锌；
步骤三，通过抽风机抽气，将加热釜内生成的氧化锌通过冷却管道抽至第一筛板，大部分氧化锌通过第一筛板落入冷却收集器中，少量氧化锌通过第二筛板进入输送管道内，之后经抽风机抽吸至排风管内。
如上所述的5N氧化锌的生产方法，作为可选实施例，所述混合气中氧气的质量百分比为1～10％。
如上所述的5N氧化锌的生产方法，作为可选实施例，步骤二中加热釜的加热温度为400～500℃。
作为优选实施例，步骤二中，加热釜的加热温度为450～490℃。
有益效果：
本发明的5N氧化锌的生产装置和生产方法，可以连续加入5N锌锭原料，实现了持续生产5N氧化锌，节约了成本，提高了生产效率，降低了材料能耗。同时，本发明的生产方法也避免了氮氧化物的产生，减少了环境污染，是一种提高经济效益、社会效益、节约资源的5N氧化锌生产方法。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明实施例的5N氧化锌的生产装置结构示意图。
图中标号说明：1、加热釜；2、锌液；3、通气管；4、冷却管道；5、第一筛板；6、第二筛板；7、输送管道；8、抽风机；9、排风管；10、冷却收集器。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，图1为本发明一种5N氧化锌的生产装置，本发明是一种顶吸式氧化锌生产方式，5N氧化锌的生产装置包括：
加热釜1，用于盛装5N锌原料，加热釜1的上部设置有通气管3，用于向加热釜1中通入空气和氧气的混合气，混合气用以将5N锌原料氧化成5N氧化锌；冷却收集器10，用于收集产品5N氧化锌；冷却管道4，冷却管道4的一端与加热釜1的顶部开口连接，另一端与冷却收集器10的顶部开口连接；可选地，冷却管道4为通入有冷却剂的管道，冷却收集器10为通入有冷却剂的收集器，冷却剂均可以采用冷却水。第一筛板5，第一筛板5设置于冷却管道4与冷却收集器10的连接处；抽风机8；输送管道7，输送管道7的一端与冷却收集器6的侧部开口连接，另一端与抽风机8的进口连接；第二筛板6，第二筛板6设置于输送管道7与冷却收集器10的连接处；排风管9，排风管9连接于抽风机8的出口，用于回收未被冷却收集器10收集的产品5N氧化锌。
通过抽风机8的抽气，使得加热釜1内生成的5N氧化锌通过冷却管道4到达第一筛板5，大部分5N氧化锌通过第一筛板5落入冷却收集器中，少量5N氧化锌因抽力通过第二筛板6进入排风管9内，对进入排风管9内的氧化锌收集回收后，可以降级销售，减少粉尘排放，避免环境污染。
本发明优选实施例中，冷却管道4为倒U形管道，这样在输送5N氧化锌过程中，倒U形的冷却管道4能够起到很高的筛选效果，使合格产品负压输送，从而保证5N氧化锌产品的质量大幅度提升。
本发明可选实施例中，定义第一筛板5的筛眼孔径为D1，第二筛板6的筛眼孔径为D2，D1＝(10～20)D2，比如D1＝10D2、D1＝12D2、D1＝14D2、D1＝16D2、D1＝18D2或D1＝20D2。第二筛板6的筛眼孔径远小于第一筛板5的筛眼孔径，这样可以有效地减少5N氧化锌的误吸，保证大部分5N氧化锌落入冷却收集器10内。
可选的实施例中，第一筛板的筛眼孔径为5～40nm(比如5nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm或40nm)，第二筛板的筛眼孔径为0.5～2nm(比如0.5nm、1.0nm、1.5nm或2nm)。
再次参阅图1，本发明具体实施例中，冷却收集器10包括冷却筒(未标示)和收集槽(未标示)，冷却筒插设于收集槽的上部；冷却筒的顶部开口形成冷却收集器10的顶部开口，冷却筒的侧部设开口，形成冷却收集器10的侧部开口。装配时，冷却管道4的一端连接于冷却筒的顶部开口，输送管道7的一端连接于冷却筒的侧部开口。
冷却筒为通入有冷却剂的筒状结构，加热釜1内产生的5N氧化锌从顶部的冷却管道4被吸出，经过第一筛板5形成5N氧化锌粉末，5N氧化锌粉末被抽吸至冷却筒内，进一步被冷却，最终落入收集槽内。
本发明具体实施例中，设于冷却筒的顶部的开口向外延伸形成连接管(未标示)，连接管与冷却管道4的另一端连接，连接管的管径与冷却管道4的管径相同；第一筛板5为圆形筛板，第一筛板5的直径与冷却管道4的内径相适配。装配时，可以通过连接套管将冷却管道4与冷却筒顶部的连接管连接在一起，第一筛板5插设固定于冷却管道4与连接管相连一端的端口内壁，该装配操作简单易行且有效。
本发明具体实施例中，第二筛板6为圆形筛板，第二筛板6的直径与输送管道7的内径相适配，装配时，将第二筛板6插设固定于输送管道7与冷却筒相连一端的端口内壁。并且，输送管道7的外径与冷却筒的侧部开口尺寸相适配，装配时将输送管道7的开口端插设固定于冷却筒的侧部开口内即可，操作简单易行且有效。
本发明具体实施例中，加热釜1为密封加热釜，加热釜1与冷却管道4的连接处设置有密封圈(未图示)。如此的设置，可以保证整个生产装置具有较好的密封性，有效地防止外界空气杂质进入而污染产品，提高产品的纯度，同时也保证产品能够更充分地被抽吸至冷却管道4内，进而通过第一筛板5落入冷却收集器10内，提高产品的产率。
进一步地，本发明5N氧化锌的生产装置还包括布袋收集器(未图示)，布袋收集器的进口连接于排风管9的排风口。布袋收集器用于回收由排风管9排出的少量5N氧化锌粉末。
本发明还提出了一种5N氧化锌的生产方法，采用如前所述的5N氧化锌的生产装置，5N氧化锌的生产方法包括以下步骤：
步骤一，向加热釜1中加入5N锌锭，密封加热釜1，并装配冷却管道4、第一筛板5、冷却收集器10、第二筛板6、输送管道7、抽风机8和排风管9；
步骤二，启动加热釜1的加热模式，将加热釜1内的5N锌锭熔化为锌液2，通过通气管3向加热釜1中通入氧气和空气的混合气，使加热釜1内的锌液1发生氧化反应，生成氧化锌；
步骤三，通过抽风机8抽气，将加热釜1内生成的氧化锌通过冷却管道4抽至第一筛板5，大部分氧化锌通过第一筛板5落入冷却收集器10中，少量氧化锌通过第二筛板6进入输送管道7内，之后经抽风机8抽吸至排风管9内进行回收。
本发明是一种顶吸式氧化锌生产方式，将加热釜1内的5N锌锭加热熔化成锌液2，在通气管3中通入氧气和空气的混合气，使得锌液2表面剧烈氧化燃烧，生成氧化锌。通过抽风机8抽气，氧化锌从顶部的冷却管道4被吸出，经过第一筛板5形成氧化锌粉末，氧化锌粉末被抽吸至冷却收集器10内进一步冷却；而少量粒径较小重量较轻的合格产品则被负压抽吸通过第二筛板6进入输送管道7内，并由抽风机8抽吸至排风管9内，最终由排风管9的排风口排出回收。
采用本发明的5N氧化锌的生产装置生产5N氧化锌，冷却管道4中不会有残留物，因此无需进行清理工作，可以降低操作强度和节约人力。并且，加热釜的加热温度更容易控制和保持，从而减少能耗。同时，在生产过程中，可以不断加入锌原料，实现了5N氧化锌的持续生产，节约成本，提高了生成效率，降低了材料消耗，也避免了氮氧化物的产生，减少了环境污染。
本发明可选实施例中，混合气中氧气的质量百分比为1-10％(比如1％、3％、5％、7％或10％)。由于纯氧气成本较高，这里混合气选用大部分的空气和少量的氧气组成，选用该组成的混合气可以有效且充分将锌原料氧化为氧化锌，同时也在一定程度上降低了生产成本。
本发明具体实施例中，步骤二中，混合气的通入量为每吨5N锌锭通入500-1500m3(比如500m3、600m3、700m3、800m3、900m3、1000m3、1100m3、1200m3、1300m3、1400m3或1500m3)的混合气，并且，保持混合气的通入流量为100-200m3/min(比如100m3/min、120m3/min、140m3/min、160m3/min、180m3/min或200m3/min)，如此可以保证混合气中的氧气与锌液2更充分反应，从而提高产品的产率。
本发明具体实施例，步骤二中加热釜1的加热温度为400～500℃，优选地，步骤二中加热釜1的加热温度为450～490℃(比如450℃、460℃、470℃、480℃或490℃)。该范围的加热温度可以保证加热釜1内的锌液2能够充分地剧烈氧化燃烧，提高了产品的产率。
下面通过具体实施例对本发明5N氧化锌生产方法进行详细说明。
实施例1
本实施例5N氧化锌生产方法包括以下步骤：
步骤一，向加热釜1中加入1吨5N锌锭，密封加热釜1，并装配冷却管道4、第一筛板5、冷却收集器10、第二筛板6、输送管道7、抽风机8和排风管9，其中第一筛板5的筛眼孔径为40nm，第二筛板6的筛眼孔径为2nm；
步骤二，启动加热釜1的加热模式，控制加热温度为450℃，将加热釜1内的5N锌锭熔化为锌液2，通过通气管3向加热釜1中通入600m3混合气，保持混合气的通入流量为120m3/min，使加热釜1内的锌液1发生氧化反应，生成5N氧化锌，其中，混合气中氧气的质量百分比为3％；
步骤三，通过抽风机8抽气，将加热釜1内生成的氧化锌通过冷却管道4抽至第一筛板5，大部分5N氧化锌通过第一筛板5落入冷却收集器10中，少量5N氧化锌通过第二筛板6进入输送管道7内，之后经抽风机8抽吸至排风管9内，最终通过排风管9的排风口由布袋收集器回收。
对冷却收集器10收集的5N氧化锌和布袋收集器回收的5N氧化锌粉末进行检测，经X射线衍射法检测均为纯净氧化锌物相，经检测，冷却收集器10收集的5N氧化锌粉末的平均粒径为25nm，布袋收集器回收的5N氧化锌粉末的平均粒径为1.6nm。同时检测其纯度为99.9998％，即产品纯度达到5N级别，并经过计算得到产率为99.96％，产率较高。
实施例2
本实施例5N氧化锌生产方法包括以下步骤：
步骤一，向加热釜1中加入1吨5N锌锭，密封加热釜1，并装配冷却管道4、第一筛板5、冷却收集器10、第二筛板6、输送管道7、抽风机8和排风管9，其中第一筛板5的筛眼孔径为25nm，第二筛板6的筛眼孔径为1.5nm；
步骤二，启动加热釜1的加热模式，控制加热温度为475℃，将加热釜1内的5N锌锭熔化为锌液2，通过通气管3向加热釜1中通入850m3混合气，保持混合气的通入流量为150m3/min，使加热釜1内的锌液1发生氧化反应，生成5N氧化锌，其中，混合气中氧气的质量百分比为6％；
步骤三，通过抽风机8抽气，将加热釜1内生成的氧化锌通过冷却管道4抽至第一筛板5，大部分5N氧化锌通过第一筛板5落入冷却收集器10中，少量5N氧化锌通过第二筛板6进入输送管道7内，之后经抽风机8抽吸至排风管9内，最终通过排风管9的排风口由布袋收集器回收。
对冷却收集器10收集的5N氧化锌和布袋收集器回收的5N氧化锌粉末进行检测，经X射线衍射法检测均为纯净氧化锌物相，经检测，冷却收集器10收集的5N氧化锌粉末的平均粒径为20nm，布袋收集器回收的5N氧化锌粉末的平均粒径为1.0nm。同时检测其纯度为99.9997％，即产品纯度达到5N级别，并经过计算得到产率为99.95％，产率较高。
实施例3
本实施例5N氧化锌生产方法包括以下步骤：
步骤一，向加热釜1中加入1吨5N锌锭，密封加热釜1，并装配冷却管道4、第一筛板5、冷却收集器10、第二筛板6、输送管道7、抽风机8和排风管9，其中第一筛板5的筛眼孔径为10nm，第二筛板6的筛眼孔径为1nm；
步骤二，启动加热釜1的加热模式，控制加热温度为490℃，将加热釜1内的5N锌锭熔化为锌液2，通过通气管3向加热釜1中通入1200m3混合气，保持混合气的通入流量为200m3/min，使加热釜1内的锌液1发生氧化反应，生成5N氧化锌，其中，混合气中氧气的质量百分比为8％；
步骤三，通过抽风机8抽气，将加热釜1内生成的氧化锌通过冷却管道4抽至第一筛板5，大部分5N氧化锌通过第一筛板5落入冷却收集器10中，少量5N氧化锌通过第二筛板6进入输送管道7内，之后经抽风机8抽吸至排风管9内，最终通过排风管9的排风口由布袋收集器回收。
对冷却收集器10收集的5N氧化锌和布袋收集器回收的5N氧化锌粉末进行检测，经X射线衍射法检测均为纯净氧化锌物相，经检测，冷却收集器10收集的5N氧化锌粉末的平均粒径为8nm，布袋收集器回收的5N氧化锌粉末的平均粒径为0.75nm。同时检测其纯度为99.9996％，即产品纯度达到5N级别，并经过计算得到产率为99.94％，产率较高。
综上所述：本发明实施例以5N锌锭为原料，将原料加入至加热釜1中，加热至其熔化为锌液2，通过空气和少量氧气的混合气使其充分氧化燃烧，氧化燃烧生产的粉状氧化锌通过抽风机8抽气被抽入冷却管道4内，之后通过第一筛板5沉降至冷却收集器10中，并由自动出料口出料，得到成品氧化锌粉末。并且通过合理控制加热温度、混合气的加入量及其流量、混合气中氧气的含量及第一筛板5的尺寸，获得纯度较高、粒径较小的5N氧化锌粉末。而未被冷却收集器10收集的氧化锌粉末因抽力进入输送管道7和排风管9内，最终由排风管9的排风口排出，由布袋收集器回收，减少粉尘排放污染环境。因此，本发明的5N氧化锌粉末的生产方法是一种提高经济效益、社会效益、节约资源的氧化锌生产方法，具有很好的应用前景。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种5N氧化锌的生产装置，其特征在于，所述生产装置包括：
加热釜，用于盛装5N锌原料，所述加热釜的上部设置有通气管，用于向加热釜中通入空气和氧气的混合气；
冷却收集器，所述冷却收集器为通入有冷却水的收集器，用于收集产品5N氧化锌；
冷却管道，所述冷却管道为倒U形管道，且所述冷却管道为通入有冷却水的管道，所述冷却管道的一端与所述加热釜的顶部开口连接，另一端与所述冷却收集器的顶部开口连接；
第一筛板，所述第一筛板设置于所述冷却管道与所述冷却收集器的连接处；
抽风机；
输送管道，所述输送管道的一端与所述冷却收集器的侧部开口连接，另一端与所述抽风机的进口连接；
第二筛板，所述第二筛板设置于所述输送管道与所述冷却收集器的连接处；
排风管，所述排风管连接于所述抽风机的出口，用于回收未被所述冷却收集器收集的产品5N氧化锌；
定义所述第一筛板的筛眼孔径为D1，所述第二筛板的筛眼孔径为D2，D1＝(10～20)D2；
所述冷却收集器包括冷却筒和收集槽；所述冷却筒插设于所述收集槽的上部；所述冷却筒的顶部设开口，形成所述冷却收集器的顶部开口；所述冷却筒的侧部设开口，形成所述冷却收集器的侧部开口；
设于所述冷却筒顶部的开口向外延伸形成连接管，所述连接管与所述冷却管道的另一端连接，所述连接管的管径与所述冷却管道的管径相同；
所述第一筛板为圆形筛板，所述第一筛板的直径与所述冷却管道的内径相适配；所述第二筛板为圆形筛板，所述第二筛板的直径与所述输送管道的内径相适配；
所述加热釜为密封加热釜，所述加热釜与所述冷却管道的连接处设置有密封圈。
2.如权利要求1所述的5N氧化锌的生产装置，其特征在于，所述第一筛板的筛眼孔径为5～40nm，所述第二筛板的筛眼孔径为0.5～2nm。
3.如权利要求1～2中任一项所述的5N氧化锌的生产装置，其特征在于，所述生产装置还包括布袋收集器，所述布袋收集器的进口连接于所述排风管的排风口。
4.一种5N氧化锌的生产方法，其特征在于，采用如权利要求1～3中任一项所述的5N氧化锌的生产装置，所述5N氧化锌的生产方法包括以下步骤：
步骤一，向加热釜中加入5N锌锭，密封加热釜，并装配冷却管道、第一筛板、冷却收集器、第二筛板、输送管道、抽风机和排风管；
步骤二，启动加热釜的加热模式，将加热釜内的5N锌锭熔化为锌液，通过通气管向加热釜中通入氧气和空气的混合气，使加热釜内的锌液发生氧化反应，生成氧化锌；
步骤三，通过抽风机抽气，将加热釜内生成的氧化锌通过冷却管道抽至第一筛板，大部分氧化锌通过第一筛板落入冷却收集器中，少量氧化锌通过第二筛板进入输送管道内，之后经抽风机抽吸至排风管内。
5.如权利要求4所述的5N氧化锌的生产方法，其特征在于，所述混合气中氧气的质量百分比为1～10％。
6.如权利要求5所述的5N氧化锌的生产方法，其特征在于，步骤二中加热釜的加热温度为400～500℃。
7.如权利要求6所述的5N氧化锌的生产方法，其特征在于，步骤二中加热釜的加热温度为450～490℃。
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