CN1920065A - 从方铅矿精矿直接制备超细氧化铅粉体的方法 - Google Patents
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Abstract
从方铅矿精矿直接制备超细氧化铅粉体的方法。本发明以方铅矿精矿为原料,通过浸出、结晶得PbCl2晶体,在PbCl2晶体中加入硫酸制备PbSO4粉体,对PbSO4粉体采用化学沉淀法合成前驱体一碳酸铅(PbCO3)和少量的碱式碳酸铅(2PbCO3·Pb(OH) 2)的混合物,前驱体经热分解制得超细、高纯的β-PbO功能粉体。相对传统的β-PbO粉体制备技术,大大降低了生产成本,扩大了原料来源;降低了产品中杂质元素的含量,使产品进一步纯化;与传统工艺比较,产品活性高,晶格难破坏,平均粒径为4.0-5.0μm,为高纯、超细β-PbO粉体。
Description
技术领域 本发明涉及一种从方铅矿精矿直接制备超细氧化铅(β-PbO)粉体的方法。
背景技术
氧化铅是化学电源,尤其是铅酸电池中常用的活性物质,其作为可充碱锰电池的添加剂可使MnO2在深度放电时呈现较好的可逆性。传统生产PbO粉体的方法采用金属铅法生产,金属铅熔融后,经成粒,磨粉后,再氧化炉中氧化焙烧成氧化铅成品,这种工序主要问题是:需要铅金属,而铅金属的冶炼存在能耗高、环境污染严重,另外,产品活性不高(粒度难以细化、晶格易破坏)等缺点。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供一种直接从方铅矿精矿制备超细β-PbO粉体的方法,该方法污染少、效率高。
本发明以方铅矿精矿为原料,通过浸出、结晶得PbCl2晶体,在PbCl2晶体中加入硫酸制备PbSO4粉体,对PbSO4粉体采用化学沉淀法合成前驱体-碳酸铅(PbCO3)和少量的碱式碳酸铅(2PbCO3·Pb(OH)2)的混合物,前驱体经热分解制得超细、高纯的β-PbO功能粉体,具体的工艺参数如下:
1.方铅矿精矿浸出与浸出液冷却-结晶除杂
采用搅拌浸出,浸出工艺条件:浸出固液比1∶4-5,盐酸调整溶液pH为0.5-2.0,氧化剂FeCl3·6H2O用量为320-440g/L,氯化钠用量为80-110g/L,反应时间40min,反应温度为80-100℃;
浸出反应结束,过滤,分离出残渣,浸出液最终冷却至25℃,使[PbCl4]2-不断转化成PbCl2晶体析出,过滤浸出液,即可得到PbCl2晶体。
浸出过程中,加入NaCl,以提高溶液中Cl-的活度,使浸出反应生成的PbCl2进一步转变成[PbCl4]2-络离子,以盐酸调整溶液pH<2,可避免铁离子和氯化铅水解反应的发生。
浸出过程三氯化铁与硫化铅作用如下:
浸出过程中,Pb以Pb2+形式进入溶液,与Cl-结合生成PbCl2晶体。PbCl2晶体在饱和氯化钠溶液中易生成各种氯络合物。
氯化铅晶体与氯离子络合反应如下:
PbCl2能与Cl-结合生成各种金属络和物,存在以下溶液平衡关系:
饱和氯化钠介质中PbCl2主要以PbCl4 2-配合物的形式存在,当体系的温度冷却至25℃时,结晶析出PbCl2,而其它杂质基本没有析出。
2.从方铅矿精矿浸出产物PbCl2制备硫酸铅
将浸出过程制得的PbCl2晶体充分混合,加入硫酸溶液置于恒温水浴槽内,搅拌反应后将乳白色沉淀过滤,洗涤,烘干得到硫酸铅粉体。
工艺条件:PbCl2浓度0.45-0.60mol/L,时间30min,温度55-65℃,H2SO4与PbCl2摩尔比为2-2.2。硫酸铅的产率接近98.3-99.5%,平均粒径为4.0-5.0微米左右。
反应原理如下:
3.从硫酸铅合成前驱体物质
将硫酸铅粉体和碳酸钠一起溶于蒸馏水中,控制溶液pH值9-10,在室温下,搅拌一定的时间,过滤,用蒸馏水洗涤数次,干燥,得前驱体物质。工艺条件:反应温度25-30℃,溶液pH值9-10,PbSO4浓度0.25-0.30mol/L,时间:20min,NaCO3与PbSO4摩尔比为1.5-2.0时,所得前驱体为碳酸铅(PbCO3)和少量的碱式碳酸铅(2PbCO3·Pb(OH)2)混合物,平均粒径为3.0-4.0微米。
本发明以硫酸铅(PbSO4)为原料,Na2CO3为沉淀剂来合成制备氧化铅的前驱体物质,CO3 2-的引入可以降低产品中杂质元素的含量,尤其是Ca含量。从而使产品进一步纯化。反应过程如下:
以PbSO4为原料,Na2CO3为沉淀剂发生的反应如下:
生成物PbCO3在冷溶液中容易发生部分水解:
4.热分解法制备β-PbO粉体
将前驱体混匀,将其置于电炉中加热升温,进行热分解反应,灼烧温度为580-650℃,制得的β-PbO粉体为黄色斜方晶系,且不含其它杂质,粉末颗粒呈片状,平均粒径为4.0-5.0μm。
前驱体物质热分解反应如下:
相对传统的β-PbO粉体制备技术,本发明通过选择天然的方铅矿精矿直接制备,而不是以金属铅为原料,大大降低了生产成本,扩大了原料来源。本发明从方铅矿制备硫酸铅(PbSO4),以Na2CO3为沉淀剂来合成制备氧化铅的前驱体物质,降低了产品中杂质元素的含量,使产品进一步纯化。与传统工艺比较,产品活性高,晶格难破坏,平均粒径为4.0-5.0μm,为高纯、超细β-PbO粉体。
附图说明
图1:本发明工艺流程原理示意图。
具体实施方式
1.使用某铅锌矿的方铅矿精矿,-0.074mm粒级占85%,化学成分见表1。
表1方铅矿精矿化学成分(w%)
Pb | Fe | Zn | Cu | C | S | CaO | MgO | SiO2 |
58.80 | 12.52 | 0.41 | 0.037 | 0.57 | 25.04 | 0.068 | 0.038 | 1.64 |
浸出工艺条件为:浸出固液比1/4,盐酸调整溶液pH为1.20,反应时间40min,反应温度为85℃;浸出剂FeCl3·6H2O用量为350g/L,NaCl用量为100g/L。铅浸出率可达到97.39%,浸出产物氯化铅(PbCl2)纯度见表2。
表2浸出产物氯化铅(PbCl2)纯度
名称 | W(Cu)/% | W(Fe)/% | W(Zn)/% | W(Ca)/% |
PbCl2 | 0.0002 | 0.0035 | 0.0009 | 0.0150 |
从方铅矿精矿浸出产物(PbCl2)制备硫酸铅:PbCl2浓度0.48mol/L,温度为55℃,H2SO4/PbCl2(mol)=2,搅拌时间为30min,硫酸铅的产率接近100%,硫酸铅产品平均粒径为5.392um。
从硫酸铅合成前驱体物质:将硫酸铅粉体和碳酸钠一起溶于蒸馏水中,调节温度为25℃,溶液pH值9.0,NaCO3/PbSO4(mol)=1.6时,搅拌时间20min,得到前驱体物质,过滤,用蒸馏水洗涤数次,干燥,平均粒径为3.69μm。
热分解法制备β-PbO:灼烧温度为600℃,制得的β-PbO粉体为黄色斜方晶系,且不含其它杂质,粉末颗粒呈片状,平均粒径为4.102μm,为超细粉体。
表3为黄色氧化铅粉体中各杂质元素的含量,得到了高纯,超细β-PbO功能粉体。
表3黄色氧化铅纯度分析
名称 | W(Cu)/% | W(Fe)/% | W(Zn)/% | W(Ca)/% |
β-PbO | 0.0001 | 0.0019 | 0.0002 | 0.005 |
Claims (1)
1.从方铅矿精矿直接制备超细氧化铅粉体的方法,其特征在于:
本发明以方铅矿精矿为原料,通过浸出、结晶得PbCl2晶体,再加入硫酸制备PbSO4粉体,采用化学沉淀法合成前驱体,前驱体经热分解制得超细、高纯的β-PbO功能粉体,具体的工艺参数如下:
1)方铅矿精矿浸出
采用搅拌浸出,浸出固液比1∶4-5,盐酸调整溶液pH为0.5-2.0,氧化剂FeCl3·6H2O用量为320-440g/L,氯化钠用量为80-110g/L,反应时间40min,反应温度为80-100℃;浸出液温度最终冷却至25℃得到PbCl2晶体;
2)从方铅矿精矿浸出产物PbCl2制备硫酸铅
将浸出过程制得的PbCl2晶体充分混合,加入硫酸溶液置于恒温水浴槽内,搅拌反应后将乳白色沉淀过滤,洗涤,烘干得到硫酸铅粉体,
H2SO4与PbCl2摩尔比为2-2.2,PbCl2浓度0.45-0.60mol/L,时间30min,温度55-65℃;
3)从硫酸铅合成前驱体
将硫酸铅粉体和碳酸钠一起溶于蒸馏水中,NaCO3与PbSO4摩尔比为1.5-2.0,控制溶液pH值9-10,在25-30℃下,搅拌反应20min,溶液呈现乳白色,得微细前驱体物质,过滤,用蒸馏水洗涤数次,干燥;
4)热分解法制备β-PbO粉体
将前驱体混匀,将其置于电炉中加热升温,灼烧温度为580-650℃。
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