濕化學法制取高純度活性氧化鋅的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種濕化學法制取高純度活性氧化鋅的方法，包括將原料鋅礦用硫酸浸出，加入過量高錳酸鉀氧化除雜，鋅粉除雜，高錳酸鉀二次氧化制得精制硫酸鋅溶液；向精制硫酸鋅溶液加入純堿溶液進行中和，至pH值為6.8，升溫至75℃，持續(xù)攪拌反應1小時，游離堿為0.4%~0.5%時結束反應。固液分離，液體可回收硫酸鈉或硫酸銨，固體用水洗去硫酸鹽和過量堿后烘干，焙燒。本發(fā)明在原有工藝基礎上增加了控制環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)工藝中僅使用pH和溫度作為控制手段，在具體指導生產環(huán)節(jié)中發(fā)現不能有效的控制最終的產品質量，因此在加入對產品中間產物和原料的相對密度控制后不僅將產品的成品率大幅提升，并能生產的活性氧化鋅純度大于99%，同時具備了高比表面積、低堆積體積。
【專利說明】濕化學法制取高純度活性氧化鋅
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種濕法冶金的方法，特別涉及一種濕化學法制取高純度活性氧化鋅的方法。
【背景技術】
[0002]活性氧化鋅是一種白色或微黃色球形微細粉末，相對密度為5.47。熔點1975°C(5268.9千帕)，加熱至1800°C升華，高溫時呈黃色，冷卻時恢復白色，無臭，無味，是一種兩性氧化物。難溶于水和醇，能溶于酸、堿金屬氫氧化物，氨水、碳酸銨和氯化銨溶液，在空氣中能慢慢吸收二氧化碳和水生成碳酸鋅。
[0003]是一種多功能性的新型無機材料，其顆粒大小約在I~100納米。由于晶粒的細微化，其表面電子結構和晶體結構發(fā)生變化，產生了宏觀物體所不具有的表面效應、體積效應、量子尺寸效應和宏觀隧道效應以及高透明度、高分散性等特點。據資料記載，已發(fā)現它在催化、光學、磁學、力學等方面展現出許多特殊功能，使其在陶瓷、化工、電子、光學、生物、醫(yī)藥等許多領域有重要的應用價值，具有普通氧化鋅所無法比較的特殊性和用途。
[0004]顆粒小、比表面積大、活性高，易分散在橡膠或膠乳中，主要用作天然橡膠，合成橡膠及膠乳的硫化活性劑、補強劑，也用作白色膠的著色劑和填充劑、氯丁橡膠的硫化劑。加入后，能使橡膠具有良好的耐磨性，耐撕裂性和彈性。在天然橡膠，合成橡膠中替代間接法氧化鋅和直接法氧化鋅，不僅物理機械性能和工藝性能穩(wěn)定，而且用量可以減少20% — 50%。還在紡織領域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌劑、熒光材料、光催化材料等。由于活性氧化鋅一系列的優(yōu)異性和十分誘人的應用前景，因此研發(fā)活性氧化鋅已成為許多科技人員關注的焦點。
[0005]氧化鋅的制備方法 分為三類:即直接法(亦稱美國法)、間接法(亦稱法國法)和濕化學法，許多市售氧化 鋅多為直接法或間接法產品，粒度為微米級，比表面積較小，這些性質大大制約了它們的應用領域及其在制品中的性能。由于工藝的制約，活性氧化性在生產過程中很難兼顧高純度、高比表面積、低堆積體積的物理特性，因此，國家對于氧化鋅的產品質量標準定為合格品純度95%~98%，比表面積≥35 m2.g4，堆積密度≤0.40g.cm—1 ; —等品純度95%~98%，比表面積≥45m2.g'堆積密度≤0.35g.cnT1，因此高純度、高比表面積、低堆積體積的活性氧化鋅依 靠目前的產業(yè)化生產線成品率不高，特殊的生產工藝成本過高，在一定程度上制約著行業(yè)的發(fā)展。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種濕化學法制取高純度活性氧化鋅的方法，具有較高的成品率，可以工業(yè)化生產高純 度、高比表面積、低堆積體積的活性氧化鋅。
[0007]為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種濕化學法制取高純度活性氧化鋅的方法，包括以下步驟:
(I)酸性浸出:將原料鋅礦用硫酸 浸出，制得粗制硫酸鋅溶液；(2)除雜精制:將步驟(1)中制得的粗制硫酸鋅溶液加熱至80°C~90°C時加入過量高錳酸鉀，氧化除雜，過濾后調整溶液PH值為5.2，然后加熱至80°C，用過量鋅粉除雜，過濾后調整溶液PH值為5.4，再加溫至80°C~90°C用高錳酸鉀二次氧化后制得精制硫酸鋅溶液；
(3)中和反應:將步驟(2)中的精制硫酸鋅溶液輸入中和反應器中，調整相對密度為
1.16，攪拌升溫至40°C~43°C，加入純堿溶液進行中和，直至pH值為6.8，停止加料升溫至750C，持續(xù)攪拌反應I小時，當游離堿為0.4%~Ο.5%時，結束反應。
[0008](4)產品分離:將固液分離，液體可回收硫酸鈉或硫酸銨，固體用水洗去硫酸鹽和過量堿后烘干，控制烘干溫度為250°c ~30(rc，烘干至含水量< 4%。
[0009](5)焙燒:將步驟(4)中烘干后物料進行焙燒，溫度500°C~550°C。
[0010]優(yōu)選的，所述步驟(1)為55%~60%的硫酸中攪拌加入原料鋅礦，直至溶液pH值為4.5~5.0，加水調節(jié)溶液相對密度為1.394~1.422。
[0011]優(yōu)選的，所述步驟(2)中除雜用高錳酸鉀和鋅粉的使用量可以根據檢測分析結果使用準確用量。
[0012]優(yōu)選的，所述步驟(3)中純堿水溶液的相對密度為1.16。
[0013]優(yōu)選的，所述原料鋅礦為次氧化鋅或氧化型鋅礦或鋅渣或鋅灰。
[0014]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明在原有工藝基礎上增加了控制環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)工藝中僅使用PH和溫度作為控制手段，在具體指導生產環(huán)節(jié)中發(fā)現不能有效的控制最終的產品質量，因此在加入對產品中間產物和原料的相對密度控制后不僅將產品的成品率大幅提升，并能生產的活性氧化鋅純度大于99%，同時具備了高比表面積、低堆積體積。
【具體實施方式】
[0015]下面結合實施例，對本發(fā)明做進一步說明，應當理解實施例用來理解本發(fā)明，并不限制限定本發(fā)明。
[0016]實施例1:
將次氧化鋅用硫酸浸出，制得粗制硫酸鋅溶液；將粗制硫酸鋅溶液加熱至80°C時加入過量高錳酸鉀，氧化除雜，過濾后調整溶液PH值為5.2，然后加熱至80°C，用過量鋅粉除雜，過濾后調整溶液PH值為5.4，再加溫至80°C用高錳酸鉀二次氧化后制得精制硫酸鋅溶液；將精制硫酸鋅溶液輸入中和反應器中，調整相對密度為1.16，攪拌升溫至40°C，加入純堿溶液進行中和，直至PH值為6.8，停止加料升溫至75V，持續(xù)攪拌反應I小時，當游離堿為0.4%時，結束反應，將固液分離，液體可回收硫酸鈉或硫酸銨，固體用水洗去硫酸鹽和過量堿后烘干，控制烘干溫度為250°C，烘干至含水量< 4%，將烘干后物料進行焙燒，溫度500。。。
[0017]使用EDTA標準滴定測定活性氧化鋅純度為98.7%，參照HG/T2572— 94中試驗方法測定活性氧化鋅的堆積密度為0.34g μπΤ1，參照HB — Τ2922中試驗方法測定活性氧化鋅的比表面積為46.7m2.Ρ，產品各項指標均優(yōu)于活性氧化鋅產品質量標準(HG/r2572~94)中一等品的標準。
[0018]實施例2:
實施步驟同實施例1，所不同僅在于使用原料鋅礦為鋅渣，酸性浸出過程中將鋅渣邊攪拌邊加入60%的硫酸中，直至溶液pH值為5.0，加水調節(jié)溶液相對密度為1.394制得粗制硫酸鋅溶液；將粗制硫酸鋅溶液加熱至90°C時加入過量高錳酸鉀，氧化除雜，過濾后調整溶液PH值為5.2，然后加熱至80°C，用過量鋅粉除雜，過濾后調整溶液pH值為5.4，再加溫至90°C用高錳酸鉀二次氧化后制得精制硫酸鋅溶液；將精制硫酸鋅溶液輸入中和反應器中，調整相對密度為1.16，攪拌升溫至41°C，加入純堿溶液進行中和，直至pH值為6.8，停止加料升溫至75°C，持續(xù)攪拌反應I小時，當游離堿為0.5%時，結束反應，將固液分離，液體可回收硫酸鈉或硫酸銨，固體用水洗去硫酸鹽和過量堿后烘干，控制烘干溫度為300°C，烘干至含水量< 4%，將烘干后物料進行焙燒，溫度550°C。
[0019]使用EDTA標準滴定測定活性氧化鋅純度為99.1%，參照HG/T2572— 94中試驗方法測定活性氧化鋅的堆積密度為0.35g μπΤ1，參照HB — Τ2922中試驗方法測定活性氧化鋅的比表面積為45.7m2.Ρ，產品各項指標均優(yōu)于活性氧化鋅產品質量標準(HG/r2572~94)中一等品的標準。
[0020]實施例3:
實施步驟同實施例1，所不同僅在于使用原料鋅礦為鋅灰，除雜用高錳酸鉀和鋅粉的使用量可以根據檢測分析結果使用準確用量，投加時略過量，用碘化鉀~淀粉檢驗，堿水溶液的相對密度也為1.16，游離堿的量為5%，本實施例中所列舉到的指標為實際生產中，生產成本較低而產率較高的情況，使用EDTA標準滴定測產品定活性氧化鋅純度為99.4%，參照HG/T2572—94中試驗方法測定活性氧化鋅的堆積密度為0.32g.cnT1，參照HB — T2922中試驗方法測定活性氧化鋅的比表面積為47.7m2.g—1，產品各項指標均優(yōu)于活性氧化鋅產品質量標準(HG/r2572~94)中一等品的標準。
[0021]應該指出的是上述三個實施例以點值作為具體實驗過程中的說明，在實際生產中某些生產環(huán)節(jié)的控制應該為一個較寬的范圍值，具體的說為:(1)將原料鋅礦用硫酸浸出，制得粗制硫酸鋅溶液，更優(yōu)的是向55%~60%的硫酸中攪拌加入原料鋅礦，直至溶液pH值為
4.5~5.0，加水調節(jié)溶液相對密度為1.394~1.422 ；
(2)制得的粗制硫酸鋅溶液加熱至80°C~90°C時加入過量高錳酸鉀，氧化除雜，過濾后調整溶液PH值為5.2，然后加熱至80°C，用過量鋅粉除雜，過濾后調整溶液pH值為5.4，再加溫至80°C~90°C用高錳酸鉀二次氧化后制得精制硫酸鋅溶液；
(3)精制硫酸鋅溶液輸入中和反應器中，調整相對密度為1.16，攪拌升溫至400C ^430C，加入純堿溶液進行中和，直至pH值為6.8，停止加料升溫至75°C，持續(xù)攪拌反應I小時，當游離堿為0.4%~Ο.5%時，結束反應。
[0022]( 4)將固液分離，液體可回收硫酸鈉或硫酸銨，固體用水洗去硫酸鹽和過量堿后烘干，控制烘干溫度為250°C~300°C，烘干至含水量≤4%。
[0023](5)烘干后物料進行焙燒，溫度500°C~550°C。
[0024]除雜用高錳酸鉀和鋅粉的使用量可以根據檢測分析結果使用準確用量，從而控制生產成本和反應時間。為了能更好取得較小的低堆積體積和較高的比表面積純堿水溶液的相對密度為1.16，選擇游離堿為0.5%時，結束反應，焙燒時盡量維持一個穩(wěn)定的溫度。發(fā)明人要求保護的區(qū)間為比較合理的生產范圍，超出這個范圍也可以生產但是產率和生產投入會相應增大，或者產品特性會受到影響。
[0025]本發(fā)明使用的原料鋅礦可以是次氧化鋅或氧化型鋅礦或鋅渣或鋅灰，本發(fā)明在原有工藝基礎上增加了控制環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)工藝中僅使用PH和溫度作為控制手段，在具體指導生產環(huán)節(jié)中發(fā)現不能有效的控制最終的產品質量，因此在加入對產品中間產物和原料的相對密度控制后不僅將產品的成品率大幅提升，并能生產的活性氧化鋅純度大于99%，同時具備了高比表面積、低堆積體積。[0026]以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實例。應當指出對于本領域的普通技術人員來說，在本發(fā)明所提供的技術啟示下，作為本領域的公知常識，還可以做出其它等同變型和改進，也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種濕化學法制取高純度活性氧化鋅的方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: (1)酸性浸出:將原料鋅礦用硫酸浸出，制得粗制硫酸鋅溶液； (2)除雜精制:將步驟(1)中制得的粗制硫酸鋅溶液加熱至80°C~90°C時加入過量高錳酸鉀，氧化除雜，過濾后調整溶液PH值為5.2，然后加熱至80°C，用過量鋅粉除雜，過濾后調整溶液PH值為5.4，再加溫至80°C~90°C用高錳酸鉀二次氧化后制得精制硫酸鋅溶液； (3)中和反應:將步驟(2)中的精制硫酸鋅溶液輸入中和反應器中，調整相對密度為1.16，攪拌升溫至40°C~43°C，加入純堿溶液進行中和，直至pH值為6.8，停止加料升溫至750C，持續(xù)攪拌反應1小時，當游離堿為0.4%~0.5%時，結束反應； (4)產品分離:將固液分離，液體可回收硫酸鈉或硫酸銨，固體用水洗去硫酸鹽和過量堿后烘干，控制烘干溫度為250°C~300℃，烘干至含水量≤4%; (5)焙燒:將步驟(4)中烘干后物料進行焙燒，溫度500°C~550°C。
2.根據權利要求1所述一種濕化學法制取高純度活性氧化鋅的方法，其特征在于:所述步驟(1)為55%~60%的硫酸中攪拌加入原料鋅礦，直至溶液pH值為4.5~5.0，加水調節(jié)溶液相對密度為1.394~1.422。
3.根據權利要求1所述一種濕化學法制取高純度活性氧化鋅的方法，其特征在于:所述步驟(2)中除雜用高錳酸鉀和鋅粉的使用量可以根據檢測分析結果使用準確用量。
4.根據權利要求1所述一種濕化學法制取高純度活性氧化鋅的方法，其特征在于:所述步驟(3)中純堿水溶液的相對密度為1.16。
5.根據權利要求1所述一種濕化學法制取高純度活性氧化鋅的方法，其特征在于:所述原料鋅礦為次氧化鋅或氧化型鋅礦或鋅渣或鋅灰。
【文檔編號】C01G9/02GK103880063SQ201410094319
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權日:2014年3月14日
【發(fā)明者】何志祥 申請人:玉門市新藍天金屬再生利用有限公司