KR20130058523A - A preparation method of zinc oxide by wet precipitation - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A manufacturing method of zinc oxide powder is provided to manufacture the zinc oxide powder having uniform particle size distribution and fine particle size of 50 nm by optimally controlling the pH range of a neutralizing process, neutralizing agent injection speed, aging temperature, and aging time through a wet deposition method. CONSTITUTION: A manufacturing method of zinc oxide powder comprises the following steps: zinc ingot is dissolved in nitric acid solution; ammonia solution is injected to the solution of the previous step and neutralized to obtain zinc oxide solid product; the zinc oxide solid product is dehydrated; the dehydrated zinc oxide solid product is dried; the dried zinc oxide solid product is calcined; and the calcined zinc oxide solid product is pulverized to obtain zinc oxide powder. In the zinc ingot dissolving step, the mole ratio of zinc and nitric acid is 1:4-1:6. In neutralization of the ammonia solution injection step, pH is 5-6. In neutralization of the ammonia solution injection step, the injection speed of ammonia solution is 2.5-10.0 wt%/min. In neutralization of the ammonia solution injection step, the aging temperature is 10-50 deg. C and the aging time is 4-12 hours. [Reference numerals] (a) Dissolution/neutralization; (b) Dehydration; (c) Drying; (d) Calcination; (e) Crushing

Description

습식 침전법에 의한 산화아연 분말의 제조방법{A preparation method of zinc oxide by wet precipitation}A preparation method of zinc oxide by wet precipitation

본 발명은 습식 침전법에 의한 산화아연 분말의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아연 잉곳을 질산용액에 직접 용해시켜 중화제인 암모니아수를 투입하는 습식 침전법을 이용하며 상기 중화공정의 pH 범위와 중화제 투입속도, 숙성온도, 숙성시간을 최적으로 제어함으로써 균일한 입도분포와 50 nm 정도의 미세한 입자크기를 갖는 산화아연 분말을 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing zinc oxide powder by a wet precipitation method, and more particularly, by using a wet precipitation method in which a zinc ingot is directly dissolved in a nitric acid solution and ammonia water as a neutralizer is added thereto, The present invention relates to a method for preparing zinc oxide powder having a uniform particle size distribution and a fine particle size of about 50 nm by optimally controlling the rate of neutralizing agent, aging temperature, and aging time.

백색 분체의 산화아연은 반도성, 광전도성, 압전성 형광성 등 여러 기능을 가지고 있어 반도체, 태양전지, 디스플레이, 화장품, 페인트, 촉매 등 여러 공업분야에 폭넓게 사용되어 왔다. 이러한 산화아연을 나노 크기로 제조하게 되면 계면에서 비표면적 증대로 분말의 활동도가 높아지고 소결 온도가 낮아지는 등의 벌크상태의 재료와 서로 다른 물리 화학적 성질을 지니게 되어 활용가치가 더욱 증대된다.
White powder zinc oxide has various functions such as semiconductivity, photoconductivity, piezoelectric fluorescent, and has been widely used in various industrial fields such as semiconductors, solar cells, displays, cosmetics, paints, and catalysts. When zinc oxide is manufactured in nano size, the utilization value is further increased because it has different physicochemical properties from bulk materials such as high activity of powder and low sintering temperature due to increase of specific surface area at the interface.

최근에 첨단소재의 개발 측면에서 산화아연을 포함하는 고기능성 무기재료에 대한 수요가 증가되고 있어 입도분포가 좁으며 고순도의 구형 미립자에 대한 관심이 고조되기 시작하였다(T. Sugimoto, Advances in Colloid and Interface Science, 1987, 28, 65).
Recently, in the development of high-tech materials, the demand for high-performance inorganic materials including zinc oxide is increasing, narrowing the particle size distribution and increasing interest in high-purity spherical fine particles (T. Sugimoto,Advances in Colloid and Interface Science, 1987, 28, 65).

일반적으로 산화아연 미립자 분말을 제조하는 화학적인 방법은 크게 기상법과 액상법으로 나눌 수 있으며, 또한 기상법은 간접법과 직접법으로 구분하며 출발원료와 얻고자 하는 아연화합물의 종류에 따라 그 방법이 달라져야 된다고 보고된 바 있다(O. Sakurai et al., Journal of Materials Science, 1986, 21, 3698).
In general, chemical methods for preparing zinc oxide fine powder can be classified into gas phase method and liquid phase method, and gas phase method can be classified into indirect method and direct method, and the method should be changed according to the starting material and the type of zinc compound to be obtained. (O. Sakurai et al., Journal of Materials Science , 1986, 21, 3698).

기상반응을 이용하는 산화아연 미립자 분말 제조법으로는 아연증기의 기상산화 방법 및 수증기와 아세틸아세토네이트 복합체와의 기상반응 방법 등이 알려져 있다. 또한 Liu 등은 단분산 산화아연을 제조하려는 목적으로 먼저 아연용액의 구형 액적을 만들고 이 액적을 분무열로 분해하여 구형의 산화아연 미립자 분말을 제조하였으나(T. Q. Liu et al., Journal of Materials Science, 1986, 21, 98), 이 방법은 생성되어지는 입자들 간에 강한 응집력으로 인하여 쉽게 산화아연 응집체로 형성되어지며, 고가의 제조비용이 발생되는 것으로 알려져 있다(D. W. Sproson et al., Ceramic International, 1986, 12, 3).
As a method for producing zinc oxide fine particle powder using a gas phase reaction, a vapor phase oxidation method of zinc vapor and a vapor phase reaction method of a water vapor and an acetylacetonate complex are known. In addition, Liu et al. Prepared spherical droplets of zinc solution and decomposed the droplets with spray heat for the purpose of producing monodisperse zinc oxide (TQ Liu et al., Journal of Materials Science , 1986, 21, 98), this method is easily formed into zinc oxide aggregates due to the strong cohesion between the produced particles, it is known that expensive manufacturing costs are incurred (DW Sproson et al., Ceramic International , 1986, 12, 3).

또한 액상반응을 이용하여 산화아연을 제조하는 방법 중에 수산화 아연 염을 전구물질로 사용하는 2단계 용액 침전법에 의해 균일한 크기의 구형 산화아연을 제조하고 이를 배리스터의 제조에 사용한 방법이 보고된바 있다(S. M. Haile et al., Journal of the American Ceramic Society, 1989, 72(10), 2004). Tsuchida 그룹은 황산아연과 질산아연 용액을 요소(urea) 존재 하에서 고온 가수분해하여 단분산의 육방주(hexagonal prismatic) 및 스핀들(spindle) 형태의 산화아연을 얻었다(T. Tsuchida et al., Chemistry Letters, 1990, 19, 1769).
In addition, a method of preparing a zinc oxide having a uniform size by a two-step solution precipitation method using zinc hydroxide salt as a precursor in the method of preparing zinc oxide by using a liquid phase reaction has been reported. SM Haile et al., Journal of the American Ceramic Society , 1989, 72 (10), 2004). The Tsuchida group hydrolyzed zinc sulfate and zinc nitrate solutions in the presence of urea to obtain zinc oxide in the form of hexagonal prismatic and spindle forms of monodispersion (T. Tsuchida et al., Chemistry Letters , 1990, 19, 1769).

상기에서 언급한 기존의 기상법 및 액상법에 의한 산화아연 미립자의 제조 방법은 각각 단점을 가지고 있는데, 기상법에 의한 제조는 최종 얻어지는 산화아연 미립자의 형태 및 그 크기를 제어하기 어려워 다양한 종류의 제품을 제시하기 어려우며, 제조장치 설비비가 비싸 제조비용이 증가된다. 또한 액상법에 의한 제조 방법은 아세트산염, 염화물과 같은 고가의 전구체를 사용하기 때문에 전구체의 비용 증가로 그 제조비용이 증가하고 합성반응 후 산화아연을 제외한 불순물이 포함되어 있어 고순도의 산화아연을 제조하기에는 어려움이 따른다.
The above-mentioned conventional methods for producing zinc oxide fine particles by gas phase and liquid phase methods have disadvantages, respectively. The production by gas phase method is difficult to control the shape and size of the resulting zinc oxide fine particles to present various kinds of products. It is difficult, and manufacturing equipment cost is high, and manufacturing cost increases. In addition, since the liquid phase method uses expensive precursors such as acetate and chloride, the production cost increases due to the increase in the cost of the precursor and includes impurities other than zinc oxide after the synthesis reaction. Difficulties follow

이에 본 발명자들은 상기와 같은 점을 감안하여 연구하던 중 중화공정 단계에서 아연 잉곳 용액의 pH 제어, 중화제로 사용되는 암모니아수의 투입속도, 숙성시간, 숙성온도 등을 제어하여 아연 잉곳을 직접 사용하는 습식 침전방법으로 산화아연 분말을 제조함으로써 종래 기상법과 액상법에 비하여 고가의 장치 설비와 아연 전구체를 사용하지 않음으로써 제조 비용을 낮출 수 있고 생산과정의 최적화를 통하여 고순도의 입도 분포가 좁은 구형의 산화아연 분말을 얻을 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
In view of the above, the inventors of the present invention studied the pH of the zinc ingot solution in the neutralization step of the study, controlling the input rate of the ammonia water used as the neutralizing agent, the ripening time, the wet temperature by using the zinc ingot directly. By manufacturing zinc oxide powder by precipitation method, it is possible to lower manufacturing cost by not using expensive equipment and zinc precursor compared to conventional gas phase and liquid phase method. Spherical zinc oxide powder with narrow purity particle size distribution through high optimization of production process The present invention was completed by confirming that can be obtained.

본 발명의 목적은 아연 잉곳을 질산용액에 직접 용해시켜 중화제인 암모니아수를 투입하는 습식 침전법을 이용하여 산화아연 분말을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a method for producing zinc oxide powder using a wet precipitation method in which a zinc ingot is directly dissolved in a nitric acid solution and ammonia water as a neutralizer is added thereto.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 산화아연 분말의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method for producing zinc oxide powder comprising the following steps.

1) 아연 잉곳을 질산 수용액에 용해시키는 단계(단계 1);1) dissolving zinc ingot in aqueous nitric acid solution (step 1);

2) 상기 단계 1)의 용액에 암모니아수를 투입하여 중화시킴으로써 산화아연 고체 생성물을 얻는 단계(단계 2);2) obtaining a zinc oxide solid product by adding ammonia water to the solution of step 1) and neutralizing it (step 2);

3) 상기 산화아연 고체 생성물을 탈수시키는 단계(단계 3);3) dehydrating the zinc oxide solid product (step 3);

4) 상기 탈수된 산화아연 고체 생성물을 건조시키는 단계(단계 4);4) drying the dehydrated zinc oxide solid product (step 4);

5) 상기 건조된 산화아연 고체 생성물을 하소시키는 단계(단계 5); 및5) calcining the dried zinc oxide solid product (step 5); And

6) 상기 하소된 산화아연 고체 생성물을 해쇄시켜 산화아연 분말을 얻는 단계(단계 6).
6) disintegrating the calcined zinc oxide solid product to obtain zinc oxide powder (step 6).

바람직하기로, 상기 단계 3) 이후에 산화아연 고체 생성물을 초순수로 세척하는 단계(단계 3-1)를 추가로 포함할 수 있다.
Preferably, the step 3) may further comprise the step of washing the zinc oxide solid product with ultrapure water (step 3-1).

상기 단계 1은, 아연 잉곳을 질산 수용액에 용해시키는 단계로서, 아연 잉곳을 질산 수용액에 용해시켜 아연 전구체인 수산화아연을 형성시키는 단계이다.Step 1 is a step of dissolving the zinc ingot in an aqueous solution of nitric acid, and dissolving the zinc ingot in an aqueous solution of nitric acid to form zinc hydroxide as a zinc precursor.

본 발명에서 사용하는 용어 "아연 잉곳"은 녹인 아연을 금형이나 사형에 주입하여 일정한 모양으로 성형한 주물의 덩어리를 의미한다.As used herein, the term "zinc ingot" refers to a mass of castings formed into a predetermined shape by injecting molten zinc into a mold or a sand mold.

본 발명은 아연 화합물이 아닌 아연 잉곳을 직접 사용하여 산화아연 분말을 제조한다는데 특징이 있다.The present invention is characterized in that the zinc oxide powder is directly prepared using a zinc ingot rather than a zinc compound.

본 발명에서는 바람직하기로 20 내지 80%의 질산 수용액을 사용할 수 있다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에서는 30%의 질산 수용액을 사용하였다.In the present invention, 20 to 80% of nitric acid aqueous solution may be preferably used. Specifically, in an embodiment of the present invention, 30% nitric acid solution was used.

본 발명의 상기 단계 1)에서 아연과 질산의 몰비는 1:4 내지 1:6인 것이 바람직하다. 이는 상기 아연과 질산의 몰비가 상기 하한보다 작으면 아연 잉곳이 질산에 완전히 용해되기 어렵고 이에 따라 산화아연으로 핵 생성과 입자 성장이 용이하지 않아 산화아연 분말의 생산 수율이 떨어지는 단점이 있고, 상기 상한보다 커도 산화아연 분말의 생산 수율이 크게 증가하지 않기 때문이다.
In step 1) of the present invention, the molar ratio of zinc and nitric acid is preferably 1: 4 to 1: 6. If the molar ratio of zinc and nitric acid is less than the lower limit, the zinc ingot is difficult to be completely dissolved in nitric acid, and thus zinc oxide does not facilitate nucleation and particle growth, resulting in a poor production yield of zinc oxide powder. This is because the production yield of zinc oxide powder does not increase significantly even larger.

상기 단계 2는, 상기 단계 1)의 용액에 암모니아수를 투입하여 중화시킴으로써 산화아연 고체 생성물을 얻는 단계로서, 중화제인 암모니아수를 투입함으로써 수산화아연으로부터 산화아연 고체 생성물을 얻는 단계이다.Step 2 is a step of obtaining a zinc oxide solid product by adding ammonia water to the solution of step 1) to neutralize, to obtain a zinc oxide solid product from zinc hydroxide by adding ammonia water as a neutralizing agent.

본 발명에서는 바람직하기로 10 내지 50%의 암모니아수를 사용할 수 있다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에서는 28%의 암모니아수를 사용하였다.In the present invention, preferably 10 to 50% of ammonia water can be used. Specifically, in one embodiment of the present invention used 28% ammonia water.

상기 단계 2)의 중화시 pH는 5 내지 6인 것이 바람직하다. 만일 pH가 상기 범위 밖이면 산화아연 고체 생성물이 생성되지 않는다.When neutralizing the step 2), the pH is preferably 5 to 6. If the pH is outside this range, no zinc oxide solid product is produced.

상기 단계 2)의 중화시 암모니아수의 투입속도는 2.5 내지 10.0 wt%/min인 것이 바람직하다. 만일 암모니아수의 투입속도가 상기 하한보다 느리면 산화아연 고체 생성물의 생성 속도가 느리고 최종적으로 생성되는 산화아연 분말의 입자 크기가 크며, 상기 상한보다 빠르면 최종적으로 생성되는 산화아연 분말의 입자 크기가 불균일해지는 단점이 있다.In the neutralization of step 2), the input rate of the ammonia water is preferably 2.5 to 10.0 wt% / min. If the feed rate of the ammonia water is slower than the lower limit, the production rate of the zinc oxide solid product is slow and the particle size of the zinc oxide powder finally produced is large, and if it is faster than the upper limit, the particle size of the zinc oxide powder finally produced is uneven. There is this.

상기 단계 2)의 중화시 숙성온도는 10 내지 50℃인 것이 바람직하다. 만일 숙성온도가 상기 하한보다 낮으면 최종적으로 생성되는 산화아연 분말의 입자 크기가 불균일해지는 단점이 있고 상기 상한보다 높으면 산화아연 분말이 생성되지 않는 단점이 있다.In the neutralization of step 2), the aging temperature is preferably 10 to 50 ° C. If the aging temperature is lower than the lower limit, there is a disadvantage in that the particle size of the finally produced zinc oxide powder is non-uniform, and if it is higher than the upper limit, there is a disadvantage in that no zinc oxide powder is produced.

상기 단계 2)의 중화시 숙성시간은 4 내지 12 시간인 것이 바람직하다. 만일 숙성시간이 상기 범위 밖이면 최종적으로 생성되는 산화아연 분말의 입자 크기가 크고 불균일한 단점이 있다.
In the neutralization of step 2), the aging time is preferably 4 to 12 hours. If the aging time is outside the above range, there is a disadvantage in that the particle size of the finally produced zinc oxide powder is large and uneven.

상기 단계 3은, 상기 산화아연 고체 생성물을 탈수시키는 단계로서, 산화아연 고체 생성물을 탈수시켜 질산 수용액과 암모니아수를 제거하는 단계이다.In step 3, the zinc oxide solid product is dehydrated, and the zinc oxide solid product is dehydrated to remove the nitric acid solution and the ammonia water.

상기 단계 3)의 탈수는 원심탈수기를 이용하여 수행할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
Dehydration of step 3) may be performed using a centrifugal dehydrator, but is not limited thereto.

상기 단계 3-1은, 상기 산화아연 고체 생성물을 초순수로 세척하는 단계로서, 산화아연 고체 생성물을 초순수로 세척하여 남아있는 질산 수용액과 암모니아수를 제거하는 단계이다.
In step 3-1, the zinc oxide solid product is washed with ultrapure water, and the zinc oxide solid product is washed with ultrapure water to remove residual nitric acid solution and ammonia water.

상기 단계 4는, 상기 탈수된 산화아연 고체 생성물을 건조시키는 단계로서, 탈수된 산화아연 고체 생성물을 건조시켜 수분을 모두 증발시키는 단계이다.In step 4, the dehydrated zinc oxide solid product is dried, and the dehydrated zinc oxide solid product is dried to evaporate all moisture.

상기 단계 4)의 건조는 80 내지 120℃에서 8 내지 24 시간 동안 수행할 수 있으며, 특히 바람직하기로는 100℃에서 12 시간 동안 수행할 수 있다. 상기 건조는 오븐 내에서 수행할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
The drying of step 4) may be performed at 80 to 120 ° C. for 8 to 24 hours, and particularly preferably at 100 ° C. for 12 hours. The drying may be carried out in an oven, but is not limited thereto.

상기 단계 5는, 상기 건조된 산화아연 고체 생성물을 하소시키는 단계로서, 건조된 산화아연 고체 생성물을 하소시켜 반응 중 남아있는 불순물을 제거하는 단계이다.Step 5 is a step of calcining the dried zinc oxide solid product, wherein the dried zinc oxide solid product is calcined to remove impurities remaining during the reaction.

상기 단계 5)의 하소는 250 내지 400℃에서 2 내지 6 시간 동안 수행할 수 있으며, 특히 바람직하기로는 300℃에서 4 시간 동안 수행할 수 있다. 상기 하소는 전기로 내에서 수행할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
The calcination of step 5) may be performed at 250 to 400 ° C. for 2 to 6 hours, and particularly preferably at 300 ° C. for 4 hours. The calcination can be performed in an electric furnace, but is not limited thereto.

상기 단계 6은, 상기 하소된 산화아연 고체 생성물을 해쇄시켜 산화아연 분말을 얻는 단계로서, 하소된 산화아연 고체 생성물을 해쇄시켜 응집된 부분을 입자 간에 서로 떨어질 수 있도록 하여 산화아연 분말을 얻는 단계이다.In step 6, the calcined zinc oxide solid product is pulverized to obtain zinc oxide powder, and the calcined zinc oxide solid product is crushed so that the aggregated portions can be separated from each other to obtain zinc oxide powder. .

상기 단계 6)의 해쇄는 4 내지 8 ㎏의 공기압으로 공기를 분사시켜 수행할 수 있으며, 특히 바람직하기로는 6 ㎏의 공기압으로 공기를 분사시켜 수행할 수 있다.
Disintegration of step 6) may be performed by injecting air at an air pressure of 4 to 8 kg, particularly preferably by injecting air at an air pressure of 6 kg.

이하, 본 발명의 구성을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 산화아연 분말의 제조 단계 중에서 아연 잉곳을 질산 수용액에 용해시키는 단계(단계 1)와 상기 단계 1)의 용액에 암모니아수를 투입하여 중화시킴으로써 산화아연 고체 생성물을 얻는 단계(단계 2)를 수행하기 위한 제조장치의 구조를 간략히 나타낸 모식도이다.
1 is a step of obtaining a zinc oxide solid product by dissolving zinc ingot in an aqueous solution of nitric acid (step 1) and neutralizing by adding ammonia water to the solution of step 1 in the manufacturing step of the zinc oxide powder of the present invention (step 2) It is a schematic diagram showing the structure of the manufacturing apparatus for performing the).

도 2는 용해/중화 단계, 탈수 단계, 건조 단계, 하소 단계, 해쇄 단계를 포함하는 본 발명 산화아연 분말의 각 제조 단계 및 상기 각 단계에서 사용된 장비를 보여준다.
Figure 2 shows each preparation step of the inventive zinc oxide powder comprising dissolution / neutralization step, dehydration step, drying step, calcination step, pulverization step and the equipment used in each of the above steps.

본 발명의 일 구현예에서는 재료로서 아연 잉곳(순도 99.99%)과 30%의 질산용액(HNO3) 및 28%의 암모니아수(NH4OH)를 사용한다.In one embodiment of the present invention, a zinc ingot (purity 99.99%), 30% nitric acid solution (HNO 3 ), and 28% aqueous ammonia (NH 4 OH) are used as materials.

구체적으로, 산화아연의 제조를 위한 회분반응기는 200 L 급을 사용할 수 있으며, 질산용액이 담겨있는 반응기(1) 내에 아연 잉곳을 투입하여 용해시켜 준다. 다음 단계로 침전제 저장고(2) 내의 암모니아수를 유속 조절기(3)를 통해 일정한 속도로 투입하여 질산용액을 중화시켜 산화아연 케이크(cake)를 침전 및 생성시킨다.Specifically, a batch reactor for the production of zinc oxide may be used 200 L class, and the zinc ingot is added to the reactor (1) containing the nitric acid solution to dissolve. In the next step, ammonia water in the precipitant reservoir 2 is introduced at a constant rate through the flow rate controller 3 to neutralize the nitric acid solution to precipitate and produce a zinc oxide cake.

이때, 상기 중화 단계에서 pH 값, 중화제(암모니아) 투입속도, 숙성온도, 숙성시간에 의한 중화조건을 달리하여 산화아연 분말을 각각 제조할 수 있다.At this time, the zinc oxide powder may be prepared by varying the neutralization conditions by the pH value, the neutralizing agent (ammonia) input rate, the aging temperature, the aging time in the neutralization step.

구체적으로, 아연 잉곳을 용해시키기 위한 질산과의 몰 비는 아연과 질산이 1:4~1:6인 범위에서 실시한다. 아연 잉곳이 녹은 질산 용액은 교반기(4)를 통해 150 내지 300 rpm으로 충분히 교반하면서 중화제인 암모니아수를 분당 2.5 내지 10.0 wt%의 투입속도로 반응기 내에 주입한다. 용액의 pH는 5~6으로 조절하며, 합성 반응이 진행되는 동안 pH 측정기에 의해 반응액의 pH 변화를 정밀히 측정한다. 또한 숙성온도는 온도 제어기(5)를 통해 10~50℃ 범위로 조절하며, 숙성시간은 4 내지 12 시간으로 변화시킨다.
Specifically, the molar ratio of nitric acid to dissolve the zinc ingot is carried out in the range of 1: 4 to 1: 6 of zinc and nitric acid. The nitric acid solution in which the zinc ingot is melted is introduced into the reactor at a feed rate of 2.5 to 10.0 wt% per minute while ammonia water, which is a neutralizing agent, is sufficiently stirred at 150 to 300 rpm through the stirrer 4. The pH of the solution is adjusted to 5-6, and the pH change of the reaction solution is precisely measured by a pH meter during the synthesis reaction. In addition, the aging temperature is controlled in the range of 10 ~ 50 ℃ through the temperature controller 5, the aging time is changed to 4 to 12 hours.

상기 용해 및 중화 단계에서, 산화아연 합성 메커니즘은 하기 반응식과 같이 아연 잉곳이 질산용액에 용해되어 아연 전구체인 Zn(OH)2를 형성한 후(단계 1), 중화제의 투입에 의해 Zn(OH)2가 ZnO을 형성하는 단계(단계 2)로 진행된다.
In the dissolving and neutralizing step, the zinc oxide synthesis mechanism is a zinc ingot dissolved in nitric acid solution to form a zinc precursor Zn (OH) 2 as shown in the following scheme (step 1), Zn (OH) by the addition of a neutralizing agent It proceeds to step (step 2) to form bivalent ZnO.

1단계) Zn2 ++ 2HNO3 → Zn(OH)2 + 2NO2 1st stage) Zn 2 + + 2HNO 3 → Zn (OH) 2 + 2NO 2

2단계) Zn(OH)2 + 2NH4OH → ZnO + H2O + 2NH4OH
Step 2) Zn (OH) 2 + 2NH 4 OH → ZnO + H 2 O + 2NH 4 OH

상기 용해 및 중화 단계에서 얻어진 케이크(cake) 형태의 산화아연 고체 생성물은 탈수 단계(단계 3)에서 원심탈수기를 이용하여 질산용액과 암모니아수를 제거하여 준다. 탈수된 산화아연 케이크는 초순수(DI water)로 10 내지 20회 세척하여 남아있는 질산용액과 암모니아수를 모두 제거한다(단계 3-1). 이후 건조 단계에서 오븐을 이용하여 80 내지 120℃로 8 내지 24 시간 동안 건조과정을 거쳐 세척과정 중에 사용된 초순수 등의 수분을 모두 증발시켜 준다(단계 4). 건조하여 물리적으로 응집되어 있는 커다란 덩어리를 막자로 분쇄하여 150 내지 300 메쉬에 통과시킨 후 다시 전기로에서 250 내지 400℃로 2 내지 6 시간 동안 하소 단계를 거쳐 반응 중 남아있는 불순물을 추가적으로 모두 제거한다(단계 5). 마지막으로 앞 단계에서 얻어진 좀 더 세밀하게 응집되어진 산화아연 분말을 4 내지 8 ㎏ 공기압의 고압 공기 분사를 통하여 습식 침전 중 응집된 부분을 입자 간에 서로 떨어질 수 있도록 해쇄 단계를 진행한다(단계 6).
The zinc oxide solid product in the form of a cake obtained in the dissolving and neutralizing step is removed by using a centrifugal dehydrator in a dehydration step (step 3). The dehydrated zinc oxide cake is washed with ultrapure water (DI water) 10 to 20 times to remove all remaining nitric acid solution and ammonia water (step 3-1). After drying in the drying step at 80 to 120 ℃ for 8 to 24 hours to evaporate all the water, such as ultrapure water used during the washing process (step 4). The dried and physically aggregated large agglomerates are pulverized with a pestle and passed through a 150 to 300 mesh, followed by a calcination step at 250 to 400 ° C. for 2 to 6 hours in an electric furnace to further remove all remaining impurities during the reaction ( Step 5). Finally, the finely aggregated zinc oxide powder obtained in the previous step is pulverized so that the aggregated portion of the wet precipitation can be separated from each other through the high pressure air injection of 4 to 8 kg air pressure (step 6).

상기와 같이, 본 발명에서는 아연 잉곳을 질산용액에 직접 용해시켜 중화제인 암모니아수를 투입하는 습식 침전법을 이용하여 산화아연 미립자, 즉 산화아연 분말을 제조할 수 있었다. As described above, in the present invention, zinc oxide fine particles, that is, zinc oxide powder may be manufactured by using a wet precipitation method in which a zinc ingot is directly dissolved in a nitric acid solution and ammonia water as a neutralizer is added thereto.

이때, 상기 중화공정 중 pH 범위, 중화제 투입속도, 숙성온도, 숙성시간에 의한 중화조건을 달리하여 최종적으로 산화아연 미립자를 제조하고, 이에 따른 입자 크기 및 그 형상에 대한 특성을 조사한 결과, 중화공정의 pH 범위와 중화제 투입속도, 숙성온도, 숙성시간이 최종적으로 제조되는 산화아연 분말의 입자 크기와 형상에 영향을 미치는 중요 인자임을 알 수 있었다.At this time, the zinc oxide fine particles were finally prepared by varying the neutralization conditions by the pH range, the neutralizer input rate, the aging temperature, and the aging time in the neutralization process, and the characteristics of the particle size and shape thereof were investigated. The pH range of, the rate of neutralizer loading, the temperature of aging, and the time of aging were found to be important factors influencing the particle size and shape of the zinc oxide powder.

특히, 본 발명에서는 상기와 같이 중화공정의 pH 범위와 중화제 투입속도, 숙성온도, 숙성시간을 최적으로 제어함으로써 습식 침전법으로 값싼 아연 잉곳을 직접적으로 사용하여 균일한 입도분포와 50 nm 정도의 미세한 입자크기를 갖는 산화아연 분말을 얻을 수 있다.In particular, in the present invention, by using the cheap zinc ingot directly by the wet precipitation method by optimally controlling the pH range of the neutralization process, the neutralizing agent input rate, the aging temperature, the aging time as described above, the uniform particle size distribution and the fineness of about 50 nm Zinc oxide powder having a particle size can be obtained.

또한, 습식 침전법에 의해 제조되는 산화아연 분말의 생산수율은 사용되는 아연과 질산의 몰 비율이 1 : 6에서 최대치(92.6%)임을 확인할 수 있었다.
In addition, the production yield of the zinc oxide powder produced by the wet precipitation method was confirmed that the molar ratio of zinc and nitric acid used is 1 to 6 (92.6%) maximum.

본 발명은 아연 잉곳을 질산용액에 직접 용해시켜 중화제인 암모니아수를 투입하는 습식 침전법을 이용하여 산화아연 분말을 제조하는 방법을 제공할 수 있으며, 특히 중화공정의 pH 범위와 중화제 투입속도, 숙성온도, 숙성시간을 최적으로 제어함으로써 습식 침전법으로 값싼 아연 잉곳을 직접적으로 사용하여 균일한 입도분포와 50 nm 정도의 미세한 입자크기를 갖는 산화아연 분말을 얻을 수 있는 효과가 있다.
The present invention can provide a method for producing zinc oxide powder by using a wet precipitation method in which the zinc ingot is directly dissolved in nitric acid solution and ammonia water as a neutralizing agent is added thereto. By controlling the aging time optimally, zinc oxide powder having a uniform particle size distribution and a fine particle size of about 50 nm can be obtained by directly using a cheap zinc ingot by wet precipitation method.

도 1은 본 발명의 산화아연 분말의 제조 단계 중에서 아연 잉곳을 질산 수용액에 용해시키는 단계(단계 1)와 상기 단계 1)의 용액에 암모니아수를 투입하여 중화시킴으로써 산화아연 고체 생성물을 얻는 단계(단계 2)를 수행하기 위한 제조장치의 구조를 간략히 나타낸 모식도이다.
도 2는 용해/중화 단계, 탈수 단계, 건조 단계, 하소 단계, 해쇄 단계를 포함하는 본 발명 산화아연 분말의 각 제조 단계 및 상기 각 단계에서 사용된 장비를 보여준다.
도 3은 본 발명에서 얻어진 50 nm 급 유백색의 산화아연 분말의 모습(a), SEM 사진(scale bar: 100 nm)(b), XRD 측정 결과(c), 및 TEM 사진(scale bar: 50 nm)(d)을 나타낸다.
도 4는 pH 변화에 따라 얻어진 산화아연 분말의 입자 형상을 보여주는 SEM 사진 및 입도분석 결과를 나타낸다. 이때 (a)는 pH : 5.0, (b)는 pH : 5.5, (c)는 pH : 6.0인 경우이다.
도 5는 중화제 투입속도에 따라 얻어진 산화아연 분말의 입자 형상을 보여주는 SEM 사진 및 입도분석 결과를 나타낸다. 이때 (a)는 2.5 wt%/min, (b)는 5.0 wt%/min, (c)는 10 wt%/min인 경우이다.
도 6은 숙성온도에 따라 얻어진 산화아연 분말의 입자 형상을 보여주는 SEM 사진 및 입도분석 결과를 나타낸다. 이때 (a)는 10℃, (b)는 30℃, (c)는 50℃인 경우이다.
도 7은 숙성시간에 따라 얻어진 산화아연 분말의 입자 형상을 보여주는 SEM 사진 및 입도분석 결과를 나타낸다. 이때 (a)는 4 시간, (b)는 8 시간, (c)는 12 시간인 경우이다.
1 is a step of obtaining a zinc oxide solid product by dissolving zinc ingot in an aqueous solution of nitric acid (step 1) and neutralizing by adding ammonia water to the solution of step 1 in the manufacturing step of the zinc oxide powder of the present invention (step 2) It is a schematic diagram showing the structure of the manufacturing apparatus for performing the).
Figure 2 shows each preparation step of the inventive zinc oxide powder comprising dissolution / neutralization step, dehydration step, drying step, calcination step, pulverization step and the equipment used in each of the above steps.
Figure 3 shows the appearance (a), SEM picture (scale bar: 100 nm) (b), XRD measurement results (c), and TEM picture (scale bar: 50 nm) of the 50 nm class milky white zinc oxide powder obtained in the present invention. (d).
Figure 4 shows the SEM photographs and particle size analysis results showing the particle shape of the zinc oxide powder obtained according to the pH change. In this case, (a) is pH: 5.0, (b) is pH: 5.5, (c) is pH: 6.0.
Figure 5 shows the SEM photographs and particle size analysis results showing the particle shape of the zinc oxide powder obtained according to the neutralizer loading rate. In this case, (a) is 2.5 wt% / min, (b) is 5.0 wt% / min, and (c) is 10 wt% / min.
Figure 6 shows the SEM photographs and particle size analysis results showing the particle shape of the zinc oxide powder obtained according to the aging temperature. (A) is 10 degreeC, (b) is 30 degreeC, and (c) is 50 degreeC.
Figure 7 shows the SEM photographs and particle size analysis results showing the particle shape of the zinc oxide powder obtained according to the aging time. (A) is 4 hours, (b) is 8 hours, and (c) is 12 hours.

이하 본 발명을 하기 실시예를 참조하여 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples. However, the following examples are provided to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example 1-9: 산화아연 미립자 분말의 제조 1-9: Preparation of Zinc Oxide Fine Particle Powder

본 실시예에서는 재료로서 아연 잉곳(순도 99.99%)과 30%의 질산용액(HNO3) 및 28%의 암모니아수(NH4OH)를 사용하였다.In this example, zinc ingot (purity 99.99%), 30% nitric acid solution (HNO 3 ), and 28% aqueous ammonia (NH 4 OH) were used as materials.

하기 표 1과 같이, 중화 단계에서 pH 값, 중화제(암모니아) 투입속도, 숙성온도, 숙성시간에 의한 중화조건을 달리하여 산화아연 미립자를 각각 제조하였다.As shown in Table 1, zinc oxide fine particles were prepared by varying the neutralization conditions by pH value, neutralizing agent (ammonia) charge rate, aging temperature, and aging time in the neutralization step.

실시예
번호
Example
number
중화 조건Neutralization condition
pHpH 중화제 투입속도Neutralization rate 숙성온도Aging temperature 숙성시간Ripening time 1One 55 5 wt%/min5 wt% / min 30℃30 8 시간8 hours 22 5.55.5 5 wt%/min5 wt% / min 30℃30 8 시간8 hours 33 66 5 wt%/min5 wt% / min 30℃30 8 시간8 hours 44 5.55.5 2.5 wt%/min2.5 wt% / min 30℃30 8 시간8 hours 55 5.55.5 10 wt%/min10 wt% / min 30℃30 8 시간8 hours 66 5.55.5 5 wt%/min5 wt% / min 10℃10 8 시간8 hours 77 5.55.5 5 wt%/min5 wt% / min 50℃50 8 시간8 hours 88 5.55.5 5 wt%/min5 wt% / min 30℃30 ℃ 4 시간4 hours 99 5.55.5 5 wt%/min5 wt% / min 30℃30 ℃ 12 시간12 hours

구체적으로, 산화아연의 제조를 위한 회분반응기는 200 L 급을 사용하였으며(도 1), 질산용액이 담겨있는 반응기(1) 내에 아연 잉곳 15 kg을 투입하여 용해시켜 주었다. 다음 단계로 침전제 저장고(2) 내의 암모니아수를 유속 조절기(3)를 통해 일정한 속도로 투입하여 질산용액을 중화시켜 산화아연 케이크(cake)를 침전 및 생성시켰다.Specifically, the batch reactor for the production of zinc oxide was used 200 L class (Fig. 1), was dissolved by putting 15 kg of zinc ingot in the reactor (1) containing the nitric acid solution. In the next step, ammonia water in the precipitant reservoir 2 was introduced at a constant rate through the flow rate controller 3 to neutralize the nitric acid solution to precipitate and produce a zinc oxide cake.

이때, 아연 잉곳을 용해시키기 위한 질산과의 몰 비는 아연과 질산이 1:6으로 하였다. 아연 잉곳이 녹은 질산 용액은 교반기(4)를 통해 200 rpm으로 충분히 교반하면서 중화제인 암모니아수를 분당 2.5 wt%, 5.0 wt%, 10.0 wt%의 투입속도로 반응기 내에 주입하였다. 용액의 pH는 5~6으로 조절하였으며, 합성 반응이 진행되는 동안 pH 측정기에 의해 반응액의 pH 변화를 정밀히 측정하였다. 또한 숙성온도는 온도 제어기(5)를 통해 10~50℃ 범위로 조절하였으며, 숙성시간은 4 시간, 8 시간, 12 시간으로 변화시켰다.
At this time, the molar ratio of nitric acid for dissolving zinc ingot was 1: 6 zinc and nitric acid. The nitric acid solution in which the zinc ingot was melted was introduced into the reactor at a feed rate of 2.5 wt%, 5.0 wt%, and 10.0 wt% of neutralizing ammonia water while stirring sufficiently at 200 rpm through the stirrer 4. The pH of the solution was adjusted to 5-6, and the pH change of the reaction solution was precisely measured by a pH meter during the synthesis reaction. In addition, the aging temperature was controlled in the range of 10 ~ 50 ℃ through the temperature controller (5), the aging time was changed to 4 hours, 8 hours, 12 hours.

상기 용해 및 중화 단계에서 얻어진 케이크(cake) 형태의 산화아연 고체 생성물은 탈수 단계에서 원심탈수기를 이용하여 질산용액과 암모니아수를 제거하여 주었다. 탈수된 산화아연 케이크는 초순수(DI water)로 15회 세척하여 남아있는 질산용액과 암모니아수를 모두 제거하였다. 이후 건조 단계에서 건조오븐을 이용하여 100℃로 12 시간 동안 건조과정을 거쳐 세척과정 중에 사용된 초순수 등의 수분을 모두 증발시켜 주었다. 건조하여 물리적으로 응집되어 있는 커다란 덩어리를 막자로 분쇄하여 200 메쉬에 통과시킨 후 다시 전기로에서 300℃로 4 시간 동안 하소 단계를 거쳐 반응 중 남아있는 불순물을 추가적으로 모두 제거하였다. 마지막으로 앞 단계에서 얻어진 좀 더 세밀하게 응집되어진 산화아연 분말을 6 ㎏ 공기압의 고압 공기 분사를 통하여 습식 침전 중 응집된 부분을 입자 간에 서로 떨어질 수 있도록 해쇄 단계를 진행하였다.The zinc oxide solid product in the form of a cake obtained in the dissolution and neutralization step was denitrated using a centrifugal dehydrator to remove nitric acid solution and ammonia water. The dehydrated zinc oxide cake was washed 15 times with ultrapure water (DI water) to remove all remaining nitric acid solution and ammonia water. After drying in the drying step using a drying oven for 12 hours at 100 ℃ evaporated all the water, such as ultrapure water used during the washing process. After drying, the large agglomerated mass was pulverized with a pestle, passed through 200 mesh, and then calcined at 300 ° C. for 4 hours in an electric furnace to further remove all impurities remaining during the reaction. Finally, the finely aggregated zinc oxide powder obtained in the previous step was disintegrated to separate the coagulated portions of the wet precipitate from each other through the high-pressure air jet of 6 kg air pressure.

본 실시예에서 제조 공정 조건을 달리하여 얻어지는 여러 산화아연 미립자 분말은 용해/중화 단계, 탈수 단계, 건조 단계, 하소 단계, 해쇄 단계를 거쳐서 얻어졌으며, 그 단계를 도 2에 간략히 나타내었다.
Various zinc oxide fine particle powders obtained by different manufacturing process conditions in this embodiment were obtained through a dissolution / neutralization step, a dehydration step, a drying step, a calcining step, and a disintegration step. The steps are briefly shown in FIG. 2.

실험예Experimental Example 1: 산화아연 미립자 분말의 입자 형태 및 크기 조사 1: Investigation of particle shape and size of zinc oxide fine particle powder

상기 실시예에서 얻어진 산화아연 미립자 분말 중 실시예 2의 산화아연 미립자 분말에 대하여 X-ray Diffractometer(XRD)와 Electron Microscope(TEM, SEM) 및 입도분석기를 이용하여 입자의 결정구조, 입자 크기 및 입자 형상을 분석하였다.Crystal structure, particle size and particle size of the zinc oxide fine particle powder of Example 2 among the zinc oxide fine particle powders obtained in the above example were determined by using an X-ray diffractometer (XRD), an electron microscope (TEM, SEM), and a particle size analyzer. The shape was analyzed.

그 결과를 도 3에 나타내었다.The results are shown in Fig.

도 3에서, (a)는 본 발명에서 얻어진 50 nm 급 유백색의 산화아연 분말의 모습을 나타내고, (b)는 SEM 사진(scale bar: 100 nm), (c)는 XRD 측정 결과, (d)는 TEM 사진(scale bar: 50 nm)을 나타낸다.In Figure 3, (a) shows the appearance of 50 nm milky white zinc oxide powder obtained in the present invention, (b) is a SEM picture (scale bar: 100 nm), (c) is XRD measurement results, (d) Shows a TEM photograph (scale bar: 50 nm).

도 3에서 보여주듯이, 50 nm급 나노 크기로 존재하는 유백색의 산화아연 분말을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었으며, XRD 분석을 통하여 최종 얻어진 분말이 전형적인 산화아연 분체임을 확인할 수 있었다.
As shown in FIG. 3, it was confirmed that a milky white zinc oxide powder present in a 50 nm nanoscale was obtained, and the final powder obtained through XRD analysis was a typical zinc oxide powder.

실험예Experimental Example 2:  2: pHpH 변화에 대한 영향 분석 Impact Analysis on Change

산화아연 미립자의 제조 공정 중에 중화제 투입에 따라 pH 변화가 일어나며, 산화아연 입자의 크기 및 형상을 결정하는 중요한 인자로 작용한다. 이에 사용되는 중화제인 암모니아수(NH4OH)의 투입량을 변량하여 질산에 녹아있는 아연 잉곳 용액의 pH를 변화시켜 그 영향을 조사하였다. 본 실험예에서는 pH를 3부터 8까지 조절하였으며, 이러한 영역에서 pH가 5 이하일 때와 6 이상에서는 산화아연의 미립자가 생성되지 않음을 확인하였다. 즉, 산화아연 미립자가 생성되는 중요한 pH 구간은 5와 6 사이이며, 이에 pH를 5, 5.5, 6의 세 가지 영역에서 산화아연의 미립자를 제조하여 그 크기와 형상을 분석하였다. During the production process of the zinc oxide fine particles, the pH changes due to the addition of the neutralizing agent, and serves as an important factor in determining the size and shape of the zinc oxide particles. The effects of ammonia water (NH 4 OH), a neutralizing agent, and the pH of the zinc ingot solution dissolved in nitric acid were varied. In the present experimental example, the pH was adjusted from 3 to 8, and it was confirmed that particulates of zinc oxide were not produced when the pH was 5 or less and 6 or more in this region. In other words, the important pH range in which the zinc oxide fine particles are produced is between 5 and 6, and thus the fine particles of zinc oxide were prepared in three regions of 5, 5.5, and 6, and the size and shape thereof were analyzed.

그 결과로서 도 4에 생성되어진 산화아연의 SEM 사진과 입도분석 결과를 나타내었다.As a result, SEM photographs and particle size analysis results of the zinc oxide produced in FIG. 4 are shown.

도 4를 통해, pH에 따른 산화아연의 입자 거동은 pH에 따라 핵생성과 입자성장이 혼재되어 일어나서 입도 분포 및 입자의 크기에 영향을 미치고 있음을 확인할 수 있었다. 특히, 본 실험예의 실험조건에서 생성된 산화아연의 SEM 사진과 입도분포를 비교하였을 경우 상대적으로 pH 5.5에서 제조된 산화아연이 좀 더 미세한 입자크기를 보여주고 있다. 또한, pH별 입도분포를 보면 pH 5.5에서 입도분포가 가장 좁음을 확인할 수 있다. 즉, 용액의 pH 값의 범위에 따라 산화아연 입자들에 대한 침전의 완결도가 결정되어지고 있음을 알 수 있다.
4, it can be seen that the particle behavior of zinc oxide according to pH is caused by a mixture of nucleation and particle growth according to pH, affecting the particle size distribution and particle size. In particular, when comparing the SEM photograph and the particle size distribution of the zinc oxide produced under the experimental conditions of the present experimental example, the zinc oxide produced at pH 5.5 shows a more fine particle size. In addition, looking at the particle size distribution by pH, it can be seen that the particle size distribution is the narrowest at pH 5.5. That is, it can be seen that the completeness of the precipitation for the zinc oxide particles is determined according to the range of the pH value of the solution.

실험예Experimental Example 3: 중화제 투입 속도에 대한 영향 분석 3: Analysis of the effect on the rate of neutralizer input

중화제인 암모니아수의 투입 속도를 분당 2.5 wt%, 5.0 wt%, 10 wt%로 조절하여 생성되어지는 산화아연의 입자 크기 및 형상에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. The effects on the particle size and shape of zinc oxide produced by adjusting the feed rate of ammonia water, a neutralizing agent, at 2.5 wt%, 5.0 wt% and 10 wt% per minute were investigated.

그 결과로서 도 5에 생성되어진 산화아연의 SEM 사진과 입도분석 결과를 나타내었다.As a result, the SEM photograph and the particle size analysis result of the zinc oxide produced in FIG. 5 are shown.

도 5에서 보여주듯이 입자의 형상은 모두 구형에 가까운 산화아연임을 알 수 있었다. 암모니아수의 2.5 wt%/min 투입속도에서 100 nm 정도의 구형의 균일한 입자가 형성되었다. 또한 5.0 wt%/min에서는 50 ~ 100 nm의 불균일한 구형입자가 형성되었고, 10 wt%/min에서는 50 nm의 입자가 형성됨을 확인할 수 있다. 특히 입도분포 결과를 보면 2.5 wt%/min에서 매우 균일한 입자크기를 갖는 입도분포를 보이고 있다. 결과적으로 중화제인 암모니아수의 투입속도에 따라 입자의 크기 및 입도분포에 영향을 미치고 있으며, 암모니아수의 투입속도가 빠를수록 입자의 크기가 작아지며, 투입속도가 느려질수록 보다 균일한 입도 분포를 갖는 것을 알 수 있다.
As shown in FIG. 5, it was found that the shapes of the particles were all zinc oxide close to spherical. Spherical uniform particles of about 100 nm were formed at a rate of 2.5 wt% / min of ammonia water. In addition, it can be seen that non-uniform spherical particles of 50 to 100 nm were formed at 5.0 wt% / min, and 50 nm particles were formed at 10 wt% / min. In particular, the particle size distribution shows a particle size distribution having a very uniform particle size at 2.5 wt% / min. As a result, the particle size and particle size distribution were affected by the rate of ammonia water, which is a neutralizing agent. Can be.

실험예Experimental Example 4: 숙성 온도에 대한 영향 분석 4: Analysis of influence on aging temperature

본 실험예에서는 중화시 숙성온도를 10℃, 30℃, 50℃로 조절하여 산화아연의 입자 크기 및 형상에 미치는 영향을 조사하였다.In this experimental example, the effect of aging temperature on neutralization was adjusted to 10 ° C, 30 ° C, and 50 ° C on the particle size and shape of zinc oxide.

그 결과로서 도 6에 생성되어진 산화아연의 SEM 사진과 입도분석 결과를 나타내었다.As a result, SEM photographs and particle size analysis results of the zinc oxide produced in FIG. 6 are shown.

도 6에서 보여주듯이 숙성온도가 10℃일 경우 50 ~ 200 nm의 불균일한 입자 크기를 가짐을 확인할 수 있으며, 30℃일 경우에는 50 ~ 300 nm의 불균일한 입자 크기를 가짐을 확인할 수 있다. 또한, 숙성온도 50℃에서는 입자 크기가 100 nm 정도로 균일한 구형의 입자 형상을 가짐을 확인할 수 있다. 입도분포 결과를 보면, 숙성온도가 10℃, 30℃일 경우에는 입도분포가 넓게 나타나지만 50℃에서는 보다 좁은 입도분포를 보여줌을 알 수 있었다. 즉, 본 실험예를 통해 숙성온도가 증가할 수록 균일한 입도분포를 갖는 미세한 산화아연 분말을 얻을 수 있으며, 다만 입자의 크기에는 크게 영향을 미치지 않음을 알 수 있다.
As shown in FIG. 6, when the aging temperature is 10 ° C., it can be seen that the particles have a nonuniform particle size of 50 to 200 nm, and when the temperature is 30 ° C., the particles have a nonuniform particle size of 50 to 300 nm. In addition, it can be seen that the aging temperature of 50 ℃ has a spherical particle shape of a uniform particle size of about 100 nm. From the particle size distribution results, it was found that the particle size distribution was wider at aging temperatures of 10 ° C and 30 ° C but narrower at 50 ° C. In other words, as the aging temperature increases through the present experimental example, it is possible to obtain a fine zinc oxide powder having a uniform particle size distribution, but does not significantly affect the particle size.

실험예Experimental Example 5: 숙성 시간에 대한 영향 분석 5: Analysis of the influence on the ripening time

본 실험예에서는 생성되는 산화아연 미립자의 입자 크기와 형상에 영향을 미치는 숙성시간에 대한 공정변수에 대하여 실험을 실시하였다. 이때 숙성시간의 조건을 4 시간, 8 시간, 12 시간의 경우로 변화시켜 비교 분석하였다.In this experimental example, experiments were carried out on the process parameters for the aging time, which affects the particle size and shape of the produced zinc oxide fine particles. At this time, the conditions of maturation time were changed to 4 hours, 8 hours, and 12 hours for comparative analysis.

그 결과로서 도 7에 생성되어진 산화아연의 SEM 사진과 입도분석 결과를 나타내었다.As a result, the SEM photograph and the particle size analysis result of the zinc oxide produced in FIG. 7 are shown.

도 7에서 보여주듯이 숙성시간이 4 시간일 때는 100 nm 정도의 구형 입자와 300 nm 정도의 비구형 입자들이 혼재되어 생성되었으며, 8 시간에서는 50 ~ 100 nm의 구형 입자가 생성되었다. 특히 숙성시간이 12 시간일 때는 200 nm 이상의 커다란 크기의 판상형 입자가 생성되었다. 따라서 본 실험예에서 사용된 조건에서 숙성시간이 8 시간인 경우에 이보다 짧거나 긴 경우보다 작고 균일한 산화아연 미립자를 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.
As shown in FIG. 7, when the aging time was 4 hours, spherical particles of about 100 nm and non-spherical particles of about 300 nm were mixed and produced, and spherical particles of 50 to 100 nm were produced at 8 hours. In particular, when the aging time was 12 hours, large size plate-shaped particles of 200 nm or more were produced. Therefore, when the aging time is 8 hours under the conditions used in this experimental example, it was confirmed that the zinc oxide fine particles could be produced smaller and more uniform than the shorter or longer one.

실험예Experimental Example 6: 아연과 질산의 몰 비율에 따른 산화아연 미세분말의 생산수율 조사 6: Investigation of the yield of zinc oxide fine powders according to the molar ratio of zinc and nitric acid

본 실험예에서는 산화아연 미세분말의 제조시 사용되어지는 아연과 질산(Zn : HNO3)의 몰 비율에 따른 산화아연 미세분말의 생산수율 변화를 조사하였다. 이때 아연 잉곳을 용해시키기 위한 질산과의 몰 비는 아연과 질산이 1:4~1:6인 범위에서 실시하였으며, 중화 단계의 처리 조건은 상기 실시예 2와 동일하게 하였다.In this experimental example, the production yield of zinc oxide fine powder was investigated according to the molar ratio of zinc and nitric acid (Zn: HNO 3 ) used in the production of zinc oxide fine powder. At this time, the molar ratio of nitric acid to dissolve the zinc ingot was carried out in the range of 1: 4 to 1: 6 of zinc and nitric acid, and the treatment conditions of the neutralization step were the same as in Example 2.

그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The results are shown in Table 2 below.

몰비Mole ratio Zn 및 ZnO (kg)Zn and ZnO (kg) 열처리 전 질량(kg)Mass before heat treatment (kg) 30g 열처리 후 질량 (kg)Mass after 30g heat treatment (kg) 생산
수율
production
yield
Zn잉곳
투입량
Zn Ingot
input
ZnO
예상량
ZnO
Estimated amount
시료 1Sample 1 시료 2Sample 2 평균Average 열처리 후 잔존비율 Remaining ratio after heat treatment
1:41: 4 1.161.16 1.43841.4384 1.61.6 0.0217 0.0217 0.0218 0.0218 0.0217 0.0217 0.7248 0.7248 80.6%80.6% 1:5 1: 5 1.231.23 1.52521.5252 2.0662.066 0.0203 0.0203 0.0203 0.0203 0.0203 0.0203 0.6777 0.6777 91.8%91.8% 1:61: 6 1.071.07 1.32681.3268 1.8681.868 0.0197 0.0197 0.0197 0.0197 0.0197 0.0197 0.6578 0.6578 92.6%92.6%

상기 표 2의 결과에서 보듯이 본 발명에서 사용된 조건에서는 몰 비율이 가장 큰 1 : 6에서 92.6%의 최대 생산수율을 보여주고 있다. 이를 통해 몰 비율이 클수록 아연 잉곳이 질산에 완전히 용해되고 이는 산화아연으로 핵 생성과 입자 성장이 용이한 조건임을 알 수 있다. As shown in the results of Table 2, the conditions used in the present invention show a maximum yield of 92.6% at a molar ratio of 1: 6. Through this, the larger the molar ratio, the zinc ingot is completely dissolved in nitric acid, which indicates that zinc oxide is easy to nucleate and grow particles.

Claims (10)

하기 단계를 포함하는 산화아연 분말의 제조방법:
아연 잉곳을 질산 수용액에 용해시키는 단계(단계 1);
상기 단계 1)의 용액에 암모니아수를 투입하여 중화시킴으로써 산화아연 고체 생성물을 얻는 단계(단계 2);
상기 산화아연 고체 생성물을 탈수시키는 단계(단계 3);
상기 탈수된 산화아연 고체 생성물을 건조시키는 단계(단계 4);
상기 건조된 산화아연 고체 생성물을 하소시키는 단계(단계 5); 및
상기 하소된 산화아연 고체 생성물을 해쇄시켜 산화아연 분말을 얻는 단계(단계 6).
Method for producing a zinc oxide powder comprising the following steps:
Dissolving zinc ingot in aqueous nitric acid solution (step 1);
Adding ammonia water to the solution of step 1) to neutralize to obtain a zinc oxide solid product (step 2);
Dehydrating the zinc oxide solid product (step 3);
Drying the dehydrated zinc oxide solid product (step 4);
Calcining the dried zinc oxide solid product (step 5); And
Disintegrating the calcined zinc oxide solid product to obtain a zinc oxide powder (step 6).
제1항에 있어서, 상기 단계 1)에서 아연과 질산의 몰비는 1:4 내지 1:6인 산화아연 분말의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the molar ratio of zinc and nitric acid in step 1) is 1: 4 to 1: 6.
제1항에 있어서, 상기 단계 2)의 중화시 pH는 5 내지 6인 산화아연 분말의 제조방법.
The method for preparing zinc oxide powder according to claim 1, wherein the pH of the step 2) is 5 to 6.
제1항에 있어서, 상기 단계 2)의 중화시 암모니아수의 투입속도는 2.5 내지 10.0 wt%/min인 산화아연 분말의 제조방법.
The method for preparing zinc oxide powder according to claim 1, wherein the rate of introducing ammonia water during neutralization of step 2) is 2.5 to 10.0 wt% / min.
제1항에 있어서, 상기 단계 2)의 중화시 숙성온도는 10 내지 50℃인 산화아연 분말의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the aging temperature during neutralization of step 2) is 10 to 50 ℃.
제1항에 있어서, 상기 단계 2)의 중화시 숙성시간은 4 내지 12 시간인 산화아연 분말의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the aging time during neutralization of step 2) is 4 to 12 hours.
제1항에 있어서, 상기 단계 3)의 탈수는 원심탈수기를 이용하여 수행하는 산화아연 분말의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the dehydration of step 3) is performed using a centrifugal dehydrator.
제1항에 있어서, 상기 단계 4)의 건조는 80 내지 120℃에서 8 내지 24 시간 동안 수행하는 산화아연 분말의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the drying of step 4) is performed at 80 to 120 ° C. for 8 to 24 hours.
제1항에 있어서, 상기 단계 5)의 하소는 250 내지 400℃에서 2 내지 6 시간 동안 수행하는 산화아연 분말의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the calcination of step 5) is performed at 250 to 400 ° C. for 2 to 6 hours.
제1항에 있어서, 상기 단계 6)의 해쇄는 4 내지 8 ㎏의 공기압으로 공기를 분사시켜 수행하는 산화아연 분말의 제조방법.The method of claim 1, wherein the disintegration of step 6) is performed by injecting air at an air pressure of 4 to 8 kg.
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