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发表于 2008-10-6 10:02:35
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这个问题困扰另外我好久,但目前还是没有解决,上次看见论坛另一个兄弟也在问这个问题,我把查到的资料拿出来,分享一下,还是希望高手指点。
一、氧化锌的生产方法
1)直接法:用锌精矿为原料,经高温氧化焙烧再加煤还原为锌蒸气,锌蒸气与热空气氧化得氧化锌。现在主要用的原材料为锌矿石,锌灰等.一般有以下几种窑炉结构:
(一)平窑.高温氧化焙烧过程在一用耐火转建的立方体窑炉里面,炉渣从窑下面漏掉.原料:锌矿石,锌灰,要求锌含量30%以上.产量:炉体6平方左右的每天2到3吨左右.含量在85%-99%之间.设备投资40万左右.优点:由于是用无烟煤烧制,氧化锌颜色好,硫根,氯根含量低.原材料充沛,产品销路广.
(二)转窑.高温焙烧过程在一倾斜20度左右长度40米左右的圆形铁筒里,从上方加料,下方出渣,蒸气收集氧化成氧化锌.原料:各种工业含锌废渣,一般含锌量16%以上就可以用,产量圆形铁筒一米左右的每天10吨货左右,含量在55%-92%之间,设备投资60万左右.优点:原材料要求不高,回收率高.产量高.氧化锌颜色有的发黄,有的发灰.硫根氯根含量高.一般作为原材料用于别的行业.(三)烟化炉.具体生产工艺不详.原料:工业含锌废渣,一般含锌量14%以上,产量每天20吨,含量在45-80%.设备投资100万.优点:回收率高,产量高.氧化锌颜色微黄色或灰色.生产工控制好的话硫根氯根不高.
2.间接法:把锌锭熔入蒸发坩锅内,加热后气化遇空气氧化经过冷卻用布袋捕集得到成品.产量每天5吨左右.含量99.7%,不过现在也有用锌渣自己炼成锌块代替锌锭,生产的氧化锌含量在99.5左右.设备投资40万.优点:产品含量高,产量高,工艺容易控制.氧化锌为白色微黄.活性好.不过由于原材料为锌锭,价格随锌锭价格起伏变化较大.
3.化学法:次氧化锌、氨水与碳酸氢铵,按1(有效锌)∶8∶1~1.5(重量比)配比投放在浸取槽中,加热至50℃~80℃进行反应,调节PH值后除去杂质.蒸发5~8小时,而得碱式碳酸锌沉淀液固混合物,分解的氨气用吸收后,经氨循环系统导至工序(1)的浸取槽内循环利用,获得的碳酸锌经甩干,焙烧得到含量99.8%左右的氧化锌.原料:转窑或烟化炉生产的次氧化锌或别的低含量氧化锌.产量:每天4吨左右.设备投资100万.优点:产品纯度好,含铅,镉,坤等杂质少.由于次氧化锌都含有一定量的铅,生产过程中的废铅泥也可抵消部分生产成本.稳定的原料和开拓市场要掌握好.由于生产过程中氨气循环利用,也称为氨法生产氧化锌工艺.
二、工业级和饲料级氧化锌说明
工业级和饲料级氧化锌又称:煅烧法氧化锌.白色微黄或淡黄色粉末.,分为工业级和饲料级两类。工业级氧化锌含杂质量低,堆积比重大,比表面积大,多适合于瓷釉、橡胶等行业主要规格有98%、 98.5%、99%、99.5%等,年产量5000吨。饲料级氧化锌具有锌含量高,铅、镉、砷含量低的优点,含量分95%和99%两种,年产量4000吨。 最适合用于制造高级陶瓷、瓷砖、马赛克、卫浴用瓷器及搪瓷品。尤适用于制造釉及制造玻璃之熔剂,并作橡胶生产的活性剂,饲料添加剂中作促进动物生长的微量元素。
三、某饲料级氧化锌说明
分子式:ZnO 分子量:81.39 性 状:白色或微黄色粉末,密度5.606,熔点1975℃,是一种两性氧化物,不溶于水或乙醇,溶于酸碱溶液。高温时呈黄色,冷却后恢复白色。特 点: 1、 成本低,氧化锌与其他锌源相比,单位锌的成本明显低,利于校低饲料添加剂成本,添加量相当于一水硫酸锌的44%,七水硫酸锌的28%。 2、氧化锌为干性粉状锌源,在饲料中稳定性好,不含水,不结块,不变性,便于饲料加工和长期贮存,对饲料中维生素影响小。 3、氧化锌作锌源,比其他锌更易被动物吸收,补锌效果好。
四 某研究报告氧化锌矿制备饲料级氧化锌的工艺研究
摘 要:研究了以氧化锌矿为原料,经酸浸、净化、沉锌、过滤、洗涤、干燥制得中间产物碱式碳酸锌,碱式碳酸锌经煅烧制备饲料级氧化锌的新工艺。重点考察了制备工艺中酸浸、除杂条件以及煅烧温度和时间对产品质量的影响。该研究属全湿法制备饲料级氧化锌新工艺,具有原料价廉易得、适应性强、生产成本低等优势,制备的产品质量可达到HG/T 2792-1996饲料级氧化锌一级品标准,该法充分利用了低品位的锌资源具有较好的应用前景。关键词:氧化锌矿; 酸浸 ; 净化; 煅烧 ;饲料级氧化锌 饲料级氧化锌是一种重要的饲料添加剂,为白色或淡黄色六角形细微粉末。与饲料级一水硫酸锌和七水硫酸锌等含锌饲料添加剂相比,饲料级氧化锌具有无味、无毒、质细腻、微量元素锌含量高、产品精细等特点,其生物学利用率高,是良好的锌来源。氧化锌与其他锌源相比,单位锌的成本明显低,利于降低饲料添加剂成本,添加量相当于一水硫酸锌的44%,七水硫酸锌的28%。研究表明,来自饲料氧化锌的锌2000~3000mg/kg对仔猪具有促生长和抗菌作用,增加到一定的合理量,可替代抗生素的作用。因此,饲料氧化锌作为饲料微量元素锌的良好添加剂及部分抗生素的替代品,必将有一个美好的市场前景[1~3]。本文以氧化锌矿为原料,经酸浸、净化、沉淀转化、过滤、洗涤、干燥、煅烧等工序,制备了符合HG/T 2792-1996(一等品)标准的饲料级氧化锌。 1 实验部分 1.1 实验原料及实验仪器: 1.1.1本实验的主要原料为氧化锌矿、硫酸、碳酸钠、无离子水等,氧化锌矿主要化学组成见表1。表1 氧化锌矿的主要化学组成元素 Zn Pb Fe SiO2 Cu As Cd 含量/% 57.3 4.62 2.34 0.63 1.05 0 0.56 1.1.2本实验的主要仪器有:1000ml三口烧瓶、磁力搅拌器、布氏漏斗、恒温水浴、恒温干燥箱、马弗炉等。 1.2 实验原理及步骤 1.2.1 锌的浸出取100g锌矿粉,加入装有一定量硫酸的1000ml三口烧瓶中,80℃下恒温搅拌2h,过滤去渣。原料中主要元素多以氧化物形式存在,金属氧化物发生以下反应: MOn/2 + nH+ → Mn+ + n/2 H2O 在酸浸过程中除Zn以外,Pb、Fe、Si、Cu、Cd等杂质元素也大量被浸出,浸出液的组成及含量见表2:表2 浸出液的组成及含量元素 Zn Pb Fe SiO2 Cu As Cd 含量/ (g/L) 110.5 0.35 0.48 0.02 0.19 0.00 0.08 根据浸出液的组成,本实验控制一定的pH值采用KMnO4氧化水解除Fe,除Fe过程中,SiO2也通过共沉淀、吸附等方式除去,Pb、Cu、Cd则通过锌粉置换除去。具体过程如下: ① 氧化水解除铁 将浸出液加入1000ml三口烧瓶中,80℃恒温搅拌下缓慢加入KMnO4溶液,搅拌反应2h,控制溶液pH值至5~5.5,在室温下静置陈化3h,这时Fe3+发生反应生成Fe(OH)3沉淀而被除去,反应式如下: 5Fe2+ + MnO4- + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O Fe3++ 3H2O → Fe(OH)3 ↓+ 3H+ ② 置换 由于浸出液中的重金属杂质Pb、Cu、Cd的存在将严重地影响饲料级氧化锌产品的质量,因此必须除去这些杂质离子。本实验采用锌粉置换法来除去溶液中的Pb、Cu、Cd等杂质,同时又不会引入新的杂质,具体步骤如下:将去Fe滤液加入1000ml三口烧瓶中,在75℃恒温下分两段加入锌粉进行置换净化, 为确保杂质净化彻底采用锌粉总用量为理论量的3~4倍,每段反应时间20~30min,置换反应方程式如下: Me2++ Zn → Zn2+ + Me (Me=Cd、Cu、Pb) 1.2.3 沉淀反应沉淀反应的目的是将ZnSO4转化为碱式碳酸锌,直接沉淀法是湿法制备ZnO的一种重要化学方法,它是在可溶性盐溶液中加入沉淀剂,在一定的反应条件下形成不溶性的氢氧化物或碳酸盐类从溶液中析出,经热分解得到ZnO的一种新工艺[4]。本实验采用碳酸钠作沉淀剂,生产成本较低,便于实现工业化,反应式如下[5~6]: 3Na2CO3+3ZnSO4+3H2O→3Na2SO4+ZnCO3•2Zn(OH)2•H2O↓+ 2CO2 1.2.4 洗涤、干燥与煅烧将沉淀反应的产物碱式碳酸锌转入布氏漏斗进行固液分离,每次采用200ml无离子水洗涤滤饼,洗涤两次后将滤饼取出放置在恒温烘箱设定干燥温度在110~130℃烘干2h,以去掉滤饼中的游离水,滤液返回原料制备阶段用于氧化锌矿的化浆。滤饼烘干后置于马弗炉中,在800~900℃煅烧4h得到饲料级氧化锌产品。 2 结果与讨论 2.1 净化结果分析经过酸浸和净化工艺后,ZnSO4溶液的杂质含量已经很低(见表3),结果表明本实验工艺的净化效果比较理想。饲料级氧化锌产品对重金属杂质的含量(Pb、Cd、Cu等)控制相当严格,因此原料液的净化是否彻底将很大程度上影响最终产物的质量。本实验采用氧化KMnO4氧化水解除Fe和锌粉两次置换除Pb、Cd、Cu,控制合适的工艺条件,较好地将原料浸取液中的重金属杂质除去,从而可提高饲料级氧化锌产品的等级。表3 精制ZnSO4溶液中主要杂质的含量(mg/L) 元素 Pb Fe Cu As Cd 含量 0.04 0.08 0.01 0.00 0.01 2.2干燥、煅烧及产品性能干燥及煅烧条件的确定对饲料级氧化锌产品质量的影响很大。在实验过程中,将脱水后的滤饼置入110~130℃恒温干燥箱中干燥2h,确保碱式碳酸锌中的水分≤1%。如果水分含量太高,势必延长煅烧时间来蒸发多余的水分,这将导致产品有过烧的现象。将干燥合格的碱式碳酸锌放置到马弗炉内,分别选择不同的煅烧温度和煅烧时间进行条件对比实验,得到了如表4所示的一组数据。表4 煅烧温度和煅烧时间的影响序 号 煅烧温度(℃) 煅烧时间(min) ZnO(%) 产品外观 1 500 180 91.21 白色 2 500 240 92.15 白色 3 600 180 94.31 白色 4 600 240 94.58 白色 5 800 180 96.42 浅黄 6 800 240 96.73 浅黄 7 900 180 97.39 黄色 8 900 240 97.56 黄色 9 1000 180 98.50 黄褐色 10 1000 240 98.65 黄褐色 11 1200 180 98.75 黄褐色 12 1200 240 98.86 黄褐色实验过程中分别选取从500~1200℃的温度段和从180~240min的时间段进行对比,其结果见表4。由表4可知,不同的煅烧温度和煅烧时间对产品的主含量及外观影响很大。煅烧温度过低和煅烧时间过短会将导致产品的主含量不合格(如表4序号1~4),这是由于煅烧温度过低和煅烧时间过短,产品没有完全烧透,部分碱式碳酸锌没有完全转化为氧化锌因此主含量不合格。随着煅烧温度的升高和煅烧时间的延长产品的主含量逐渐升高,但是当温度升高到800℃以上甚至超过1000℃时(如表4序号9~12)产品的主含量变化趋势并不明显,反而将导致产品的外观色泽加深,并且高温下煅烧势必消耗大量热能这将导致产品能耗增加影响制造成本,不利于实现工业化[7~9]。因此确定本实验的煅烧条件为:煅烧温度800℃,煅烧时间240min。在此条件下制备的产品(前提:浸取液彻底除杂)质量指标与部颁标准HG/T 2792-1996的比较见表5。表5 本实验制备的产品质量指标与部颁标准比较指标类别 指标值 ZnO含量(%) 含锌量 (%) PbO含量(%)≤ Cd含量(%)≤ As含量(%)≤ 细度(通过100μm试验筛)%≤ 部颁标准(一等品) 99.3 79.8 0.005 0.001 0.001 99.5 本实验样品实测指标 99.5 80.0 0.004 0.001 0.000 99.8 2.3 三废治理本实验过程中产生的主要废渣有浸取液过滤时产生的金属氧化物杂质,可回收用于制造重金属无机盐;过滤母液主要成分为硫酸钠,杂质含量低,pH在7左右,可通过蒸发浓缩得到芒硝产品;滤饼洗涤水可回收用于锌矿粉的化浆,多余洗水不含其它杂质,可通过调节pH值到7左右,达到国家污水综合排放标准GB8978-1996,实现达标排放。 3 结 论 3.1以氧化锌矿为原料,采用硫酸浸取、碳酸钠沉锌制备饲料级氧化锌产品的工艺路线是可行的。 3.2 重金属杂质采用锌粉置换,控制锌粉用量为理论量的3~4倍,分两段除杂,可以较彻底地除去Pb、Cd、Cu等杂质。 3.3 煅烧温度控制在800℃,煅烧时间控制在4h,可制备主含量在99.5%以上的饲料级氧化锌产品,经分析检测本实验样品,其主要技术指标均达到了部颁标准HG/T2792-1996饲料级氧化锌一级品要求。
根据以上资料,我这样推论:
1、 颜色的差异可能来自锻烧时间和温度,而增加锻烧时间和温度可增加ZnO的纯度。
2、 密度的差异可能来自工艺的不一样,看见多个公司的饲料级ZnO密度大多说是5.606,也就是重质的;而轻质氧化锌可能通过特殊方法处理,如纳米化,细度大大增加,密度大大降低,目的是在陶瓷和橡胶等工业中应用可降低40%左右的使用量。但如果两者粒度差不多就很难解释了。
3、 质量的最终标准来自于ZnO和重金属的含量,而不是外观。但由于用于工业和饲料的ZnO对重金属要求不同,因此轻质ZnO的Pb、Cs和Cd含量可能更高。
4、 另外看见很多轻质ZnO都标明是间接法生产。因此有可能轻质氧化锌多时间接法生产,而重质多是锻烧法生产。 |
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