專利名稱：氨水·碳銨聯(lián)合浸取絡(luò)合制備高純度活性氧化鋅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于活性氧化鋅制備技術(shù)，具體涉及一種以次質(zhì)氧化鋅為原料，采用氨水和碳酸氫銨聯(lián)合絡(luò)合而制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、化妝等制品的工業(yè)生產(chǎn)中，用途十分廣泛。
目前，制取活性氧化鋅的方法主要的分直接氧化法(也稱干法)和間接浸取法(也稱濕法)兩大類。前一種干法生產(chǎn)由于能耗高、成品有害物含量高，生產(chǎn)成本高等原因，其發(fā)展前景不大。后一種濕法生產(chǎn)由于其具有能耗低，成品純度高，生產(chǎn)成本相對較低，生產(chǎn)環(huán)境污染相對較少等原因，而成為人們研究開發(fā)的重點。如中國專利公開的申請?zhí)枮?6108798A，名稱為“鋅礦全濕法制取硫酸鋅及活性氧化鋅”；申請?zhí)枮?8102610A，名稱為“以菱鋅礦制氧化鋅技術(shù)”；申請?zhí)枮?2102913.6，名稱為“活性氧化鋅及高純活性氧化鋅制備工藝”；申請?zhí)枮?110667.2，名稱為“生產(chǎn)活性氧化鋅的工藝方法”；以及申請?zhí)枮?5112746.2，名稱為“氨水循環(huán)絡(luò)合法生產(chǎn)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(yīng)性差等不足。第三者雖具有對原料的適應(yīng)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。而后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(yīng)控制溫度偏高，且必須在一定壓力狀態(tài)下蒸發(fā)解析，因而其制備成本仍然較高。
本發(fā)明的目的在于針對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(yīng)控制溫度相對較低，且在常壓下制備高純度活性氧化鋅的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)之不足。
實現(xiàn)本發(fā)明的目的所采取的技術(shù)方案，是以次質(zhì)氧化鋅為原料，加入氨水、碳酸氫銨聯(lián)合絡(luò)合(浸取)，且依次經(jīng)過除雜、解析(蒸發(fā))、脫水、烘干和焙燒而制備堿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(luò)合(浸取)、除雜、解析(蒸發(fā))、脫水、烘干和焙燒等工序，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(diào)節(jié)PH值工序，而所說的脫水、烘干工序，仍與95112746.2專利申請相一致。其改進點在于
在所說的絡(luò)合(浸取)工序，是按次質(zhì)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(luò)合浸取槽中，加熱至50℃～80℃進行反應(yīng)，待到氧化鋅取出率＞95％時，反應(yīng)結(jié)束而制取反應(yīng)液；在所說的除雜工序，是在步驟1所制取的反應(yīng)液中，依次加入硫化鈉、鋅粉、活性碳，加熱至70℃～80℃保溫反應(yīng)除雜，后經(jīng)壓濾而制取精鋅液；在所說的解析(蒸發(fā))工序，是將由步驟2所制取的反應(yīng)液置入蒸發(fā)鍋內(nèi)，在常壓下加熱至85℃～100℃，進行蒸發(fā)解析，待溶液中氧化鋅含量＜2kg/m3時蒸發(fā)結(jié)束，而得堿式碳酸鋅固液混合物。
在所說的焙燒工序，是將步驟5烘干工序所制取的干料在280℃～400℃溫度下焙燒活化，而得高純度活性氧化鋅。
本發(fā)明優(yōu)選的在步驟1絡(luò)合(浸取)工序，所采用的氨水為4摩爾比(mol)的氨水，而次質(zhì)氧化鋅的氧化鋅含量＞60％。
本發(fā)明優(yōu)選的在步驟1絡(luò)合(浸取)工序，所采用的次質(zhì)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(fā)明優(yōu)選的在步驟1絡(luò)合(浸取)工序，所說的反應(yīng)時間為30分鐘～60分鐘。
本發(fā)明優(yōu)選的在步驟2除雜工序，所說的保溫除雜反應(yīng)時間為30分鐘～1小時。
本發(fā)明優(yōu)選的在步驟3解析工序所說的加熱溫度，是隨著其制取物堿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(jié)束加熱。
本發(fā)明優(yōu)選的步驟5烘干工序，是在120℃～180℃溫度下烘干，至其含水量≤2.5％時烘干結(jié)束，而所制取的堿式碳酸鋅的分子式為ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O。
本發(fā)明優(yōu)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(fā)明各步驟的工藝過程以及相關(guān)的反應(yīng)方程式如下在步驟1絡(luò)合(浸取)工序的主要工藝過程及其反應(yīng)方程式是將次質(zhì)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(luò)合浸取槽中，在氨過量的情況下，進行絡(luò)合浸取反應(yīng)，而制取反應(yīng)液。其主要反應(yīng)方程式為
反應(yīng)溫度為50℃～80℃，經(jīng)中間控制測試，氧化鋅取出率＞95％時，反應(yīng)結(jié)束。反應(yīng)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(yīng)方程式是，將步驟1所制取的反應(yīng)液置入除雜槽內(nèi)，而分三步除雜。首先加入硫化鈉，其主要反應(yīng)方程式為
第二步加入鋅粉，其主要反應(yīng)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(yīng)生成硫化物而沉淀除去。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，并調(diào)節(jié)上述除雜劑的加入量。分析試樣，經(jīng)檢測待精鋅液達到除雜要求時，除雜結(jié)束。除雜時間30分鐘～60分鐘，后經(jīng)壓濾而得精鋅液(鋅氨絡(luò)合物溶液)。
在步驟3解析(蒸發(fā))工序的主要工藝過程及其反應(yīng)方程式是將經(jīng)步驟2除雜工序所制取的精鋅液注入蒸發(fā)鍋內(nèi)，在常壓下加熱并控制溫度逐步提升，至95℃～100℃時加熱結(jié)束，其反應(yīng)方程式為
分解的氨氣用水吸收后，經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)導至工序(1)的絡(luò)合(浸取)槽內(nèi)，循環(huán)利用。當溶液中氧化鋅含量＜2kg/m3時蒸發(fā)中止。精鋅液經(jīng)解析蒸發(fā)而得堿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(fā))工序所得的堿式碳酸鋅固液混合物進行過濾，甩干，其濾液和甩干液經(jīng)氨循環(huán)系統(tǒng)導至工序(1)的絡(luò)合浸取槽內(nèi)循環(huán)利用。再將經(jīng)過濾、甩干的堿式碳酸鋅，用去離子水漂洗，而得堿式碳酸鋅濕料。
在步驟5烘干工序的工藝過程是將步驟4脫水工序所得的濕料，置在120℃～180℃溫度下烘干，至其含水量≤2.5％時烘干結(jié)束，而得半成品堿式碳酸鋅干料。
在步驟6焙燒工序的工藝過程及其反應(yīng)方程式是將步驟5烘干工序所得的干料，置在焙燒爐內(nèi)，逐步升溫至320℃～360℃。其反應(yīng)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(jié)束。再經(jīng)粉碎至粒度為0.045mm，即便制備成本發(fā)明產(chǎn)品高純度活性氧化鋅。
由本發(fā)明制取的活性氧化鋅之純度高，粒徑小，呈微黃色多孔球形。經(jīng)檢測其質(zhì)量指標符合企業(yè)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％；篩余物(通過325目)0.1％；比表面積＞40m2/g。
檢測結(jié)果還表明，用本發(fā)明生產(chǎn)的產(chǎn)品中的雜質(zhì)含量均低于特級99.7％間接法氧化鋅，其純度達到99.9％以上。和聯(lián)邦德國拜爾公司的質(zhì)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(zhì)的存在，而克服橡膠制品易老化、易斷裂、不耐用等缺點。
用本發(fā)明制取的活性氧化鋅，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制品中使用。使用結(jié)果表明，可以比用其它方法制取的普通氧化鋅，減少其用量30％～70％，故能大幅度降低橡膠制品的生產(chǎn)成本，且橡膠制品的質(zhì)量有明顯的提高，具有耐磨、耐折、不易老化、彈性好、表面光質(zhì)度好等特點。
綜上所述，本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具有工藝方法簡單易行，對環(huán)境基本無污染，能耗低、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品有害雜質(zhì)含量低等特點。
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作具體說明。
附

圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
本發(fā)明優(yōu)選的實施例，請參見附圖1在絡(luò)合(浸取)槽中將次質(zhì)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(yīng)1小時，當氧化鋅取出率＞95％時，絡(luò)合(浸取)反應(yīng)結(jié)束，而制取反應(yīng)液經(jīng)壓濾后進入除雜槽。根據(jù)雜質(zhì)含量計算，向置有反應(yīng)液的除雜槽內(nèi)，按次序先后加入硫化鈉、鋅粉、活性碳，進行除雜反應(yīng)，除雜溫度控制在75℃左右，時間40分鐘。檢測溶液中的雜質(zhì)含量合格后，再進行壓濾而制取精鋅液；再把精鋅液導入蒸發(fā)鍋內(nèi)，加熱至85℃，開始解析。當溶液中氧化鋅含量＜2kg/m3時蒸發(fā)結(jié)束，而制取堿式碳酸鋅固液混合物。蒸發(fā)釋放的氨氣用水吸收后經(jīng)氨循環(huán)系統(tǒng)導至絡(luò)合(浸取)槽循環(huán)利用；然后再放料、過濾、甩干，用去離子水漂洗3次，而得堿式碳酸鋅濕料。過濾液和甩干液經(jīng)氨循環(huán)系統(tǒng)導至絡(luò)合(浸取)槽循環(huán)利用；將堿式碳酸鋅濕料，在140℃左右溫度下烘干，當其含水量≤2.5％時烘干結(jié)束，而得半成品堿式碳酸鋅干料；再將堿式碳酸鋅干料，置在焙燒爐內(nèi)逐步加熱至300℃左右，經(jīng)檢測，活性氧化鋅含量達到標準要求時，焙燒結(jié)束，即得高純度活性氧化鋅。再經(jīng)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(fā)明實施例即描述完畢。
在所說的步驟2除雜工序中，經(jīng)壓濾所得的濾餅，內(nèi)含有價值的稀有元素，可以回收利用。
權(quán)利要求
1.一種氨水·碳銨聯(lián)合浸取絡(luò)合制備高純度活性氧化鋅的方法，它依次按照絡(luò)合、除雜、解析、脫水、烘干和焙燒步驟進行，其特征在于在所說的絡(luò)合工序，是按次質(zhì)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(luò)合浸取槽中，加熱至50℃～80℃進行反應(yīng)，待到氧化鋅取出率＞95％時，反應(yīng)結(jié)束而制取反應(yīng)液；在所說的除雜工序，是在步驟1所制取的反應(yīng)液中，依次加入硫化鈉、鋅粉、活性碳，加熱至70℃～80℃保溫反應(yīng)除雜，后經(jīng)壓濾而制取精鋅液；在所說的解析工序，是將由步驟2所制取精鋅液置入蒸發(fā)鍋內(nèi)，在常壓下加熱至85℃～100℃，進行蒸發(fā)解析，待溶液中含鋅量達到＜2kg/m3時蒸發(fā)結(jié)束，而得堿式碳酸鋅固液混合物；在所說的焙燒工序，是將步驟5所制取的干料在280℃～400℃溫度下焙燒活化，而得高純度活性氧化鋅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨水·碳銨聯(lián)合浸取絡(luò)合制備高純度活性氧化鋅的方法，其特征在于，在步驟1絡(luò)合工序所采用的氨水為4摩爾比(mol)的氨水，而次質(zhì)氧化鋅的有效含量＞60％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨水·碳銨聯(lián)合浸取絡(luò)合制備高純度活性氧化鋅的方法，其特征在于，在步驟1絡(luò)合工序所采用的次質(zhì)氧化鋅(有效鋅)∶氨水(4mol)∶碳酸氫銨＝1∶10∶0.78(重量比)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨水·碳銨聯(lián)合浸取絡(luò)合制備高純度活性氧化鋅的方法，其特征在于，在步驟1絡(luò)合工序所說的反應(yīng)時間為30分鐘～60分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨水·碳銨聯(lián)合浸取絡(luò)合制備高純度活性氧化鋅的方法，其特征在于，在步驟2除雜工序所說的保溫除雜反應(yīng)時間為30分鐘～1小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨水·碳銨聯(lián)合浸取絡(luò)合制備高純度活性氧化鋅的方法，其特征在于，在步驟3解析工序所說的加熱溫度，是隨著其制取物堿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(jié)束加熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨水·碳銨聯(lián)合浸取絡(luò)合制備高純度活性氧化鋅的方法，其特征在于，在步驟5烘干工序的烘干溫度為120℃～180℃，至其含水量≤2.5％時烘干結(jié)束，而制取的堿式碳酸鋅，其分子式為ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨水·碳銨聯(lián)合浸取絡(luò)合制備高純度活性氧化鋅的方法，其特征在于，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(fā)明公開了一種氨水·碳銨聯(lián)合浸取絡(luò)合制備高純度活性氧化鋅的方法,它依次包括絡(luò)合、除雜、解析、脫水、烘干和焙燒工序,其主要特征是以次質(zhì)氧化鋅為原料,加入氨水和碳酸氫銨聯(lián)合絡(luò)合浸取,以硫化鈉、鋅粉和活性碳,依次序先后分三步除雜,氨水循環(huán)利用。本發(fā)明具有工藝方法簡單易行,對環(huán)境基本無污染,能耗低、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品有害雜質(zhì)含量低等特點。是一種濕法制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(yōu)先權(quán)日2000年4月30日
發(fā)明者楊國華 申請人:楊國華