CN1164776C - 超声波-微波联合法从锌浮渣中制备活性氧化锌的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是利用超声波空化和微波加热的优越性来制备超细活性氧化锌。超声波在液体中传播产生空化作用,随之产生局部高温和高压,所产生的冲击波和微小射流具有粉碎作用,可大大减少了离子间的结合力,有效地减少团聚现象的产生;微波加热具有从内到外、选择性好、加热均匀、升温速度快等优点,用微波加热可以缩短烧结时间和抑制晶粒长大。超声波-微波联合为制备超细活性氧化锌提供最佳的环境,生产时间短,产品质量高。
Description
技术领域:冶金化工技术领域
技术背景:
目前,制备超细活性氧化锌的生产工艺所使用的含锌原料是成品硫酸锌、醋酸锌、草酸锌、硝酸锌或锌锭,用价格昂贵的六偏磷酸钠或十二烷基苯磺酸钠等表面活性剂处理超细活性氧化锌前驱体,煅烧采用一般的加热方式,加热是从原料外部开始,经过相当长的时间才能从表及里地完成煅烧过程。所以,现行的超细活性氧化锌生产工艺,由于原料价格高、过程能耗高,致使超细活性氧化锌生产成本很高,限制了超细活性氧化锌的广泛应用。
发明内容:
本发明的目的是充分利用超声波空化和利用微波加热的优越性来制备超细活性氧化锌。超声波在液体中传播时会产生空化作用,超声波空化作用能产生局部高温(>4727℃)和高压(>50MPa)的极端特殊物理环境,为晶核的形成提供了所需的能量,使得晶核的形成速度可提高几个数量级,晶核形成速率的提高使晶体的粒径减小,超声波空化作用产生的高温和在晶体表面的大量微小气泡也大大降低微小晶粒的比表面自由能,抑制了晶核的聚结和长大。此外,超声波空化所产生的冲击波和微小射流具有粉碎作用,可大大减少离子间的结合力,可有效地减少团聚现象的产生,而且超声波空化比传统搅拌效率高,速度快,因此可使晶体以均匀的微小颗粒分散在整个溶液中,微波加热具有从内到外、选择性加热、加热均匀、升温速度快、易自动控制等优点,因此用微波加热可以缩短煅烧时间,抑制晶粒的长大。
一、工艺流程
锌浮渣用稀硫酸浸出处理、溶液净化除杂、就得到了精制的硫酸锌溶液,然后把硫酸锌溶液稀释,缓缓加入碳酸氢铵溶液制得了前驱体,置前驱体于超声波条件下进行分散处理,得到了超细的前驱体,再经过滤、洗涤和恒温干燥后,用微波加热煅烧,最后制得超细活性氧化锌。
二、工艺条件
1.锌浮渣与硫酸溶液固液比:1∶4~1∶10;
2.硫酸溶液浓度:1.5~2.0mol/L;
3.锌浮渣浸出时间:1~2.5h;
4.浸出搅拌时间:30~60min;
5.加过硫酸铵氧化除锰条件为:温度80~95℃,pH值5.0~5.4,反应时间:2.5~4h,(过硫酸铵的加入量根据原料中含锰的量由冶金计算出理论值,再过量20%);
6.加双氧水除铁和砷条件为:温度80~90℃,pH:5.0~5.4,反应时间:3.5~5h,(双氧水的加入量根据原料中含铁和砷的量由冶金计算出理论值,再过量20%);
7.加锌粉除铅、镉、钴等杂质条件为:温度70~80℃时,pH:5.2~5.4,反应时间:1~2.5h,(锌粉的加入量根据原料中含铅、镉、钴等杂质的含量由冶金计算出理论值,再过量20%);
8.超细活性氧化锌前驱体制备条件:将上述得到的浓硫酸锌溶液稀释为0.6~1.2mol/L,超声波分散时间:15~20min,加入碳酸氢铵溶液(1.0~1.6mol/L)生成碱式碳酸锌,(碳酸氢铵的加入量根据硫酸锌溶液的含锌量由冶金计算出理论值,再过量20%);
9.陈化时间:30~55min;
10.干燥条件:温度100~120℃,干燥时间:6~8h;
11.微波加热煅烧时间:7~16min;
12.微波频率:2450MHz,煅烧温度450~650℃。
达到的技术经济指标:
①锌回收率87~90%;
②超细活性氧化锌的粒度均匀、团聚少、活性高,形貌为球形立方晶系结构,平均粒径为100nm。
本发明也适用从成品硫酸锌、醋酸锌、草酸锌或硝酸锌直接制备超细活性氧化锌。
与现有的技术相比具有的优点:
①本发明采用廉价的锌浮渣,用超声波分散处理前驱体,避免使用表面活性剂;采用微波加热前驱体,只需7~16min就完成煅烧过程,大大缩短了煅烧时间;
②用超声波处理前驱体,可得到粒度细小的前驱体,而且可克服团聚现象的产生;
③用微波加热煅烧前驱体,可以缩短煅烧时间,抑制晶粒的长大,由于加热均匀,可克服加热不均产生的局部过烧现象,从而制得分散性好、粒径均匀的超细活性氧化锌。
附图说明:
图1是本发明的工艺流程图
具体实施方式:
实施例一
1.原料
锌浮渣取自某锌厂,其成分和重量的百分比:Zn 75~80%,Fe0.5~0.7%,S 1.2~2.0%,Cd(微量),Pb 0.087%,SiO2 0.31%,As0.088%,Sb 0.0023%,Co 0.0006%,Mn 0.84%,CI 0.5~2.0%。
2.锌浮渣浸出
用稀硫酸(1.4mol/L)浸出锌浮渣1000g,浸出条件为:温度为常温,浸出搅拌50min,浸出2h,固液比为1∶6。在此条件下,锌的浸出率为92.5%。浸出液经过滤,可以除去原料中的SiO2。
3.硫酸锌溶液净化
硫酸锌溶液的净化分为三段净化,第一段除锰;第二段除铁和砷;第三段除铅、镉、钴等杂质。
3.1除锰
用过硫酸铵直接除去硫酸锌溶液中的锰,除锰的最佳工艺条件为:温度90℃,pH值5.2,反应3.0h,除锰率超过99.86%,锰的含量为0.00019g/L。
3.2除铁和砷
将上工序的锌溶液置于水浴锅里,然后加热并搅拌,加入双氧水,进行除铁和砷,除铁和砷的最佳工艺条件为:温度:85℃,pH:5.2,反应4h,过滤,除铁和砷率达99%以上。
3.3除铅、镉、钴等杂质
将上工序的锌液送入置换锅,然后加热并搅拌,温度为75℃,加入锌粉,反应2.0h,置换出铅、镉、钴等杂质。
4.超细活性氧化锌前驱体的制备
超细活性氧化锌前驱体制备的最佳工艺条件为:将上述已净化好的硫酸锌溶液稀释为0.8mol/L,碳酸氢铵的浓度1.5mol/L,超声波分散16min,然后陈化50min,进行过滤洗涤,压滤,在110℃干燥箱中进行干燥6h,就得到了超细活性氧化锌前驱体。
5.微波煅烧
微波炉(2450MHz)加热煅烧超细活性氧化锌前驱体10分钟(温度450~500℃)制得超细活性氧化锌。
实施例二:
1.原料
锌浮渣取自某锌厂,其成分和重量百分比:Zn 74~84%,Fe0.5~0.68%,S 1.6~2.0%,Cd(微量),Pb 0.08%,SiO2 0.30%,As0.078%,Sb 0.004%,Co 0.0008%,Mn 0.54%,CI 0.8~2.2%。
2.锌浮渣浸出
用稀硫酸(1.8mol/L)浸出锌浮渣2000g,浸出条件为:温度为常温,浸出搅拌60min,浸出1.8h,固液比为1∶8。在此条件下,锌的浸出率为93.0%。浸出液经过滤,可以除去原料中的SiO2。
3.硫酸锌溶液净化
3.1除锰
用过硫酸铵直接除去硫酸锌溶液中的锰,除锰的最佳工艺条件为:温度93℃,pH值5.4,反应3.5h,除锰率超过99.90%,锰的含量为0.00014g/L。
3.2除铁和砷
将上工序的锌溶液置于水浴锅里,然后加热并搅拌,加入双氧水,进行除铁和砷,除铁和砷的最佳工艺条件为:温度:90℃,pH:5.4,反应3.5h,过滤,除铁和砷率达99.10%以上。
3.3除铅、镉、钴等杂质
将上工序的锌液送入水浴锅里,然后加热并搅拌,温度为70℃,加入锌粉,反应1.5h,置换出铅、镉、钴等杂质,。
4.超细活性氧化锌前驱体的制备
超细活性氧化锌前驱体制备最佳工艺条件:将上述净化好的硫酸锌溶液稀释为0.6mol/L,碳酸氢铵的浓度1.2mol/L,超声波分散20min,然后陈化40min,进行过滤洗涤,压滤,在120℃干燥箱中进行干燥8h,就得到了超细活性氧化锌前驱体。
5.微波煅烧
微波炉(2450MHz)加热煅烧超细活性氧化锌前驱体12分钟(温度500~550℃)制得超细活性氧化锌。
Claims (1)
1.超声波-微波联合法从锌浮渣中制备活性氧化锌的方法,其特征是:
将锌浮渣用稀硫酸浸出处理,锌浮渣与硫酸溶液固液比为1∶4~1∶10,硫酸溶液浓度为1.5~2.0mol/L,浸出时间为1.0~2.5h,浸出搅拌时间为30~60min;随后浸出液进行净化除杂,加过硫酸铵氧化除锰,控制反应温度为80~95℃,反应时间为2.5~4.0h,加双氧水除铁和砷,控制反应温度为80~90℃,反应时间为3.5~5.0h,加锌粉除铅、镉、钴,控制反应温度为70~80℃,反应时间为1.0~2.5h;将上述净化好的浓硫酸锌溶液稀释为0.6~1.2mol/L,加入浓度稀释为1.0~1.6mol/L的碳酸氢铵溶液并用超声波进行搅拌分散15~20min,制得超细活性氧化锌的前驱体;前驱体陈化30~55min后经过滤、洗涤,在温度为100~120℃恒温干燥6~8h;最后用450~650℃的微波加热煅烧,得到超细活性氧化锌。
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