一种利用锌的再生资源制备高纯度氧化锌的方法技术

本公开涉及一种制备高纯度氧化锌的方法，包括浸提步骤、反络合结晶步骤、漂洗步骤、干燥煅烧步骤。本公开首次实现了通过碳酸锌铵作为中间体制备高纯度氧化锌的工艺，利用碳酸锌铵的抗水性解决了湿法氧化锌工艺过程中夹带水溶物影响产品纯度的问题；利用锌的再生资源制备高纯度氧化锌，在实现资源化利用的同时解决生产过程造成的环境问题，工艺简便易行，成本低廉。

A method of preparing high purity zinc oxide by using the renewable resources of zinc

【技术实现步骤摘要】
一种利用锌的再生资源制备高纯度氧化锌的方法
本专利技术属于资源综合利用及精细化工的综合
，涉及锌的再生资源的资源化利用及环境治理。
技术介绍
锌作为重要的工业原料，在钢铁、冶金、机械、电气、化工、轻工、军事和医药等领域有广泛用途。但是，根据调查情况，我国的锌资源探明储量并不丰富，具经济开采价值的锌矿总量不足。再生锌资源是发展循环产业的关键，对再生锌资源的充分利用将有助于缓解锌矿资源短缺的问题。目前再生锌资源的利用技术还存在很多不足，再生锌资源伴随的锌以外的其他成分复杂，甚至含有有毒有害成分，处理难度大，处理工艺成本高，难以经济有效地获得高纯度、高价值的锌产品。氧化锌是锌的一种氧化物。难溶于水，可溶于酸和强碱。氧化锌是一种常用的化学添加剂，广泛地应用于塑料、硅酸盐制品、合成橡胶、润滑油、油漆涂料、药膏、粘合剂、食品、电池、阻燃剂等产品的制作中。氧化锌的能带隙和激子束缚能较大，透明度高，有优异的常温发光性能，在半导体领域的液晶显示器、薄膜晶体管、发光二极管等产品中均有应用。氧化锌的生产工艺主要分湿法、火法和间接法三大类。高纯度氧化锌产品要求氧化锌含量大于或等于99.7％(I型)，或大于或等于99.5％(III型)。目前能达到高纯度氧化锌国家标准的产品，其制备工艺主要为间接法，该工艺通过纯金属锌的高温氧化制备氧化锌，成本很高。火法氧化锌产品传统上称为次氧化锌，属于氧化锌中的低端产品，并且其生产过程造成的污染很大。湿法工艺在产品粒径与重金属杂质元素控制上有一定优势，但受工艺中沉淀过程夹带水溶性杂质的影响，产品中氧化锌纯度的进一步提升遇到瓶颈，生产中难以稳定地得到符合高纯度氧化锌标准的产品。如何通过湿法，特别是直接利用锌的再生资源为起始原料制备高纯度氧化锌，是技术中需要解决的问题。
技术实现思路
专利技术要解决的问题现有技术中火法、湿法生产氧化锌难以控制杂质含量，无法稳定生产高纯度氧化锌，而间接法生产高纯度氧化锌需要纯金属锌作为原料，成本很高。另一方面，需要通过对再生锌资源的利用填补锌原料的供应短缺，但现有的工艺对再生锌资源的处理效果不佳。本公开通过对处理工艺的改进，解决现有技术中一方面或几方面的问题。用于解决问题的方案为解决现有技术存在的问题，本公开提供一种制备高纯度氧化锌的方法，包括以下步骤：浸提步骤：将含锌原料与浸提剂混合，搅拌进行浸提，然后过滤除去滤渣，将得到的滤液作为浸出液，对所述浸出液进行净化处理；反络合结晶步骤：向净化后的浸出液中通入二氧化碳进行结晶，然后过滤，收集结晶析出的碳酸锌铵固体；漂洗步骤：用水漂洗所述碳酸锌铵固体；干燥煅烧步骤：将漂洗后的碳酸锌铵干燥，煅烧，得到高纯度氧化锌；其中，所述浸提剂为氨和碳酸氢铵的混合水溶液，或氨和碳酸铵的混合水溶液，或氨、碳酸氢铵和碳酸铵的混合水溶液。在本公开进一步的实施方案提供的制备高纯度氧化锌的方法中，所述浸提剂中总氨的质量浓度为2％-15％。在本公开进一步的实施方案提供的制备高纯度氧化锌的方法中，所述浸提步骤得到的浸出液中的锌元素浓度为20-80g/L。在本公开进一步的实施方案提供的制备高纯度氧化锌的方法中，在所述反络合结晶步骤中，向净化后的浸出液中通入二氧化碳直至反应液中剩余的锌元素的浓度低于0.1g/L后进行过滤。在本公开进一步的实施方案提供的制备高纯度氧化锌的方法中，在所述反络合结晶步骤中，所述反络合结晶步骤在20-80℃的结晶温度下进行。在本公开进一步的实施方案提供的制备高纯度氧化锌的方法中，在所述反络合结晶步骤中，在通入二氧化碳之前，先向所述净化后的浸出液中添加表面活性剂。在本公开进一步的实施方案提供的制备高纯度氧化锌的方法中，在所述反络合结晶步骤中，进行反应结晶的时间为10-30分钟。在本公开进一步的实施方案提供的制备高纯度氧化锌的方法中，在所述反络合结晶步骤中，按照气相与液相体积比为0.3-3:1的量向净化后的浸出液中通入二氧化碳。在本公开进一步的实施方案提供的制备高纯度氧化锌的方法中，所述高纯度氧化锌的纯度高于99.5％，粒径小于100nm。在本公开进一步的实施方案提供的制备高纯度氧化锌的方法中，所述含锌原料为再生锌原料。专利技术的效果本公开实现了以下一方面或多方面的有利技术效果：1)首次实现了通过碳酸锌铵作为中间体制备高纯度氧化锌的工艺，利用碳酸锌铵的抗水性解决了湿法氧化锌工艺中沉淀过程夹带水溶物影响终产品纯度的问题。2)本公开的工艺没有使用传统湿法工艺的蒸氨过程，而是通过改变锌氨络离子的络合环境而结晶出碳酸锌铵，进而由碳酸锌铵分解得氧化锌，本工艺的结晶过程避免了蒸氨过程重金属杂质的共结晶，避免了蒸氨工艺的高能耗弊端，也防止了夹带其他水溶性杂质，有效地提高了氧化锌产品的纯度，改善了生产高纯度氧化锌工艺的稳定性。3)本公开的方法可以利用锌的再生资源制备高纯度氧化锌，在实现资源化利用的同时解决生产过程造成的环境问题，具有良好的经济与社会效益。5)本公开的方法，辅助原料氨与二氧化碳可循环利用，不仅节能降耗，而且安全环保。6)本公开的方法工艺简便易行，成本低廉。具体实施方式在本公开中，除非另有说明，“碳酸氨合锌”是锌氨络离子与碳酸根形成的化合物的总称，包括[Zn(NH3)4]CO3(碳酸四氨合锌)、[Zn(NH3)3]CO3(碳酸三氨合锌)、[Zn(NH3)2]CO3(碳酸二氨合锌)、[Zn(NH3)]CO3(碳酸一氨合锌)等。在本公开中，除非另有说明，“锌氨络离子”是各级氨合锌络离子的总称，包括[Zn(NH3)4]2+(四氨合锌离子)、[Zn(NH3)3]2+(三氨合锌离子)、[Zn(NH3)2]2+(二氨合锌离子)、[Zn(NH3)]2+(一氨合锌离子)等。在本公开中，除非另有说明，溶液中的“总氨”是指该溶液中NH3·H2O、NH3、NH4+的总和；溶液中的“有效碳酸根”是指该溶液中碳酸根与碳酸氢根的总和。“任选的”或“任选地”表示随后所述的步骤可以进行，或者可以不进行，并且该表述包括随后所述的步骤进行的情形和随后所述的步骤不进行的情形。本公开的生产工艺使用的含锌原料范围广泛。虽然可以用较高纯度的氧化锌作为起始原料，但由于本公开的工艺选择性高、对原料其他成分的耐受性好，从生产的经济型角度出发，优选采用再生锌原料作为起始原料，具体例如次氧化锌、镀锌灰、冶炼含锌炉灰、冶炼锌泥、冶炼含锌渣、钢厂转炉灰、钢厂电炉灰等。化学反应式1.锌铵络合ZnO+(i-2)NH3+(NH4)2CO3＝[Zn(NH3)i]CO3+2H2O(i为2至4的整数)或ZnO+(i-1)NH3+NH4HCO3＝[Zn(NH3)i]CO3+H2O(i为1至4的整数)2.反络合结晶形成碱式碳酸锌：3[Zn(NH3)i]CO3+3H2O＝ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O+2(NH4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备高纯度氧化锌的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n浸提步骤：将含锌原料与浸提剂混合，搅拌进行浸提，然后过滤除去滤渣，将得到的滤液作为浸出液，对所述浸出液进行净化处理；/n反络合结晶步骤：向净化后的浸出液中通入二氧化碳进行结晶，然后过滤，收集结晶析出的碳酸锌铵固体；/n漂洗步骤：用水漂洗所述碳酸锌铵固体；/n干燥煅烧步骤：将漂洗后的碳酸锌铵干燥，煅烧，得到高纯度氧化锌；/n其中，所述浸提剂为氨和碳酸氢铵的混合水溶液，或氨和碳酸铵的混合水溶液，或氨、碳酸氢铵和碳酸铵的混合水溶液。/n

【技术特征摘要】
20190725 CN 201910674535X1.一种制备高纯度氧化锌的方法，其特征在于，包括以下步骤：
浸提步骤：将含锌原料与浸提剂混合，搅拌进行浸提，然后过滤除去滤渣，将得到的滤液作为浸出液，对所述浸出液进行净化处理；
反络合结晶步骤：向净化后的浸出液中通入二氧化碳进行结晶，然后过滤，收集结晶析出的碳酸锌铵固体；
漂洗步骤：用水漂洗所述碳酸锌铵固体；
干燥煅烧步骤：将漂洗后的碳酸锌铵干燥，煅烧，得到高纯度氧化锌；
其中，所述浸提剂为氨和碳酸氢铵的混合水溶液，或氨和碳酸铵的混合水溶液，或氨、碳酸氢铵和碳酸铵的混合水溶液。


2.根据权利要求1所述的制备高纯度氧化锌的方法，其中，所述浸提剂中总氨的质量浓度为2％-15％。


3.根据权利要求1所述的制备高纯度氧化锌的方法，其中，所述浸提步骤得到的浸出液中的锌元素浓度为20-80g/L。


4.根据权利要求1至3任一项所述的制备高纯度氧化锌的方法，其中，在所述反络合结晶步骤中，向净化后的浸...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈尚全，李世川，龙忠祥，蒋涛，刘权锋，张志宏，蒋文艺，
申请(专利权)人：重庆东群科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50