一种以高锌除尘灰制备纳米氧化锌的方法技术

本发明专利技术公开了一种以高锌除尘灰制备纳米氧化锌的方法，将高锌除尘灰溶于硫酸溶液中，经过搅拌、过滤后收集滤液；然后对滤液依次进行除铁，除铜、镉等杂质，得到除杂后的净化液；在净化液中加入碳酸钠溶液，充分反应后对其进行洗涤、过滤，去除其中的硫酸根离子及钠离子后得到前驱体碱式碳酸锌，经烘干后，得到前驱体碱式碳酸锌，最后将前驱体碱式碳酸锌进行煅烧后得到纳米氧化锌。与现有技术相比，本发明专利技术提供的以高锌除尘灰制备纳米氧化锌的方法操作简单，所用各反应原料均是价廉易得的物质，且反应条件温和、能耗低，且所得氧化锌粒径均匀，纯度高达99.0％以上。

Preparation of nanometer Zinc Oxide with high zinc dust ash

The invention discloses a method for preparing nanometer zinc oxide from high zinc dust, which dissolves high zinc dust in sulfuric acid solution, collects filtrate after stirring and filtering, removes iron, copper, cadmium and other impurities in turn, and obtains the purified liquid after removing impurities; adds sodium carbonate solution to the purified liquid, and reacts fully. After washing and filtering, the precursor zinc carbonate was obtained by removing sulfate ion and sodium ion. After drying, the precursor zinc carbonate was obtained. Finally, the precursor zinc carbonate was calcined and nanometer zinc oxide was obtained. Compared with the prior art, the method for preparing nanometer zinc oxide from high zinc dust is simple in operation, the raw materials used are cheap and easy to obtain, the reaction conditions are mild, the energy consumption is low, and the particle size of the obtained zinc oxide is uniform, and the purity is over 99.0%.

【技术实现步骤摘要】
一种以高锌除尘灰制备纳米氧化锌的方法
本专利技术属于冶金资源综合利用领域，具体涉及一种以高锌除尘灰制备纳米氧化锌的方法。
技术介绍
随着我国经济的不断快速增长，锌的消费量也大幅度增长。据有关资料报道，中国是世界上精锌消费量最多的国家，2006～2011年锌的平均消费增速为10.54％，远高于全球平均水平。尽管我国是一个铅锌资源丰富的国家，但人均拥有量却相对贫乏。而钢铁行业含锌粉尘是一种重要的锌再生资源，其来源于主要有高炉粉尘、电炉粉尘和转炉粉尘等。对于这类含锌粉尘，国内已有多家企业采用直接还原脱锌法，如回转窑法、转底炉法、威尔兹工艺等，使锌进一步富集后用作锌冶炼行业的原料。纳米氧化锌比表面积大、活性强，可广泛应用于橡胶、陶瓷、电力电子、饲料、纺织等行业，目前售价约为1.5～1.8万元/吨，若能以高锌除尘灰用来生产纳米氧化锌，将大幅度提高其附加值。目前生产纳米氧化锌的方法主要为湿法工艺，其制备过程复杂，所需药剂种类多，容易产生二次污染物。本专利技术工艺简单、清洁无污染，制备的纳米氧化锌性能指标可达到纳米氧化锌国家标准GB/T19589-004中的1类纳米氧化锌性能指标。
技术实现思路
本专利技术提供了一种以高锌除尘灰制备纳米氧化锌的方法，以湿法工艺制备纳米氧化锌，其工艺简单、能耗低、清洁无污染，制备的纳米氧化锌粒径均匀、纯度较高，且性能指标达到纳米氧化锌国家标准GB/T19589-004中的1类纳米氧化锌性能指标。本专利技术采取的技术方案为：一种以高锌除尘灰制备纳米氧化锌的方法，包括以下步骤：将高锌除尘灰溶于硫酸溶液中，经过搅拌、过滤后收集滤液；然后对滤液依次进行除铁，除铜、镉等杂质，得到除杂后的滤液；在滤液中加入碳酸钠溶液，充分反应后对其进行洗涤、过滤，去除其中的硫酸根离子及钠离子后得到前驱体碱式碳酸锌，经烘干后，得到前驱体碱式碳酸锌，最后将前驱体碱式碳酸锌进行煅烧后得到纳米氧化锌。进一步地，具体包括以下步骤：S1、将高锌除尘灰溶于硫酸溶液中，搅拌反应30～120min，过滤并收集滤液。高锌除尘灰主要成分为锌和铅，并含有铁以及少量的铜、镉等。以硫酸水溶液为浸出剂处理高锌除尘灰并进行过滤，得到的滤渣主要成分为难溶性的硫酸铅；得到的滤液主要成分为可溶性的硫酸锌，并含有少量的铁、铜、镉等杂质离子，此步骤中锌的浸出率可达到94％以上；S2、将步骤S1得到的滤液预热，经碳酸盐溶液调节滤液初始pH＝3，继续恒温10min后，缓慢加入双氧水，反应1h后，缓慢加入碳酸钠溶液调节溶液pH＝5，反应1h后，经过滤得到除铁后的硫酸锌溶液，其中还含有少量的铜、镉等杂质离子，在此过程中铁的去除率可达到99.7％以上；其原理及主要反应如下：高锌除尘灰经硫酸水溶液浸出后，铁是以Fe3+和Fe2+形式始终共存的，主要以Fe2+形式存在。通过添加碱溶液调节浸出液的pH，使其符合针铁矿沉淀的基本条件，其反应式为：Fe3++3OH-＝FeOOH↓+H2O(1)但是针铁矿法不能完全将铁除去，需要用氧化水解法进一步除铁。即用氧化剂将Fe2+氧化为Fe3+，然后水解为Fe(OH)3沉淀除去。考虑到除铁过程中不引入杂质，因此采用双氧水H2O2作为氧化剂时，其反应式为：2Fe2++H2O2+2H+＝2Fe3++2H2O(2)Fe3++3H2O＝Fe(OH)3↓+3H+(3)从以上(1)(2)(3)反应式中可以看出，提高pH值对生成针铁矿沉淀和Fe(OH)3沉淀有利，降低的pH值对Fe2+的氧化有利，而Zn2+水解pH＝5.5附近，因此综合考虑选取除铁的初始pH＝3，终点pH＝5，既可以保证铁的去除率又可避免Zn2+水解生产沉淀。S3、将步骤S2得到的滤液预热，向其中分批次加入锌粉以置换出铜、镉及其他痕量金属离子，每次加入锌粉后搅拌反应30～120min，反应完成后过滤，并收集滤液；此时滤液中的主要成分为硫酸锌，其中铜、镉含量均小于0.0001g/L。主要发生的反应如下：Zn+CuSO4＝Cu↓+ZnSO4(4)Zn+CdSO4＝Cd↓+ZnSO4(5)S4、向步骤S3得到的滤液预热，向其中缓慢加入碳酸盐溶液，并搅拌反应沉淀30～90min，反应完成后过滤，并收集滤饼；滤饼即为前驱体碱式碳酸锌，用水洗涤滤饼直至没有硫酸根存在；主要反应为：3ZnSO4+3Na2CO3+3H2O＝ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O+2CO2+3Na2SO4(6)S5、将步骤S4得到的滤饼烘干，然后于500～800℃煅烧2～8h，即可得到所述纳米氧化锌。主要反应为：ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O＝3ZnO+CO2+3H2O(7)所述步骤S1中，硫酸溶液的浓度为150～230g/L，高锌除尘灰与硫酸溶液的固液比为1:2～1:8，搅拌的速率为200～600r/min。所述步骤S2中，使用浓度为150～230g/L的碳酸钠调节滤液的pH，所述双氧水为工业级，高锌除尘灰与工业级双氧水的比值为1g:0.02～0.08mL。所述步骤S3中，所述锌粉的质量为高锌除尘灰质量的0.2％～1.0％，所述锌粉分两次加入到滤液中，第一次加入锌粉总量的50％～80％，第二次加入锌粉总量的20％～50％。分两次加入锌粉可以最大程度确保铜、镉等杂质的去除率。所述步骤S4中，所述碳酸盐溶液为浓度为150～230g/L的碳酸钠溶液，碳酸盐溶液中碳酸根的物质的量为步骤S3得到的滤液成分中锌的物质的量的1.1～2.2倍。所述步骤S1中控制温度为30～70℃，在该温度范围内时锌的浸出率在94％以上。所述步骤S2中控制温度为30～70℃，在该温度范围内时铁的去除率在99.7％以上，而锌的损失率在5％以下。所述步骤S3中控制温度为60～90℃，预热时间为10min。在该温度范围内，去除铜、镉等杂质离子的净化液中铜、镉等杂质离子含量均在0.0001g/L以内。所述步骤S4中控制温度为60～90℃，预热时间为20～60min。在该温度范围内滴定有利于前驱体碱式碳酸锌的形成。所述步骤S5中，所述烘干的温度和时间为别为105℃、5～10h。根据本专利技术公开的方法制备得到的纳米氧化锌中氧化锌的质量分数≥99.0％，平均粒径为30nm，其各项性能指标均达到纳米氧化锌国家标准GB/T19589-004中的1类纳米氧化锌性能指标。本专利技术提供的以高锌除尘灰制备纳米氧化锌的方法，可成功实现利用Zn≥20％的高锌除尘灰制备纯度高达99.0％以上的纳米氧化锌的目的。与现有技术相比，本专利技术提供的以高锌除尘灰制备纳米氧化锌的方法操作简单，所用各反应原料均是价廉易得的物质，且反应条件温和、能耗低，且所得氧化锌纯度较高，高达99.0％以上。附图说明图1为以高锌除尘灰制备纳米氧化锌的工艺流程图；图2为实施例1中的纳米氧化锌的TEM图；图3为实施例2中的纳米氧化锌的TEM图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1一种以高锌除尘灰制备纳米氧化锌的方法，所述高锌除尘灰主要成分及粒径分布如表1中实施例1、表2中实施例1所示。表1高锌除尘灰主要化学成分，wt％ZnPbFeCuCdAgMn实施例130.52087.922612.68020.03070.11590.02080.0116实施例239.010211.84084.33700.0382本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以高锌除尘灰制备纳米氧化锌的方法，其特征在于，包括以下步骤：将高锌除尘灰溶于硫酸溶液中，经过搅拌、过滤后收集滤液；然后对滤液依次进行除铁，除铜、镉等杂质，得到除杂后的滤液；在滤液中加入碳酸钠溶液，充分反应后对其进行洗涤、过滤，去除其中的硫酸根离子及钠离子后得到前驱体碱式碳酸锌，经烘干后，得到前驱体碱式碳酸锌，最后将前驱体碱式碳酸锌进行煅烧后得到纳米氧化锌。

【技术特征摘要】
1.一种以高锌除尘灰制备纳米氧化锌的方法，其特征在于，包括以下步骤：将高锌除尘灰溶于硫酸溶液中，经过搅拌、过滤后收集滤液；然后对滤液依次进行除铁，除铜、镉等杂质，得到除杂后的滤液；在滤液中加入碳酸钠溶液，充分反应后对其进行洗涤、过滤，去除其中的硫酸根离子及钠离子后得到前驱体碱式碳酸锌，经烘干后，得到前驱体碱式碳酸锌，最后将前驱体碱式碳酸锌进行煅烧后得到纳米氧化锌。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、将高锌除尘灰溶于硫酸溶液中，搅拌反应30～120min，过滤并收集滤液；S2、将步骤S1得到的滤液预热，经碳酸盐溶液调节滤液pH＝3，并向滤液中加入双氧水，反应1h后，经碳酸盐溶液调节pH＝5，反应1h后，过滤，收集滤液；S3、将步骤S2得到的滤液预热，向其中加入分批次加入锌粉，每次加入锌粉后搅拌反应30～120min，反应完成后过滤，并收集滤液；S4、向步骤S3得到的滤液预热，向其中加入碳酸盐溶液，并搅拌反应后沉淀30～90min，反应完成后过滤，并收集滤饼；S5、将步骤S4得到的滤饼烘干，然后于500～800℃煅烧2～8h，即可得到所述纳米氧化锌。3.根据权利要求2所述的以高锌除尘灰制备纳米氧化锌的方法，其特征在于，所述步骤S1中，硫酸溶液的浓度为150～230g/L，高锌除尘灰与硫酸溶液的固液比为1:2～1:8。4.根据权利要求2所述的以高锌除尘灰制备纳米氧化锌的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张耀辉，刘自民，饶磊，李帮平，朱涛，马孟臣，桂满城，
申请(专利权)人：马鞍山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34