LI SHICHUN (CN)
LI XIAOHONG (CN)
CN102826588A | 2012-12-19 | |||
CN1055766A | 1991-10-30 | |||
CN1093117A | 1994-10-05 | |||
CN1065685A | 1992-10-28 | |||
KR101128880B1 | 2012-03-26 | |||
US20010005496A1 | 2001-06-28 | |||
JPS49115903A | 1974-11-06 |
泰和泰律师事务所 (CN)
权利要求书: 1、 一种利用钢厂烟尘灰氨法脱碳生产高纯纳米氧化锌的方法, 包括以下步骤: 浸取钢厂烟尘灰、 净化除杂、 蒸氨结晶和干燥煅烧, 其特征在于: 浸取钢厂烟尘灰用氨水-碳铵液作为浸取剂进行浸取; 其中, 所述浸取剂中 NH3的摩尔浓度 c (NH3) =5. 5-7mol/L, C032—的摩尔浓度 c (CO/—) = 0. 95-1· 2 mol/L, 并在每立方米浸取剂中添加 0. 3-0. 5kg氟硅酸钠, 浸取后得到浸取液; 浸取后所得浸取液中氧化锌浓度控制在 50_60g/L, 进行升温脱碳, 其方法 为: 在每立方米浸取液中加入 50-60kg熟石灰, 搅拌加热至 90-98 °C, 当 C02 浓度 0. 3mol/L, 在每立方米前述液体中加入 3_4kg过硫酸铵, 并补加熟石灰 lOkg/m3继续搅拌脱碳并发生氧化反应,直至 c (C02) <0. lmol/L,然后过滤分离; 在净化除杂后, 进行精制处理, 方法为: 净化除杂处理后的液体中, 加入表 面活性剂, 加入量为每立方米净化除杂处理后的液体中 30_50g表面活性剂。 2、 根据权利要求 1所述利用钢厂烟尘灰氨法脱碳生产高纯纳米氧化锌的方法, 其特征在于: 每立方米浸取剂中还添加有 0. 05-0. lkg的表面活性剂。 3、 根据权利要求 2所述利用钢厂烟尘灰氨法脱碳生产高纯纳米氧化锌的方法, 其特征在于: 在每立方米的浸取剂添加有 0. 5-lkg的二氰二胺。 4、 根据权利要求 1所述利用钢厂烟尘灰氨法脱碳生产高纯纳米氧化锌的方法, 其特征在于: 在浸取待处理的烟尘灰时, 采用湿法球磨。 5、 根据权利要求 4所述利用钢厂烟尘灰氨法脱碳生产高纯纳米氧化锌的方法, 其特征在于: 保证在球磨机内浸出时间为 50〜60分钟, 球磨机出口物料全部通 过 140目筛。 6、 根据权利要求 1所述利用钢厂烟尘灰氨法脱碳生产高纯纳米氧化锌的方法, 其特征在于: 脱碳步骤完成后, 向液体中加入氟化铵, 加入的量为溶液中 Ca2+ 理论值的 1. 5-2. 0倍。 7、 根据权利要求 1所述利用钢厂烟尘灰氨法脱碳生产高纯纳米氧化锌的方法, 其特征在于: 蒸氨结晶过程中, 随时检测蒸氨容器内液体锌含量, 当锌含量在 1-1. 5%时,在蒸氨容器内加入氢氧化纳溶液, 加入量为每立方米蒸氨液体加入质 量百分含量为 30%的氢氧化钠溶液 3-5升,锌质量百分含量低于 0. 3%时, 结束蒸 氨。 8、 根据权利要求 7所述利用钢厂烟尘灰氨法脱碳生产高纯纳米氧化锌的方法, 其特征在于: 每立方米蒸氨液体中还加入质量分数为 5%的硬酯酸钠溶液 3_5L。 9、 根据权利要求 1所述利用钢厂烟尘灰氨法脱碳生产高纯纳米氧化锌的方法, 其特征在于: 所述干燥煅烧的温度为 150-280°C。 |
利用钢厂烟尘灰氨法脱碳生产高纯纳米氧化锌 的方法 技术领域
本发明涉及一种氧化锌的生产方法,特别涉及 一种高纯纳米氧化锌的生产方 法。
背景技术
目前来自钢厂的烟尘灰(包括高炉灰、 转炉灰、 电炉灰), 又称烟尘贮存灰, 每生产一吨钢铁将会产生 35〜90kg的烟尘灰, 这种烟尘灰一般含铁 15〜30%、 含氧化硅 4〜5%、 锌 5〜22%、 可燃烧的固定炭(C) 25〜55% 、 氧化钙 2〜5%、 氧 化镁 1〜2%以及钛、 钒和碱金属等。 通常条件下, 一般作为烧结的原料来生产烧 结矿, 在钢厂内部循环利用, 随着循环的富集, 入炉锌负荷愈来愈高, 严重影响 高炉的正常运行。
目前限制高炉锌负荷的方法:一是限制循环用 烟尘灰用量; 二是烟尘灰选矿 处理 ; 三是采用火法和湿法处理。 第一种不是降低高炉锌负荷经济的、 有效的 方法, 而且带来环境污染。 第二种是把锌富集到尾泥中, 但铁精、 炭精、 尾泥三 种产品失调, 仍失去较高的铁、 炭资源。 第三种又分为火法和湿法处理, 火法 有直接烧结法、球团处理法、直接还原法处理 。但锌、铅及碱金属仍未得到解决。 湿法又分为酸法和碱法, 酸法工艺成熟, 不升温锌浸取率仅 80%左右, 升温可达 95%, 但铁也高达 60%, 除铁困难, 又浪费铁, 设备腐蚀严重, 也达不到环保要 求。但碱法浸取率更低。现有湿法提锌存在问 题总体特点是锌浸取率低, 浸渣难 以循环利用, 无法达到环保要求, 设备腐蚀严重, 对原料要求敏感, 工艺难以优 化, 生产效益低与钢厂产量不相匹配等。 目前我国钢铁企业含锌粉尘配入烧结循 环利用方式已经对高炉、烧结生产和钢铁厂环 境带来巨大危害, 对粉尘的处理十 分迫切。
最理想的方法是进行锌的选择性浸出,使锌进 入溶液中, 锌得到有价值的回 收利用。
另一方面, 高纯度氧化锌一般是指氧化锌的质量分数在 99. 7%以上, 高纯氧 化锌是现代工业不可缺少的一种高科技原料, 用途广泛, 主要用于玻璃、 饲料、 陶瓷、 染料、 油漆、 造纸、 橡胶、 农药、 炼油、 镀锌、 特种钢材、 合金、 国防科 技等数十种行业企业, 无论是玻璃、 造纸, 还是橡胶、 炼油等都对氧化锌需求量 很大, 并且纯度要求非常高。
目前生产高纯氧化锌的方法, 主要是间接法, 间接法一般以锌锭为原料, 通过电解还原,或高温气化, 空气氧化再冷凝收集制得氧化锌,不同的锌锭 原 料,生产出的氧化锌纯度也不一样,此工艺主 要生产 99. 5%-99. 7%的氧化锌。
氨法是制备氧化锌的一种常用方法, 目前氨法 (氨 -碳铵联合浸出法生产氧 化锌) 的一般步骤包括: 对含锌物料使用氨 -碳铵联合浸取制得锌氨络合液, 经 净化、 蒸氨结晶、 干燥煅烧制得氧化锌产品, 一般氧化锌含量 95-98%。
这种传统的氨法制备氧化锌一直没有应用于烟 尘灰的处理, 主要原因在于:
1.因为钢厂烟尘贮存灰含锌率低 (一般含 Zn%=5_22), 浸出液含锌浓度低, 浸取剂消耗量大, 成本高, 企业无法承受。
2.因为杂质成分复杂, 生产得到的只能是普通活性氧化锌产品且合格 率低, 产品价格较低经济效益差。
3.常规手段浸取时, 烟尘灰的浸出率低, 回收率低 , 铁、 炭资源回收也没 形成完整链条, 烟尘灰的价值未得到体现。
纳米氧化锌 (ZnO)是一种粒径介于 1-100 nm之间、面向 21世纪的新型高功 能精细无机产品, 表现出许多特殊的性质, 如非迁移性、 荧光性、 压电性、 吸收 和散射紫外线能力等, 利用其在光、 电、 磁、 敏感等方面的奇妙性能, 可制造气 体传感器、 荧光体、 变阻器、 紫外线遮蔽材料、 图像记录材料、 压电材料、 压敏 电阻、 高效催化剂、 磁性材料和塑料薄膜等。
目前生产纳米氧化锌的方法, 主要有化学沉淀法、 溶胶-凝胶法、 微乳液法 以及水热合成法等。但是所采用的原料都是含 锌量在 50%以上的锌焙砂或纯锌盐 等。
目前已公开的氨浸法生产纳米氧化锌技术, 都是低温水解法如:
中国专利申请号 92103230. 7公布了一种针对传统氨络合法生产氧化锌的 进技术, 将净化后的锌氨络合液加水稀释, 使部分锌氨络合液水解, 得到碱式碳 酸锌 (氢氧化锌与碳酸锌之比为 2 : 1 ), 然后继续加热直至锌氨络合液分解完毕, 经高温煅烧得到 30-lOOnn的纳米氧化锌。
该技术专利以下问题需要解决: 水解后, 未离解的锌氨络合液在加热分解过程中, 新产生的碱式碳酸锌会在 原有晶核表面继续生长,促使原水解的晶体长 大, 容易造成碱式碳酸锌结晶体粒 径不均匀, 使最终产品粒径不易控制。
增加 4-10倍的水量, 降低了制取过程中的效率, 增加能耗, 增加后端水处 理成本。
中国专利申请号 200610130477. 7公布了一种针对传统氨络合法生产氧化锌 的改进技术, 将锌氨络合液, 连续与 1 : 2-20的热水或热的母液混合, 母液经加 热保温后循环用于锌氨络合液的水解, 制得 10-50nn的纳米氧化锌。
该技术专利以下问题需要解决:
母液水解后氨不能完全分离出去, 重复叠加达不到水解的效果, 最终将是锌 氨络合液与锌氨络合液的混合。
以上两种专利实质上都是设法在低温下, 利用水的大量稀释使溶液的 PH值 发生轻微改变而水解结晶获得部分纳米结晶体 , 实际上仅仅依靠 pH值轻微的改 变只能获得在锌浓度较高时情况下极少一部分 水解(从氧化锌在氨水溶解度曲线 图中可以查到)。 其实高浓度的锌氨液析出的效率高、 能耗低, 低浓度的锌氨液 析出的效率低、能耗高,人为加大水的比例量 生产纳米氧化锌在技术上是可行的, 但在经济效益方面未必可行。
另外, 目前氨浸法生产氧化锌过程中, 析氨后均以碱式碳酸锌结晶出来,分 解温度高(氢氧化锌理论分解初使温度约 125°C, 碳酸锌约 300°C ), 为得到高纯 产品, 必须保证足够高的分解温度, 一般控制温度 50CTC以上, 才能使碱式碳酸 锌分解完全。 如申请号为 200610130477. 7的中国专利申请, 煅烧温度高达 550 °C。 高温煅烧严重影响氧化锌的比表面积及分散性 、 流动性, 继而影响其应用领 域。
综上所述,对于烟尘灰的处理, 如何在含锌量低的烟尘灰中有效浸出其中的 锌, 并得到高纯纳米氧化锌, 同时克服传统的方法的缺点, 成为本行业亟待解决 的技术难题。 发明内容
本发明目的之一在于: 针对上述存在的问题, 提供一种有效利用钢厂烟尘灰 制备高纯氧化锌的方法。 本发明采用的技术方案是这样的: 利用钢厂烟尘灰氨法脱碳生产高纯纳米 氧化锌的方法, 包括以下步骤,
浸取钢厂烟尘灰、 脱碳、 净化除杂、 精制处理、 蒸氨结晶和干燥煅烧, 其 中:
浸取钢厂烟尘灰用氨水-碳铵液作为浸取剂进 浸取; 其中, 所述浸取剂中 NH 3 的摩尔浓度 c (NH 3 ) =5. 5-7mol/L, C0 3 2 —的摩尔浓度 c (CO/—) = 0. 95-1· 2 mol/L, 并在每立方米浸取剂中添加 0. 3-0. 5kg氟硅酸钠, 浸取后得到浸取液;
浸取后所得浸取液中氧化锌浓度控制在 50_60g/L, 进行升温脱碳, 其方法 为: 在每立方米浸取液中加入 50-60kg熟石灰, 搅拌加热至 90-98 °C, 当(:0 2 浓 度 0. 3mol/L, 在每立方米前述液体中加入 3_4kg过硫酸铵, 并补加熟石灰 lOkg/m 3 继续搅拌脱碳并发生氧化反应, 直至 c (C0 2 ) 0. lmol/L, 然后过滤分离, 在净化除杂后, 进行精制处理, 方法为: 净化除杂处理后的液体中, 表面 活性剂, 加入量为每立方米净化除杂处理后的液体 30_50g表面活性剂, 如 SDS, 进行充分搅拌;
净化除杂、蒸氨结晶和干燥煅烧步骤均采用目 前普通氨法制备氧化锌的工艺 参数。
本发明首先将现有的氨法制备氧化锌的技术应 用于对烟尘灰的处理; 同时, 在现有的氨法的工艺基础上, 在浸取液中, 加入适量的氟硅酸钠; 并增加了脱碳 的步骤以及在净化除杂后, 增加了精制处理的步骤。
要得到高纯氧化锌, 首先需要保证钢厂烟尘灰中的锌能尽可能地浸 出, 这样 一方面可以提高锌的回收率, 另一方面, 在浸出液中锌的含量越大, 杂质含量也 就越小, 才能保证在同等工艺条件下制得更高纯度的氧 化锌。
由于烟尘灰的单质铁含量高, 不能用强酸浸出, 不仅消耗大量的酸, 还使铁 等大量溶出, 净化困难。铁酸锌在酸性中溶出也很缓慢, 所以本发明采用氨法浸 出, 烟尘灰中脉石的超细微粒对浸取剂也起到一定 的隔阻作用 , 为了解决这个 问题,本申请的发明人通过大量实验得出: 适量的氟硅酸纳能破除超细微粒对含 锌颗粒包裹作用, 实现超细微粒分层上浮, 从而将锌暴露, 使其较完全地浸泡在 浸出液中;
增加脱碳降氨步骤, 一方面可以消除过多的游离氨, 降低杂质离子的络合能 力, 使杂质离子得以除去 (如硅酸等胶体离子高温疑聚沉淀), 利于提高净化质 量, 减少净化药品用量; 另一方面可以去除溶液中碳酸根离子, 使络合液后续脱 氨水解过程中有利于得到晶核尺寸更小、分解 温度更低的纳米前驱体氢氧化锌沉 淀。
同时, 本申请的发明人通过大量实验得出: 用熟石灰作为脱碳剂, 一方面可 以提供取代 CO/—的配位体 0H―, 使 CO/—消除形成 CaC0 3 沉淀, 另外稍强的碱性环 境有助于铁离子等金属杂质离子沉淀, 为后续净化创造条件。另一方面, 石灰乳 价廉。
其次, 要得到纳米级的氧化锌, 需要抑制晶体颗粒的长大, 现有氨法生产得 到的纳米氧化锌之所以粒径大小和粒径分布范 围不尽人意,最重要的原因是在处 理过程中晶体的不断长大,尤其对于钢厂烟尘 灰这种低含量锌的原料处理。为了 解决上述问题, 本申请的发明人通过大量实验, 在净化除杂后的溶液中, 加入适 量表面活性剂, 析氨结晶过程中结合高速搅拌能有效抑制结晶 体的生长。
其中:
浸取步骤的化学反应方程式为:
ZnO+nNH 3 +H 2 0→ [Zn (NH 3 ) n] 2+ +20H—
ZnFe 2 0 4 +nNH 3 +4H 2 0→ [ Zn (NH 3 ) n ] 2+ +2Fe (OH) 3 i +20W
ZnFe 2 0 4 +nNH 3 +H 2 0→ [Zn (NH 3 ) n ] 2+ +Fe 2 0 3 i +20W
Zn 2 Si0 4 +2nNH 3 → 2 [Zn (NH 3 ) n] 2+ + Si0 4 4 —
ZnSi0 3 + nNH 3 +2NH 4 HC0 3 → [Zn (NH 3 ) n] C0 3 + Si0 2 · H 2 0+ (NH 4 ) 2 C0 3
其中 n=l〜4;
脱碳步骤中的化学反应为:
Ca (0H) 2 = Ca 2+ +20H—
NH 3 · H 2 0 + NH 4 HC0 3 → 2NH 3 † +C0 2 † +2H 2 0
净化除杂过程中发生的反应:
S 2 0 8 2 — + Mn 2+ + 2NH 3 · H 2 0 + H 2 0→ Mn 0 ( OH) 2 i + 2NH 4 ++2S0 4 2 — + 2H+ SA 2 — +2Fe 2+ +6H 2 0 →2S0 4 2 — + 2Fe (OH) 3 ί + 6H+
As0 4 3 — + Fe 3 — → FeAs0 4 I AsO — + S 2 0 — + H 2 0 → 2SO4 + AsO — + 2H +
2H 3 As0 3 + 8Fe (0H) 3 → (Fe 2 0 3 ) 4 As 2 0 3 - 5H 2 0 I +10H 2 0
M 2+ + S 2 → MS I M代表 Cu 2+ 、 Pb 2+ 、 Cd 2+ 、 Ni 2+ H g 2+ 等离子
As 3+ + S 2 —→As 2 S 3 ί
Y 2+ + Zn→Zn 2+ + Y其中 Y代表 : Cu 2+ 、 Pb 2+ 、 Cd 2+ 、 Ni 2+ 等离子; 蒸氨步骤的反应方程式:
[ Zn (M 3 ) 2+ +20H— = Zn (OH) 2 i + iNH 3 个
[ Zn (NH 3 ) J S0 4 + 2NH 3 ·Η 2 0 → Zn (OH) 2 i + iNH 3 † + (NH 4 ) 2 S0 4 其中 i =1〜
4
干燥煅烧的化学反应方程式:
Zn (0H) 2 →Zn0 + ¾0个
作为优选: 在每立方米氨水 -碳铵液浸取剂中还添加有 0. 03-0. 05kg的表面 活性剂, 如 SDS。
表面活性剂能降低表面能, 与氟硅酸钠配合作用, 可以破除超细微粒的包覆 作用提高浸取剂渗透能力, 进一步提高锌的回收率。
作为优选: 在每立方米的氨水-碳铵液浸取剂添加有 0. 5-lkg的二氰二胺。 二氰二胺作为氨稳定剂, 可以减少浸取过程中氨的挥发, 改善工作环境,减 少氨的损耗。
作为优选: 在浸取待处理的烟尘灰时, 采用湿法球磨浸取。
作为优选: 保证在球磨机内浸出时间为 50〜60分钟, 球磨机出口物料全部 通过 140目筛。
利用球磨湿法浸取, 破坏了烟尘灰中铁酸锌等晶格结构 (达到机械活化) 与表面活性剂和熟石灰粉的化学活化相结合, 达到较高的浸出速度和浸出率。通 过球磨的机械活化以及活性剂 (氟硅酸钠、 SDS等) 的加入, 获得了较高的浸出 率。
作为优选: 脱碳步骤完成后, 向液体中加入氟化铵脱钙, 加入的量为溶液中 Ca 2+ 理论值的 1. 5-2. 0倍。
作为优选: 蒸氨结晶过程中, 随时检测蒸氨容器内液体锌含量, 当锌含量在 1-1. 5%时,在蒸氨容器内加入氢氧化纳溶液, 加入量为每立方米蒸氨液体加入质 量百分含量为 30%的氢氧化钠溶液 3-5升,锌质量百分含量低于 0. 3%时, 结束蒸 氨。
在蒸氨后期, 当络合液中锌浓度较低时, 通过加入 NaOH提高液体的 pH值, 可以使 NH 4 + 离子转为 NH 3 分子达到快速析氨、快速结晶形成纳米氢 氧化锌晶核的 效果。
作为优选: 每立方米蒸氨液体中还加入质量分数为 5%的硬酯酸钠溶液 3-5L o
在蒸氨过程中加入硬酯酸钠,使产生的纳米结 晶体受到封闭包裹,不再继续 长大。
本发明的目的之二, 是提供一种高纯度且高性能的高纯纳米氧化锌 , 所采用 的技术方案是: 在前述的技术方案基础上, 干燥煅烧的温度采用 150-280 °C。
由于本发明的技术方案, 在蒸氨结晶步骤后, 得到的几乎都是氢氧化锌,氢 氧化锌的分解温度低于碱式碳酸锌, 采用 150-28CTC的温度进行煅烧, 即可得到 纯度在 99. 7%以上大比表面积的氧化锌产品, 比表面积 , 低温煅烧 分 散性、 流动性都较优。
本发明的创新点主要有: ω增加脱碳处理步骤, 先赶走过多游离氨以及脱除 CO/—, 在蒸氨水解时达到快速结晶的目的; (2)蒸氨过程中, 当锌氨络合液中氨浓 度较低时, 通过加入氢氧化纳提高液体的 ra值, 达到快速析氨的目的; (3)在锌 氨络合液中加入表面活性剂 (如 SDS ), 结合溶液中自有的硫酸铵, 可以有效控 制纳米氧化锌晶核的增长; (4)利用蒸汽的动力实现高速搅拌, 控制纳米氧化锌结 曰
曰曰 o
综上所述, 由于采用了上述技术方案, 本发明的有益效果是: 将氨法应用 于烟尘灰的处理, 并对现有氨法进行了适应性改进, 浸取时加入氟硅酸钠、表面 活性剂和二氰二胺, 一方面提高了烟尘灰中的锌浸出速度和浸出率 , 增加脱碳以 及在蒸氨过程中加入阻变剂以抑制晶体的生长 ,得到粒径小且粒径均匀的纳米氧 化锌前驱体。 另一方面, 本发明优选采用较低的煅烧温度, 可以得到较大比表面 积的氧化锌同时纯度可以达到 99. 7%以上, 具有很高的经济价值; 另外, 本发明 的处理方法能耗低、 效率高, 浸取剂循环利用, 彻底地解决了钢厂高炉烟尘的锌 负荷问题, 既满足了钢厂对有害成分锌以及碱金属的净化 要求(碱金属去除率达 99%; 锌提取率 90%以上), 达到生产的良性循环, 又回收了钢厂宝贵的铁、 炭资 源, 铁、 炭得到富集, 铁含量由原来 15-30%提高到 18-38%, 炭发热量由原来约 1000-4500大卡 /公斤提高到 1600-5200大卡 /公斤;铁、炭回收利用率均达到 98% 以上 , 既节约了能源又创造了良好的经济效益。 具体实施方式 下面对本发明作详细的说明。 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白, 以下结合实施例,对 本发明进行进一步详细说明。应当理解, 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本发明, 并不用于限定本发明。
实施例 1
原料: 昆明某钢厂烟尘灰 1 # , 其成分按质量百分比计 (%) 为:
Zn9.7% Fe27. 14% PbO.85% CdO.007% C28% 碱金属 ( k、 Na)
2.9%
用于制备高纯纳米氧化锌的方法:
(1)浸取: 取 500克烟尘灰 1 # , 用 1500ml氨水-碳铵液作为浸取剂进 行浸取; 其中, 所述浸取剂中 NH 3 的摩尔浓度 c(NH 3 )=4.5mol/L, C0 3 2 —的摩尔 浓度 c(C0 3 2 — )=1.2 mol/L, 添加 0.45g氟硅酸钠, 进行三段浸取, 各段浸取 时间均为 2小时, 固液分离后, 所得锌氨络合液中锌 43.89克 (锌回收率
90.5%) ;
(2) 脱碳: 浸取后所得浸取液中氧化锌浓度控制在 50g/L, 进行升温 脱碳, 其方法为: 在浸取液中加入 60g熟石灰, 搅拌加热至 90°C, 当 C0 2 浓度 =0.3mol/L,在前述液体中加入 3g过硫酸铵, 并补加熟石灰 10g继续搅 拌脱碳并发生氧化反应, 直至 c(C0 2 )=0. lmol/L, 然后过滤分离;
(3)净化除杂: 向步骤(2)分离后的液体中加入 1.32g高锰酸钾搅拌
0.5h , 加入少量聚丙烯酰胺溶液 (4mg/L) 过滤, 滤液按沉淀 Cu、 Cd、 Pb 所需硫化钠的理论量的 1.2倍加入硫化钠, 温度, 70 °C, 搅拌时间 2h,过滤, 滤液加入 KMn0 4 用量为 Fe量的 2.7倍, 温度 80 Ό, 搅拌 lh (检测 Fe、 Mn合 格), 过滤, 滤液按置换 Cu、 Cd、 Pb所需理论锌粉的 2.5倍加入锌粉, 搅拌 30min,温度 60°C, 过滤, 得滤液;
(4) 在净化除杂后, 进行精制处理, 方法为: 净化除杂处理后的滤液 中, 加入 0.03g表面活性剂 SDS;
(5) 蒸氨结晶: 将所得精制液置入蒸氨器中进行蒸氨, 溶液温度 105 V, 直至 [Zn 2+ ] =1.5g/L时停止蒸氨, 得到的乳浊液进行固液分离, 滤饼 按液固比 5: 1去离子水洗涤, 洗涤时间 lh,再过滤分离, 得到滤饼;
(6)干燥煅烧:滤饼 105°C干燥,得到粉体,经 280°C马弗炉煅烧 60min, 取样检测, 所制纳米氧化锌平均粒径 14.7nm (XRD线宽法), 质量百分含量 为 99.72%, 比表面积 109m 2 /go 实施例 2
原料: 南方一钢厂烟尘灰 2 # 其成分的质量百分比 (%) 为:
Zn6.2% Fe29.6% PbO.87% CI 5.24% Si8.7% 碱金属
( k、 Na) 3.47
用于制备高纯氧化锌的方法:
(1)浸取: 取 500克烟尘灰 2 # , 用 1500ml氨水 -碳铵液作为浸取剂进行浸 取; 其中, 所述浸取剂中 NH 3 的摩尔浓度 c(NH 3 )=7mol/L, CO/—的摩尔浓度 c(C0 3 2 — )=0.95mol/L, 添加 0.75g氟硅酸钠、 0.075g的表面活性剂 SDS、 0.75g 的二氰二胺; 在浸取时, 采用球磨, 并保证球磨机内浸出时间为 30分钟, 球磨 机出口物料全部通过 140目筛,再进行三段搅拌浸取,各段浸取时间 均为 2小时, 固液分离后, 所得锌氨络合液中锌 28.37克 (锌回收率 91.5%) ;
(2)脱碳: 浸取后所得浸取液中氧化锌浓度控制在 60g/L, 进行升温脱碳, 其方法为:在浸取液中加入 25g熟石灰,搅拌加热至 98°C,当 C0 2 浓度 =0.28mol/L, 在前述液体中加入 2g过硫酸铵,并补加熟石灰 5g继续搅拌脱碳并发生氧化反应, 直至 c (C0 2 ) =0.09mol/L, 然后过滤分离;
(3) 脱钙: 脱碳步骤完成后, 向液体中加入氟化铵, 加入的量为溶液 中 Ca 2+ 理论值的 1.5倍;
(4) 净化除杂: 想脱钙后的液体中加入 0.85g高锰酸钾搅拌 0.5h , 加入少量聚丙烯酰胺溶液(4mg/L)过滤, 滤液按沉淀 Cu、 Cd、 Pb所需硫化 钠的理论量的 1.2倍加入硫化钠, 温度,70°C, 搅拌时间 2h,过滤, 滤液加 入 KMn0 4 用量为 Fe量的 3.5倍, 温度 80°C, 搅拌 lh (检测 Fe、 Mn合格), 过滤,滤液按置换 Cu、 Cd、 Pb所需理论锌粉的 2.5倍加入锌粉,搅拌 30min, 温度 60°C, 过滤, 得滤液;
(5) 在净化除杂后, 进行精制处理, 方法为: 净化除杂处理后的滤液 中, 加入 0.005g表面活性剂 SDS;
(6) 蒸氨结晶: 将所得精制液置入蒸氨器中进行蒸氨, 溶液温度 108 V, 蒸氨结晶过程中, 随时检测蒸氨设备内液体锌含量, 当锌含量在 1%时, 在蒸氨设备内加入质量百分含量为 30%的氢氧化钠溶液 2.5ml, 锌质量百分 含量低于 0.3%时,结束蒸氨,得到的乳浊液进行固液分 ,滤饼按液固比 5: 1去离子水洗涤, 洗涤时间 lh,再过滤分离, 得到滤饼;
(7)干燥煅烧:滤饼 105°C干燥,得到粉体,经 200°C马弗炉煅烧 60min, 取样检测, 所制纳米氧化锌平均粒径 23.7nm (XRD线宽法), 质量百分含量 为 99.79%, 比表面积 115m7g。 实施例 3
原料: 西南某钢厂烟尘灰 3 # , 其成分按质量百分比计为:
Zn 15.4% Fe32.53% PbO.67% C25.28% Si 8.67% 碱金属 ( k、 Na) 2.52%
用于制备高纯氧化锌的方法:
(1) 浸取: 取 1000克烟尘灰 3 # , 用 3000ml氨水-碳铵液作为浸取剂进行 浸取; 其中, 所述浸取剂中 NH 3 的摩尔浓度 c(NH 3 )=5.8mol/L, CO/—的摩尔浓度 c(C0 3 2 — )=1.15 mol/L, 分别添加 1.2g氟硅酸钠、 0.3g的表面活性剂 SDS、 3g的 二氰二胺; 在浸取时, 采用球磨, 并保证球磨机内浸出时间为 45分钟, 球磨机 出口物料全部通过 140目筛, 再进行三段搅拌浸取, 各段浸取时间均为 2小时, 固液分离后, 所得锌氨络合液中锌 142.45克 (锌回收率 92.5%) ;
(2)脱碳: 浸取后所得浸取液中氧化锌浓度控制在 56g/L, 进行升温脱碳, 其方法为: 在浸取液中加入 174g熟石灰, 搅拌加热至 95°C, 当 C0 2 浓度 =0. 27mol/L,在前述液体中加入 10. 8g过硫酸铵, 并补加熟石灰 30g继续搅拌脱 碳并发生氧化反应, 直至 c (C0 2 ) =0. 085mol/L, 然后过滤分离;
( 3) 脱钙: 脱碳步骤完成后, 向液体中加入氟化铵, 加入的量为溶液 中 Ca 2+ 理论值的 2. 0倍;
(4) 净化除杂: 加入 4. 3g高锰酸钾搅拌 0. 8h , 加入少量聚丙烯酰胺 溶液 (4mg/L ) 过滤, 滤液按沉淀 Cu、 Cd、 Pb所需硫化钠的理论量的 1. 2 倍加入硫化钠, 温度, 70°C, 搅拌时间 2h,过滤, 滤液加入 KMn0 4 用量为 Fe 量的 3. 5倍, 温度 80°C, 搅拌 lh (检测 Fe、 Mn合格), 过滤, 滤液按置换 Cu、 Cd、 Pb所需理论锌粉的 2. 5倍加入锌粉, 搅拌 30min, 温度 60°C, 过 滤, 得滤液;
( 5) 在净化除杂后, 进行精制处理, 方法为: 净化除杂处理后的滤液 中, 加入 0. 15g表面活性剂 SDS;
( 6) 蒸氨结晶: 将所得精制液置入蒸氨器中进行蒸氨, 溶液温度 108 V , 蒸氨结晶过程中, 加入质量分数为 5%的硬酯酸钠溶液 9ml,随时检测蒸 氨设备内液体锌含量, 当锌含量在 1. 5%时, 在蒸氨设备内加入质量百分含 量为 30%的氢氧化钠溶液 15ml, 锌质量百分含量低于 0. 3%时, 结束蒸氨, 得到的乳浊液进行固液分离, 滤饼按液固比 5: 1去离子水洗涤, 洗涤时间 lh,再过滤分离, 得到滤饼;
( 7 ) 干燥煅烧: 滤饼 105 V干燥, 得到粉体,经 250 V马弗炉煅烧 80min, 取样检测, 所制纳米氧化锌平均粒径 13. 2nm (XRD线宽法), 质量百分含量 为 99. 81%, 比表面积 118m7go 实施例 4
原料: 昆明某钢厂烟尘灰 4 # , 其成分按质量百分比计为:
Zn 9. 7% Fe27. 14% PbO. 85% CdO. 007% C 28% 碱金属 ( k、 Na) 2. 9%
用于制备高纯氧化锌的方法:
( 1 ) 浸取: 取 1000克烟尘灰 4 # , 用 3000ml氨水-碳铵液作为浸取剂进行 浸取; 其中, 所述浸取剂中 NH 3 的摩尔浓度 c (NH 3 ) =6. 2mol/L, CO/—的摩尔浓度 c(C0 3 2 — )=1.0 mol/L, 分别添加 1.35g氟硅酸钠、 0.6g的表面活性剂 SDS、 2.4g 的二氰二胺; 在浸取时, 采用球磨, 并保证球磨机内浸出时间为 80分钟, 球磨 机出口物料全部通过 140目筛,再进行三段搅拌浸取,各段浸取时间 均为 2小时, 固液分离后, 所得锌氨络合液中锌 90.01克 (锌回收率 92.79%) ;
(2)脱碳: 浸取后所得浸取液中氧化锌浓度控制在 52g/L, 进行升温脱碳, 其方法为: 在浸取液中加入 112g熟石灰, 搅拌加热至 96°C, 当 C0 2 浓度 =0.29mol/L, 在前述液体中加入 8g过硫酸铵, 并补加熟石灰 20g继续搅拌脱碳 并发生氧化反应, 直至 c(C0 2 )=0.095mol/L, 然后过滤分离;
(3) 脱钙: 脱碳步骤完成后, 向液体中加入氟化铵, 加入的量为溶液 中 Ca 2+ 理论值的 1.8倍;
(4) 净化除杂: 加入 2.7g高锰酸钾搅拌 0.8h , 加入少量聚丙烯酰胺 溶液 (4mg/L) 过滤, 滤液按沉淀 Cu、 Cd、 Pb所需硫化钠的理论量的 1.2 倍加入硫化钠, 温度, 70°C, 搅拌时间 2h,过滤, 滤液加入 KMn0 4 用量为 Fe 量的 3.5倍, 温度 80°C, 搅拌 lh (检测 Fe、 Mn合格), 过滤, 滤液按置换 Cu、 Cd、 Pb所需理论锌粉的 2.5倍加入锌粉, 搅拌 30min, 温度 60°C, 过 滤, 得滤液;
(5) 精制处理: 在净化除杂后, 进行精制处理, 方法为: 净化除杂处 理后的滤液中, 加入 0.08g表面活性剂 SDS;
(6) 蒸氨结晶: 将所得精制液置入蒸氨器中进行蒸氨, 溶液温度 108 V, 蒸氨结晶过程中, 加入质量分数为 5%的硬酯酸钠溶液 10ml,随时检测蒸 氨设备内液体锌含量, 当锌含量在 1.5%时, 在蒸氨设备内加入质量百分含 量为 30%的氢氧化钠溶液 8ml, 锌质量百分含量低于 0.3%时, 结束蒸氨, 得 到的乳浊液进行固液分离,滤饼按液固比 5: 1去离子水洗涤,洗涤时间 lh, 再过滤分离, 得到滤饼;
(7)干燥煅烧: 滤饼 105°C干燥, 得到粉体,经 20CTC马弗炉煅烧 70min,取样 检测, 所制纳米氧化锌平均粒径 13.8nm (XRD线宽法),质量百分含量为 99.78%, 比表面积 115m7g。