氨水·碳銨聯合浸取絡合製備高純度活性氧化鋅的方法
2023-06-09 07:18:06 1
專利名稱：氨水·碳銨聯合浸取絡合製備高純度活性氧化鋅的方法
技術領域：
本發明屬於活性氧化鋅製備技術，具體涉及一種以次質氧化鋅為原料，採用氨水和碳酸氫銨聯合絡合而製備高純度活性氧化鋅的工藝方法。
高純度活性氧化鋅在橡膠、玻璃、塑料、印染、搪瓷、化妝等製品的工業生產中，用途十分廣泛。
目前，製取活性氧化鋅的方法主要的分直接氧化法(也稱幹法)和間接浸取法(也稱溼法)兩大類。前一種幹法生產由於能耗高、成品有害物含量高，生產成本高等原因，其發展前景不大。後一種溼法生產由於其具有能耗低，成品純度高，生產成本相對較低，生產環境汙染相對較少等原因，而成為人們研究開發的重點。如中國專利公開的申請號為86108798A，名稱為「鋅礦全溼法製取硫酸鋅及活性氧化鋅」；申請號為88102610A，名稱為「以菱鋅礦制氧化鋅技術」；申請號為92102913.6，名稱為「活性氧化鋅及高純活性氧化鋅製備工藝」；申請號為9110667.2，名稱為「生產活性氧化鋅的工藝方法」；以及申請號為95112746.2，名稱為「氨水循環絡合法生產高純度活性氧化鋅的工藝」等等。前兩者存在著物耗高，原料選擇性強、適應性差等不足。第三者雖具有對原料的適應性強、物耗相對較低、基本無三廢排放等特點，但其存在著流程較長、焙解溫度較高，因而能耗較大等不足。而後者雖較前三者都具有明顯的進步，但其工藝流程仍然較長，加熱反應控制溫度偏高，且必須在一定壓力狀態下蒸發解析，因而其製備成本仍然較高。
本發明的目的在於針對95112746.2專利申請作改進，而提供一種工藝流程相對較短，加熱反應控制溫度相對較低，且在常壓下製備高純度活性氧化鋅的方法，以克服現有技術之不足。
實現本發明的目的所採取的技術方案，是以次質氧化鋅為原料，加入氨水、碳酸氫銨聯合絡合(浸取)，且依次經過除雜、解析(蒸發)、脫水、烘乾和焙燒而製備鹼式碳酸鋅和高純度活化氧化鋅。其具體方法是，它仍然包括絡合(浸取)、除雜、解析(蒸發)、脫水、烘乾和焙燒等工序，且依次按照上列步驟進行。它與95112746.2專利申請相對比，革除了調節PH值工序，而所說的脫水、烘乾工序，仍與95112746.2專利申請相一致。其改進點在於
在所說的絡合(浸取)工序，是按次質氧化鋅∶氨水(3.5～4.5摩爾比)∶碳酸氫銨＝1(有效鋅)∶9.5～10.5∶0.4～1.15(重量比)配比投放在絡合浸取槽中，加熱至50℃～80℃進行反應，待到氧化鋅取出率＞95％時，反應結束而製取反應液；在所說的除雜工序，是在步驟1所製取的反應液中，依次加入硫化鈉、鋅粉、活性碳，加熱至70℃～80℃保溫反應除雜，後經壓濾而製取精鋅液；在所說的解析(蒸發)工序，是將由步驟2所製取的反應液置入蒸發鍋內，在常壓下加熱至85℃～100℃，進行蒸發解析，待溶液中氧化鋅含量＜2kg/m3時蒸髮結束，而得鹼式碳酸鋅固液混合物。
在所說的焙燒工序，是將步驟5烘乾工序所製取的乾料在280℃～400℃溫度下焙燒活化，而得高純度活性氧化鋅。
本發明優選的在步驟1絡合(浸取)工序，所採用的氨水為4摩爾比(mol)的氨水，而次質氧化鋅的氧化鋅含量＞60％。
本發明優選的在步驟1絡合(浸取)工序，所採用的次質氧化鋅(有效鋅)∶氨水(4mol)∶碳酸氫銨＝1(有效鋅)∶10∶0.78(重量比)。
本發明優選的在步驟1絡合(浸取)工序，所說的反應時間為30分鐘～60分鐘。
本發明優選的在步驟2除雜工序，所說的保溫除雜反應時間為30分鐘～1小時。
本發明優選的在步驟3解析工序所說的加熱溫度，是隨著其製取物鹼式碳酸鋅固液混合物中氨的含量逐漸減少而逐步提升的，且待溫度提升至95℃～100℃時結束加熱。
本發明優選的步驟5烘乾工序，是在120℃～180℃溫度下烘乾，至其含水量≤2.5％時烘乾結束，而所製取的鹼式碳酸鋅的分子式為ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O。
本發明優選的在步驟6焙燒工序所說的焙燒活化溫度為300℃～360℃，而焙燒活化時間為6～8小時。
本發明各步驟的工藝過程以及相關的反應方程式如下在步驟1絡合(浸取)工序的主要工藝過程及其反應方程式是將次質氧化鋅(氧化鋅含量＞60％)、氨水(3.5～4.5mol)與碳酸氫銨，按1(有效鋅)∶9.5～10.5∶0.4～1.15(重量比)配比投放在絡合浸取槽中，在氨過量的情況下，進行絡合浸取反應，而製取反應液。其主要反應方程式為
反應溫度為50℃～80℃，經中間控制測試，氧化鋅取出率＞95％時，反應結束。反應時間為30分鐘～60分鐘。
在步驟2除雜工序的主要工藝過程及其反應方程式是，將步驟1所製取的反應液置入除雜槽內，而分三步除雜。首先加入硫化鈉，其主要反應方程式為
第二步加入鋅粉，其主要反應方程式為
第三步加入活性碳。而活性碳具有強烈的吸附除雜脫色作用。通過所說的除雜工序，將其中的有害金屬離子(主要有害金屬離子有銅、鐵、鉛、錳、鉻等)，反應生成硫化物而沉澱除去。而其它沒有鋅活潑的金屬元素也同時被除去。在除雜工序的過程中，取樣分析除雜情況，並調節上述除雜劑的加入量。分析試樣，經檢測待精鋅液達到除雜要求時，除雜結束。除雜時間30分鐘～60分鐘，後經壓濾而得精鋅液(鋅氨絡合物溶液)。
在步驟3解析(蒸發)工序的主要工藝過程及其反應方程式是將經步驟2除雜工序所製取的精鋅液注入蒸發鍋內，在常壓下加熱並控制溫度逐步提升，至95℃～100℃時加熱結束，其反應方程式為
分解的氨氣用水吸收後，經循環系統導至工序(1)的絡合(浸取)槽內，循環利用。當溶液中氧化鋅含量＜2kg/m3時蒸發中止。精鋅液經解析蒸發而得鹼式碳酸鋅固液混合物。
在步驟4脫水工序的工藝過程是先將步驟3解析(蒸發)工序所得的鹼式碳酸鋅固液混合物進行過濾，甩幹，其濾液和甩幹液經氨循環系統導至工序(1)的絡合浸取槽內循環利用。再將經過濾、甩幹的鹼式碳酸鋅，用去離子水漂洗，而得鹼式碳酸鋅溼料。
在步驟5烘乾工序的工藝過程是將步驟4脫水工序所得的溼料，置在120℃～180℃溫度下烘乾，至其含水量≤2.5％時烘乾結束，而得半成品鹼式碳酸鋅乾料。
在步驟6焙燒工序的工藝過程及其反應方程式是將步驟5烘乾工序所得的乾料，置在焙燒爐內，逐步升溫至320℃～360℃。其反應方程式為
當活性氧化鋅含量達到標準要求時，整個焙燒過程結束。再經粉碎至粒度為0.045mm，即便製備成本發明產品高純度活性氧化鋅。
由本發明製取的活性氧化鋅之純度高，粒徑小，呈微黃色多孔球形。經檢測其質量指標符合企業標準氧化鋅＞95％～98％；灼燒減量0.5～4％；水溶性鹽＜0.5％；氧化錳(原子吸收光譜法)＜0.0002％；氧化鉛(同上)＜0.03％；氧化銅(同上)＜0.0002％；鹽酸不溶物＜0.05％；篩餘物(通過325目)0.1％；比表面積＞40m2/g。
檢測結果還表明，用本發明生產的產品中的雜質含量均低於特級99.7％間接法氧化鋅，其純度達到99.9％以上。和聯邦德國拜爾公司的質量標準相比，銅含量降低了10倍，錳含量降低了20倍。且成品中不含硫酸鹽和氯化物。因而，能有效克服這些雜質的存在，而克服橡膠製品易老化、易斷裂、不耐用等缺點。
用本發明製取的活性氧化鋅，在杭州中策橡膠有限公司和浙江磐安東方橡膠有限公司等單位的橡膠製品中使用。使用結果表明，可以比用其它方法製取的普通氧化鋅，減少其用量30％～70％，故能大幅度降低橡膠製品的生產成本，且橡膠製品的質量有明顯的提高，具有耐磨、耐折、不易老化、彈性好、表面光質度好等特點。
綜上所述，本發明與已有技術相比，具有工藝方法簡單易行，對環境基本無汙染，能耗低、生產成本低、產品有害雜質含量低等特點。
以下結合附圖和實施例對本發明作具體說明。
附
圖1為本發明的工藝流程圖。
本發明優選的實施例，請參見附圖1在絡合(浸取)槽中將次質氧化鋅(氧化鋅含量＞60％)、氨水(4摩爾比)和碳酸氫銨，按1∶10∶0.78(重量比)投料混合，在60℃溫度下反應1小時，當氧化鋅取出率＞95％時，絡合(浸取)反應結束，而製取反應液經壓濾後進入除雜槽。根據雜質含量計算，向置有反應液的除雜槽內，按次序先後加入硫化鈉、鋅粉、活性碳，進行除雜反應，除雜溫度控制在75℃左右，時間40分鐘。檢測溶液中的雜質含量合格後，再進行壓濾而製取精鋅液；再把精鋅液導入蒸發鍋內，加熱至85℃，開始解析。當溶液中氧化鋅含量＜2kg/m3時蒸髮結束，而製取鹼式碳酸鋅固液混合物。蒸發釋放的氨氣用水吸收後經氨循環系統導至絡合(浸取)槽循環利用；然後再放料、過濾、甩幹，用去離子水漂洗3次，而得鹼式碳酸鋅溼料。過濾液和甩幹液經氨循環系統導至絡合(浸取)槽循環利用；將鹼式碳酸鋅溼料，在140℃左右溫度下烘乾，當其含水量≤2.5％時烘乾結束，而得半成品鹼式碳酸鋅乾料；再將鹼式碳酸鋅乾料，置在焙燒爐內逐步加熱至300℃左右，經檢測，活性氧化鋅含量達到標準要求時，焙燒結束，即得高純度活性氧化鋅。再經粉碎至粒度為0.045mm，即得微粒多孔球狀的高純度活性氧化鋅。至此，本發明實施例即描述完畢。
在所說的步驟2除雜工序中，經壓濾所得的濾餅，內含有價值的稀有元素，可以回收利用。
權利要求
1.一種氨水·碳銨聯合浸取絡合製備高純度活性氧化鋅的方法，它依次按照絡合、除雜、解析、脫水、烘乾和焙燒步驟進行，其特徵在於在所說的絡合工序，是按次質氧化鋅(有效鋅)∶氨水(3.5～4.5mol)∶碳酸氫銨＝1∶9.5～10.5∶0.4～1.15(重量比)配比投放在絡合浸取槽中，加熱至50℃～80℃進行反應，待到氧化鋅取出率＞95％時，反應結束而製取反應液；在所說的除雜工序，是在步驟1所製取的反應液中，依次加入硫化鈉、鋅粉、活性碳，加熱至70℃～80℃保溫反應除雜，後經壓濾而製取精鋅液；在所說的解析工序，是將由步驟2所製取精鋅液置入蒸發鍋內，在常壓下加熱至85℃～100℃，進行蒸發解析，待溶液中含鋅量達到＜2kg/m3時蒸髮結束，而得鹼式碳酸鋅固液混合物；在所說的焙燒工序，是將步驟5所製取的乾料在280℃～400℃溫度下焙燒活化，而得高純度活性氧化鋅。
2.根據權利要求1所述的氨水·碳銨聯合浸取絡合製備高純度活性氧化鋅的方法，其特徵在於，在步驟1絡合工序所採用的氨水為4摩爾比(mol)的氨水，而次質氧化鋅的有效含量＞60％。
3.根據權利要求1所述的氨水·碳銨聯合浸取絡合製備高純度活性氧化鋅的方法，其特徵在於，在步驟1絡合工序所採用的次質氧化鋅(有效鋅)∶氨水(4mol)∶碳酸氫銨＝1∶10∶0.78(重量比)。
4.根據權利要求1所述的氨水·碳銨聯合浸取絡合製備高純度活性氧化鋅的方法，其特徵在於，在步驟1絡合工序所說的反應時間為30分鐘～60分鐘。
5.根據權利要求1所述的氨水·碳銨聯合浸取絡合製備高純度活性氧化鋅的方法，其特徵在於，在步驟2除雜工序所說的保溫除雜反應時間為30分鐘～1小時。
6.根據權利要求1所述的氨水·碳銨聯合浸取絡合製備高純度活性氧化鋅的方法，其特徵在於，在步驟3解析工序所說的加熱溫度，是隨著其製取物鹼式碳酸鋅固液混合物中氨的含量逐漸減少而逐步提升的，且待溫度提升至95℃～100℃時結束加熱。
7.根據權利要求1所述的氨水·碳銨聯合浸取絡合製備高純度活性氧化鋅的方法，其特徵在於，在步驟5烘乾工序的烘乾溫度為120℃～180℃，至其含水量≤2.5％時烘乾結束，而製取的鹼式碳酸鋅，其分子式為ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O。
8.根據權利要求1所述的氨水·碳銨聯合浸取絡合製備高純度活性氧化鋅的方法，其特徵在於，在步驟6焙燒工序所說的焙燒活化溫度為300℃～360℃，而焙燒活化時間為6～8小時。
全文摘要
本發明公開了一種氨水·碳銨聯合浸取絡合製備高純度活性氧化鋅的方法,它依次包括絡合、除雜、解析、脫水、烘乾和焙燒工序,其主要特徵是以次質氧化鋅為原料,加入氨水和碳酸氫銨聯合絡合浸取,以硫化鈉、鋅粉和活性碳,依次序先後分三步除雜,氨水循環利用。本發明具有工藝方法簡單易行,對環境基本無汙染,能耗低、生產成本低、產品有害雜質含量低等特點。是一種溼法製取高純度活性氧化鋅的合理、先進的工藝方法。
文檔編號C01G9/00GK1270144SQ00112249
公開日2000年10月18日 申請日期2000年4月30日 優先權日2000年4月30日
發明者楊國華 申請人:楊國華