本發(fā)明涉及一種制備工藝合理，生成可循環(huán)利用的，合成率高，安全環(huán)保的納米氧化鋅制備工藝。

背景技術(shù)：

納米氧化鋅粒徑介于1-100nm之間，是一種面向21世紀(jì)的新型高功能精細(xì)無機(jī)產(chǎn) 品，表現(xiàn)出許多特殊的性質(zhì)，如非遷移性、熒光性、壓電性、吸收和散射紫外線能力等，利用 其在光、電、磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造氣體傳感器、熒光體、變阻器、紫外線遮蔽材 料、圖像記錄材料、壓電材料、壓敏電阻、高效催化劑、磁性材料和塑料薄膜等。目前國內(nèi)大多采用硫酸、硝酸、碳酸等酸類來溶解制作鋅液為基礎(chǔ)的酸法和以采用氨水等堿性溶液來溶解制作鋅液為基礎(chǔ)的氨法兩大類生產(chǎn)方法；上述方法存在不足：過程中產(chǎn)生反應(yīng)物和副產(chǎn)品，需要繁瑣的洗滌工序以去除雜質(zhì)；工藝繁瑣，設(shè)備種類多，工時(shí)長，人工消耗大，不利于工業(yè)生產(chǎn)和節(jié)約成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是：提出了一種制備工藝合理，生成可循環(huán)利用的，合成率高，安全環(huán)保的納米氧化鋅制備工藝。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種納米氧化鋅制備工藝，包括氧化物溶解，氧化反應(yīng)，置換反應(yīng)，合成反應(yīng)，洗滌漂洗和干燥煅燒工藝步驟；具體工藝步驟如下：

1）氧化物溶解

反應(yīng)方程式為：

ZnO + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O

FeO + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂O

MnO + H₂SO₄ = MnSO₄ + H₂O

生產(chǎn)時(shí)先在酸解槽中將濃硫酸加水稀釋至9%-11%，攪拌均勻后加入副產(chǎn)品氧化鋅原料，原料中的鋅主要是以氧化鋅的形式存在，副產(chǎn)品氧化鋅在硫酸溶液中與硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅；

2）氧化反應(yīng)

反應(yīng)方程式為：

6FeSO₄ + 2KMnO₄+14H₂O = 2MnO₂↓ + 6Fe(OH)₃↓ + K₂SO₄ + 5H₂SO₄

3MnSO₄ + 2KMnO₄+2H₂O = 5MnO₂↓+ K₂SO₄ + 2H₂SO₄

將溶解反應(yīng)得到的清液進(jìn)一步提純?nèi)コs質(zhì)離子，用蒸汽加熱至60℃-70℃、常壓的條件下反應(yīng)，在機(jī)械攪拌過程中加入稍過量高錳酸鉀，從入口到出口在容器內(nèi)停留時(shí)間約5.5-6.5小時(shí)，用泵打入壓濾機(jī)中實(shí)現(xiàn)固液分離；

3）置換反應(yīng)

反應(yīng)方程式為：CuSO₄ + Zn = Cu↓ + ZnSO₄

向氧化反應(yīng)過濾得到的清液中加入稍過量鋅粉，蒸汽加熱，反應(yīng)溫度65℃-75℃，機(jī)械攪拌，作業(yè)周期7.5-8.5小時(shí)，反應(yīng)完成后將固液混合物送入廂式壓濾機(jī)實(shí)現(xiàn)固液分離；

4）合成反應(yīng)

反應(yīng)方程式為：

3ZnSO₄+4NH₃?H₂O+2NH₄HCO₃=ZnCO₃?2Zn(OH)₂?H₂O↓+3（NH₄）₂SO₄+CO₂↑

主要原料：硫酸鋅液體，碳酸銨溶液

體積配比:硫酸鋅液體，碳酸銨溶液

溫度條件：分前后兩段控制反應(yīng)溫度，前段35℃-45℃，后段80℃-90℃；

將硫酸鋅液體通過計(jì)量槽計(jì)量后，加入合成反應(yīng)器中，用蒸汽先加熱至35℃-45℃，加入調(diào)配好的碳化氨水進(jìn)行中和，發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，至PH=6.90（PH計(jì)測定）后，停加氨水。繼續(xù)加熱至80℃-90℃，維持保溫3.5-4.5小時(shí)；固體濾餅即為堿式碳酸鋅濕料；

5）洗滌漂洗

將合成反應(yīng)工序中得到的堿式碳酸鋅濕料送去洗滌工序，采用真空帶式過濾機(jī)洗滌堿式碳酸鋅濾餅，在一臺(tái)機(jī)器上面實(shí)現(xiàn)了6次洗滌流程；

6）干燥煅燒

反應(yīng)方程式為：ZnCO₃?2Zn(OH)₂?H₂O = 3ZnO + CO₂↑ + 3H₂O↑

該工序所用熱源為熱空氣，將合成、壓濾后生成的堿式碳酸鋅濕料，通過雙螺旋加料機(jī)送至閃蒸干燥器，使熱風(fēng)與濕料進(jìn)行強(qiáng)烈的傳質(zhì)與傳熱，瞬間干燥后進(jìn)入旋風(fēng)分離器，堿式碳酸鋅送至煅燒工序，煅燒后的產(chǎn)物即為納米氧化鋅成品。

優(yōu)選的，在化合反應(yīng)工序中，反應(yīng)生成的氣體通入氨水中，合成碳化氨水；另外引入部分在供熱環(huán)節(jié)中煤燃燒生產(chǎn)的CO₂用作合成碳化氨水；將反應(yīng)物過濾，濾液集中收集到母液池中，送去濃縮工序回收硫酸銨。

優(yōu)選的，所述一種納米氧化鋅制備工藝中還包括輔助工序；輔助工序?yàn)閷⒑铣晒ば蛑羞^濾后產(chǎn)出的硫酸銨母液，以蒸汽為加熱介質(zhì)，經(jīng)濃縮、結(jié)晶、離心后所得固體，即為硫酸銨成品；濾出的母液返回蒸發(fā)系統(tǒng)循環(huán)利用；蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽冷凝水集中回收至冷凝水池，返回酸解工序循環(huán)利用。

由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的一種納米氧化鋅制備工藝，制備工序合理，生產(chǎn)物可以循環(huán)利用，洗滌工序簡單，無盲區(qū)清洗干凈，節(jié)省了人工成本和水資源，合成率高，節(jié)約生產(chǎn)成本。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明：

附圖1為本發(fā)明的一種納米氧化鋅制備工藝的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖來說明本發(fā)明。

如附圖1所示為本發(fā)明所述的一種納米氧化鋅制備工藝，包括氧化物溶解，氧化反應(yīng)，置換反應(yīng)，合成反應(yīng)，洗滌漂洗和干燥煅燒工藝步驟；實(shí)施例一的具體工藝步驟如下：

1）氧化物溶解

反應(yīng)方程式為：

ZnO + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O

FeO + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂O

MnO + H₂SO₄ = MnSO₄ + H₂O

生產(chǎn)時(shí)先在酸解槽中將濃硫酸加水稀釋至10%，攪拌均勻后加入副產(chǎn)品氧化鋅原料，原料中的鋅主要是以氧化鋅的形式存在，副產(chǎn)品氧化鋅在硫酸溶液中與硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅；至反應(yīng)終點(diǎn)后生成率可達(dá)99%以上，以溶解的Zn質(zhì)量百分比計(jì)算。

2）氧化反應(yīng)

反應(yīng)方程式為：

6FeSO₄ + 2KMnO₄+14H₂O = 2MnO₂↓ + 6Fe(OH)₃↓ + K₂SO₄ + 5H₂SO₄

3MnSO₄ + 2KMnO₄+2H₂O = 5MnO₂↓+ K₂SO₄ + 2H₂SO₄

將溶解反應(yīng)得到的清液進(jìn)一步提純?nèi)コs質(zhì)離子，用蒸汽加熱至65℃、常壓的條件下反應(yīng)，在機(jī)械攪拌過程中加入稍過量高錳酸鉀，從入口到出口在容器內(nèi)停留時(shí)間約6小時(shí)，用泵打入壓濾機(jī)中實(shí)現(xiàn)固液分離；

3）置換反應(yīng)

反應(yīng)方程式為：CuSO₄ + Zn = Cu↓ + ZnSO₄

向氧化反應(yīng)過濾得到的清液中加入稍過量鋅粉，蒸汽加熱，反應(yīng)溫度70℃，機(jī)械攪拌，作業(yè)周期8小時(shí)，反應(yīng)完成后將固液混合物送入廂式壓濾機(jī)實(shí)現(xiàn)固液分離；

4）合成反應(yīng)

反應(yīng)方程式為：

3ZnSO₄+4NH₃?H₂O+2NH₄HCO₃=ZnCO₃?2Zn(OH)₂?H₂O↓+3（NH₄）₂SO₄+CO₂↑

主要原料：硫酸鋅液體（Zn²⁺含量：80g/L），碳酸銨溶液（CO₂含量:30ml/ml，NH⁴⁺%含量：3.0%）

體積配比:硫酸鋅液體10m3， 碳酸銨溶液15m3

溫度條件：分前后兩段控制反應(yīng)溫度，前段40℃，后段85℃；

將硫酸鋅液體通過計(jì)量槽計(jì)量后，加入合成反應(yīng)器中，用蒸汽先加熱至40℃，加入調(diào)配好的碳化氨水進(jìn)行中和，發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，至PH=6.90（PH計(jì)測定）后，停加氨水。繼續(xù)加熱至85℃，維持保溫4小時(shí)；固體濾餅即為堿式碳酸鋅濕料；

5）洗滌漂洗

將合成反應(yīng)工序中得到的堿式碳酸鋅濕料送去洗滌工序，采用真空帶式過濾機(jī)洗滌堿式碳酸鋅濾餅，在一臺(tái)機(jī)器上面實(shí)現(xiàn)了6次洗滌流程；不僅節(jié)省了大量的人工成本和水資源，而且無任何洗滌盲區(qū)，能夠?qū)V餅徹底漂洗干凈，將納米氧化鋅產(chǎn)品的水溶物降低至 0.4%以下，該指標(biāo)比國家標(biāo)準(zhǔn)的要求提高了20%；

6）干燥煅燒

反應(yīng)方程式為：ZnCO₃?2Zn(OH)₂?H₂O = 3ZnO + CO₂↑ + 3H₂O↑

該工序所用熱源為熱空氣，將合成、壓濾后生成的堿式碳酸鋅濕料，通過雙螺旋加料機(jī)送至閃蒸干燥器，使熱風(fēng)與濕料進(jìn)行強(qiáng)烈的傳質(zhì)與傳熱，瞬間干燥后進(jìn)入旋風(fēng)分離器，堿式碳酸鋅送至煅燒工序，煅燒后的產(chǎn)物即為納米氧化鋅成品。

在化合反應(yīng)工序中，反應(yīng)生成的氣體通入氨水中，合成碳化氨水；另外引入部分在供熱環(huán)節(jié)中煤燃燒生產(chǎn)的CO₂用作合成碳化氨水；將反應(yīng)物過濾，濾液集中收集到母液池中，送去濃縮工序回收硫酸銨。

所述一種納米氧化鋅制備工藝中還包括輔助工序；輔助工序?yàn)閷⒑铣晒ば蛑羞^濾后產(chǎn)出的硫酸銨母液，以蒸汽為加熱介質(zhì)，經(jīng)濃縮、結(jié)晶、離心后所得固體，即為硫酸銨成品；濾出的母液返回蒸發(fā)系統(tǒng)循環(huán)利用；蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽冷凝水集中回收至冷凝水池，返回酸解工序循環(huán)利用；節(jié)約生產(chǎn)成本。

實(shí)施例一--五的具體工藝參數(shù)如下表：

由上表可知，使用本發(fā)明記載的工藝參數(shù)，制得的納米氧化鋅的合成率高，工藝步驟簡單合理，省時(shí)省力，便于工業(yè)生產(chǎn)，節(jié)約生產(chǎn)成本，節(jié)能環(huán)保。

上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。