专利名称：一种利用电解锌酸浸渣氨法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：
目前湿法炼锌主要采用焙烧-浸出-电解的生产工艺，排放的电解锌酸浸渣中锌含量按质量比计一般为6-9%，有的能达20%，对酸浸渣所做的物相分析与X衍射分析表明，浸出渣中锌主要以ZnFe2O4、硅酸锌形式存在，同时，硫的质量含量6-12%，其中硫酸根的质量含量为15-30%，各地矿钙、镁盐含量不同，同时还含有Cu2+、Pb2+、Cd2+、Ni2+、Hg2+、As3+等离子，其大致质量含量约为铜1%、铅O. 8%、铁4%、硅3%、砷O. 3%、银O. 003%、钙12%、镁3%。为了回收这些锌，目前的处理方法目前有火法和湿法两种，火法为回转窑挥发法(威尔兹法)和烟化炉挥发法，如公开号为CN101886180的中国专 利申请。湿法有热酸浸出或高温加压浸出。火法处理工艺流程长，设备维修量大，投资高，工作环境较差，需要消耗大量的燃煤或冶金焦煤，效益低，环境污染大。因此通常用热酸浸出或高压浸出，这些方法仍然存在缺点是①消耗大量的酸，②除铁的压力大，需消耗较多的试剂，③高温高压设备腐蚀严重，设备复杂投资较大；④运行成本高，经济效益差。⑤最后排出的渣是酸性渣，给环境带来新的污染，只好采取固化填埋，不但污染环境，而且也浪费资源。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
高纯氧化锌一般是指氧化锌的质量分数在99. 7%以上的氧化锌产品，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。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。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)的一般步骤包括氨-碳铵为浸出液，对含锌物料进行浸取，锌氨络合液体经净化、蒸氨结晶、干燥煅烧制得氧化锌产品。这种传统的氨法制备氧化锌一直没有应用于电解锌酸浸渣的处理，主要原因在于
O电解锌酸浸渣中有大量硫酸钙包裹而使得其中的锌浸出困难，回收率低
2)电解锌酸浸渣中含有15-30%的硫酸根，大量的氨转化为硫酸铵，氨耗高。3)常规法将浸取后的锌氨络合液直接净化，最后一般用锌粉置换法除去重金属，由于溶液中存在大量的游离氨，杂质络合力强，容易产生回溶现象，影响净化效果，最终影响氧化锌产品的纯度
4)由于液体中存在大量的硫酸铵，在蒸氨过程中将析出部分硫酸锌铵复盐，最终影响氧化锌纯度。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改进技术，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30-100nn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I :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，结晶体为碱式碳酸锌分解温度高(氢氧化锌分解初使温度约125°C，碳酸锌约300°C )，为得到高纯度产品，必须保证足够高的分解温度，一般控制温度500°C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其活性，继而影响到其应用领域。综上所述，对于电解锌酸浸渣的处理，如何在低含量锌的物料中有效浸出其中的锌，并得到高纯纳米级的氧化锌，同时需克服传统的火法和湿法的缺点，成为本行业亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的发明目的之一在于针对上述存在的问题，提供一种有效回收电解锌酸浸渣中的锌并制备高纯纳米氧化锌的方法。本发明采用的技术方案是这样的一种利用电解锌酸浸渣氨法生产高纯纳米氧化锌的方法，包括以下步骤浸取待处理的电解锌酸浸渣、净化除杂、蒸氨结晶和干燥煅烧，
在浸取待处理的电解锌酸浸渣步骤之前，向待处理的电解锌酸浸渣中加入熟石灰进行混合活化，所加入的熟石灰的量，按重量比计，为待处理电解锌酸浸渣的1-5% ；
将活化后的电解锌酸浸洛用氨水-碳铵液进行浸取；其中，NH3的摩尔浓度C(NH3) =5-6mol/L, CO广的摩尔浓度c (CO广)=0. 9-1. 2 mol/L，在每立方米的氨水-碳铵液中添加O. 3-0. 5kg 氟硅酸钠；
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，加入磷酸铵和表面活性剂，加入量为每立方米净化除杂处理后的液体中l_3kg磷酸铵、10-50g表面活性剂；
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电解锌酸浸渣的处理，同时，在现有的氨法的工艺基础上，在氨浸步骤之前，增加了预处理，即电解锌酸浸渣中加入熟石灰进行活化的步骤，同时在浸取液中，加入适量的氟硅酸钠，另外，在净化除杂后，增加了精制处理的步骤。首先，要得到高纯度的氧化锌，首先需要保证电解锌酸浸渣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，在浸出液中锌浓度越大，杂质浓度相对比例就越小，能保证在同等工艺条件下制得更高纯度的氧化锌。由于电解锌酸浸渣中含有大量的硫酸钙(15-30%)，硫酸钙等超细微粒对浸出剂起隔离作用，致使酸环境无法浸出，所以本发明采用氨法浸出，在氨-碳铵联合液作用下，硫酸钙转化为碳酸钙与氢氧化钙，在转化过程中，形成空隙从而加速浸出剂的渗透和溶出；但是氢氧化钙对浸出也有一定的封闭作用，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，实现超细微粒分层上浮。同时，本申请的发明人通过大量实验得出适量熟石灰的加入，一方面可以中和酸浸渣中残余的硫酸；另一方面可以增加浸取环境中的0H—，提高氨的活化度和锌的浸出速率；再一方面，0!1_可以使后续步骤中结晶生成物由碳酸锌转化为氢氧化锌。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，尤其对于电解锌酸浸渣这种低锌含量的原料处理。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，增加精制处理的步骤，在净化除杂处理后的溶液中，加入适量的磷酸铵和表面活性剂，结合高速搅拌下能有效抑制结晶体的生长。其中
活化过程中的化学反应为
Ca (OH) 2+C0广—CaCO3 I +20F
2NH3. H2O + CaSO4 — Ca (OH) 2 I + (NH4) 2S04
NH4HCO3+ NH3. H2O+ CaSO4 — CaCO3 I + (NH4) 2S04+H20
Fe3+ +30F — Fe (OH) 3 I
Fe2+ +20F — Fe (OH) 2 I ；
浸取步骤的化学反应方程式为
ZnCHnNH3 +H2O — [Zn (NH3) n] 2++20F
ZnFe2O4 +nNH3+4H20 — [ Zn (NH3) η ] 2++2Fe (OH) 3 I +20FZnFe2O4 +ηΝΗ3+Η20 — [Zn (NH3) n] 2++Fe203 丨 +20H_
ZnSiO3+ nNH3 +2NH4HC03 — [Zn (NH3)n] CO3+ SiO2 · H2CH(NH4)2CO3Zn (OH) 2 +nNH3 — [ Zn (NH3) n ] 2++20FZn+nNH3 +2H20 — [Zn (NH3) n] 2++ H2+ 20H_
ZnS04+nNH3 — [Zn (NH3)n] 2++S042_
其中n=l 4 ；
净化除杂过程中发生的反应
S2O82-+ Mn2++ 2NH3 · H2O + H2O — Mn O (OH) 2 I + 2NH4++2S0广+ 2H+
S2O8 2>2Fe2+ +6H20 — 2S0广 + 2Fe (OH) 3 I + 6H+
AsO43 + Fe3— FeAsO4 I
AsO33 + S2O8 2 + H2O — 2SO42 + AsO43 + 2H+
2H3As03 + 8Fe (OH) 3 — (Fe2O3)4As2O3 · 5H20 I +IOH2OM2+ + S2 — MS I M 代表 Cu2+、Pb2+、Cd2+、Ni2+ Hg2+ 等离子As3 + S 2 — As2S3 IY2+ + Zn —Zn2+ + Y 其中 Y 代表:Cu2+、Pb2+、Cd2+、Ni2+ 等离子；
精制处理的反应式
3 [Zn (NH3) n] 2++ 2 (NH4) 3P04+ 60F — [Zn (NH3) η] 3 (PO4) 2+ 6ΝΗ3 · H2O 蒸氨步骤的反应方程式
[Zn (NH3)i] 2++20Γ= Zn(OH)2 I + iNH3 i =1 4溶液中少量的C032_会发生如下水解反应
[Zn(NH3)4] C03+H20 — ZnCO3 · 2Zn (OH)2 · H2O I +16ΝΗ3 ；
干燥煅烧的化学反应方程式
Zn (OH) 2 — ZnO + H2O
ZnCO3 · 2Zn (OH) 2 · H2O — 3Ζη0 +3Η20 +CO2
作为优选浸取待处理的电解锌酸浸渣时，在每立方米的氨水-碳铵液中还添加有O. 03-0. 05kg的表面活性剂。表面活性剂降低表面能，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出剂渗透能力，进一步提高锌的回收率。作为优选在每立方米的氨水-碳铵液中还添加有O. 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，改善浸取工作环境，减少氨的损耗。作为优选在浸取待处理的电解锌酸浸渣时，采用湿法球磨，活化浸取。利用湿法球磨浸取，可以破坏原来晶格结构进行边活化边浸出，从而提高浸出效率。作为优选在净化除杂步骤之前，进行预蒸氨将浸取液加热至90_98°C进行蒸氨，蒸至液体中氨浓度为2. 5-3. 5mol/L ;然后按每立方米浸取液加入2_4kg过硫酸铵搅拌氧化达到初步净化；蒸氨结晶时，温度控制在105°C内，蒸氨设备内搅拌的速度每分钟300-500 转。增加预蒸氨步骤，一方面去除过多的游离氨，降低杂质的络合能力，使杂质离子易于除去，减少净化药品用量，提高净化质量；另一方面可以去除溶液中大量的碳酸根离子，使络合液脱氨水解时有利于得到氢氧化锌晶核沉淀，减少碳酸锌的组成；
作为优选蒸氨结晶过程中，随时检测蒸氨容器内溶液锌浓度，当锌含量在1-1. 5%时，容器内加入氢氧化纳溶液，加入量为每立方米溶液加入质量分数为30%的氢氧化钠溶液3-5升，溶液中锌含量低于O. 3%时，结束蒸氨(此时结束蒸氨，是由于溶液中含有大量硫酸根，形成稳定的铵盐，继续蒸氨没有意义，而且会产生硫酸锌铵复盐沉淀，影响纳米氧化锌产品质量)。在蒸氨后期，当络合液中锌浓度较低时，通过加入氢氧化纳提高液体的pH值，可以使NH4+离子转为NH3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。作为优选蒸氨液每立方米加入质量百分数为5%的硬酯酸钠溶液3-5L。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。作为优选在结晶残液中加入硫化钠进行沉锌，分离得到硫化锌滤饼。滤液再加入熟石灰，将混合液进行搅拌升温蒸氨转化，温度为不高于105°C，搅拌速度为300-500转/分钟，逸出的氨通过冷却回收利用，同时硫酸铵转化为硫酸钙结晶体，然后进行漂洗、干燥，得到硫酸钙粉体。变废为宝，实现对水的处理和循环回收利用。本发明的目的之二，是提供一种高纯度且高活性的纳米氧化锌，所采用的技术方案是干燥煅烧的温度采用150-300°C。由于本发明的技术方案，在蒸氨结晶步骤后，得到的主要是氢氧化锌，氢氧化锌的分解温度低于碱式碳酸锌，采用250-350°C的温度进行煅烧，即可得到纯度在99. 7%及其以上的氧化锌，因为氢氧化锌的晶核小于碱式碳酸锌，所以最终可以得到分布均匀粒径为10-30nm,而且比表面积彡100m2/g以上的优质纳米氧化锌粉体。综上所述，采用上述技术方案，将氨法应用于对电解酸浸渣的处理，并对现有氨法进行了技术改进，在浸取前增加了活化步骤并在浸取时加入氟硅酸钠、表面活性剂和二氰二胺，一方面电解锌酸浸渣达到了高效浸出，后续工序增加预蒸氨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，本发优选采用较低的煅烧温度，可以得到较大比表面积的高纯纳米氧化锌(纯度可以达到99. 7%)，具有很高的实用价值和经济价值；另外，本发明的处理方法能耗低、效率高。电解锌酸浸渣中有价和有害重金属都被浸出利用、而且经水洗干净。得到终浸渣由作为高危废弃物的电解锌酸浸渣变为一般固废弃物，达到了经济环保以及再生资源的合理利用。本发明的创新点主要有⑴增加预蒸氨处理，先赶走过多游离氨，在蒸氨时达到快速结晶的目的；⑵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PH值，达到快速析氨的目的；⑶在锌氨络合液中加入表面活性剂(如SDS)、磷酸铵，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J4)利用蒸汽的动力实现高速搅拌，控制纳米氧化锌结晶；
具体实施例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I
一种利用电解锌酸浸渣氨法生产高纯度纳米氧化锌的方法，依次包括以下步骤
(1)活化取500克电解锌酸浸渣(其中，以质量比计，含锌8.6%、铜I. 03%、硫酸钙32%、镉O. 05%、砷O. 03%)，加入25克熟石灰进行活化，活化时间为36小时；
(2)浸取制取1500ml氨浸液，其中NH3浓度为6mol/L，C032_浓度为lmol/L，在每立方米的氨水-碳铵液中添加O. 3kg氟硅酸钠，将活化后的电解锌酸浸渣加入到上述氨浸液中进行三段浸取，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38. 9克(锌回 收率90. 5%)，锌氨络合液中硫酸根41. 92克；
(3)净化除杂在锌氨络合液加入O.5克硫化钠，搅拌2小时后过滤，加入O. 2克高锰酸钾，搅拌2小时后过滤；
(4)精制在净化除杂处理后的液体中，每立方米净化除杂处理后的液体中加入2kg磷酸铵、30g表面活性剂SDS ；
(5)蒸氨结晶将精制处理后的锌氨络合液过滤后加热蒸氨，蒸氨器搅拌速度每分钟600转，待液体中氧化锌质量含量为O. 5%时停止蒸氨；然后过滤，得到氢氧化锌滤饼和滤液；
(6)干燥煅烧过滤后的氢氧化锌分别加入200ml的去离子水进行三次洗涤，在第一次洗涤过程中加入O. 05克十二烷基硫酸钠，水洗后的氢氧化锌加入150ml乙醇进行洗涤，压滤后的氢氧化锌放入马弗炉内250度煅烧3小时；
所制纳米氧化锌平均粒径12. 7nm (XRD线宽法)，质量百分含量为99. 7%，比表面积106m2/g。实施例2
一种利用电解锌酸浸渣氨法生产高纯度纳米氧化锌的方法，依次包括以下步骤
Cl)活化-M 500克酸浸渣(锌7. 6%、铜O. 83%、硫酸钙28%、镉O. 045%、砷O. 02%),加入5克熟石灰进行活化，活化时间为40小时；
(2)浸取制取1500ml氨浸液，其中NH3浓度为5mol/L，C032_浓度为I.2mol/L，在每立方米的氨水-碳铵液中添加O. 5kg氟硅酸钠，并在每立方米的氨水-碳铵液中还添加有O. 04kg的表面活性剂SDS ;在每立方米的氨水-碳铵液中还添加有O. 8kg的二氰二胺；将活化后的电解锌酸浸渣加入到上述氨浸液中进行三段浸取，浸取的同时球磨，各段浸取时间均为2. 5小时，，固液分离后，所得锌氨络合液中锌34. 9克(锌回收率91. 8%)，锌氨络合液中硫酸根37. 7克；
(3)预蒸氨将浸取液加热至90°C，每立方米浸取液加入2kg过硫酸氨，然后进行蒸氨，蒸至液体中氨浓度为3. 5mol/L ；
(4)净化除杂在锌氨络合液加入O.6克硫化钠，搅拌2小时后过滤，加入O. 2克高锰酸钾，搅拌2小时后过滤；
(5)精制在净化除杂处理后的液体中，每立方米净化除杂处理后的液体中加入Ikg磷酸铵、IOg表面活性剂SDS ；
(6)蒸氨结晶将精制处理后的锌氨络合液过滤后加热蒸氨，蒸氨器搅拌速度每分钟900转，温度控制在105°C内，待液体中氧化锌质量含量为O. 5%时停止蒸氨；然后过滤，得到氢氧化锌滤饼和滤液；
(7)在蒸氨结晶后的滤液中加入硫化钠进行反应，反应后分离得到固体硫化锌和液体部分；在液体部分加入熟石灰，并搅拌得到混合液，在搅拌过程中加入表面活性剂SDS ;将混合液进行蒸氨结晶，结晶温度为100°C，蒸氨过程中进行搅拌，搅拌速度为300转/分钟，析出的氨通过冷却回收，结晶后的硫酸钙进行 漂洗、干燥，得到硫酸钙粉体；
(8)干燥煅烧过滤后的氢氧化锌滤饼分别加入200ml的去离子水进行三次洗涤，在第一次洗漆过程中加入O. 05克十二烧基硫酸钠,水洗后的氢氧化锌加入150ml乙醇进行洗涤，压滤后的氢氧化锌放入马弗炉内150度煅烧3. 5小时；
所制纳米氧化锌平均粒径11. 5nm(XRD线宽法)，质量百分含量为99. 75%，比表面积110m2/go实施例3
一种利用电解锌酸浸渣氨法生产高纯度纳米氧化锌的方法，依次包括以下步骤
(1)活化-M1500克酸浸渣(锌9. 0%、铜O. 80%、硫酸钙30%、镉O. 040%、砷O. 25%、硅3%、砷O. 3%、银O. 003%、镁3%)，加入45克熟石灰进行活化，活化时间为48小时；
(2)浸取制取1500ml氨浸液，其中NH3浓度为5.5mol/L，C032_浓度为O. 9mol/L，在每立方米的氨水-碳铵液中添加O. 5kg氟硅酸钠，并在每立方米的氨水-碳铵液中还添加有
O.03kg的表面活性剂SDS ;在每立方米的氨水-碳铵液中还添加有Ikg的二氰二胺；将活化后的电解锌酸浸渣加入到上述氨浸液中进行三段浸取，浸取的同时球磨，各段浸取时间均为2. 5小时，固液分离后，所得锌氨络合液中锌124. 2克(锌回收率92. 0%)，锌氨络合液中硫酸根165. O克；
(3)预蒸氨将浸取液加热至98°C，每立方米浸取液加入Ikg过硫酸氨，然后进行蒸氨，蒸至液体中氨浓度为3. Omol/L ；
(4)净化除杂在锌氨络合液加入O.6克硫化钠，搅拌2小时后过滤，加入O. 2克高锰酸钾，搅拌2小时后过滤；
(5)精制在净化除杂处理后的液体中，每立方米净化除杂处理后的液体中加入3kg磷酸铵、50g表面活性剂SDS ；
(6)蒸氨结晶将精制处理后的锌氨络合液过滤后加热蒸氨，蒸氨器搅拌速度每分钟800转，温度控制在105°C内，待液体中氧化锌质量含量为O. 5%时停止蒸氨；然后过滤，得到氢氧化锌滤饼和滤液；
(7)在蒸氨结晶后的滤液中加入硫化钠进行反应，反应后分离得到固体硫化锌和液体部分；在液体部分加入熟石灰，并搅拌得到混合液，在搅拌过程中加入表面活性剂；将混合液进行蒸氨结晶，结晶温度为102°C，蒸氨过程中进行搅拌，搅拌速度为500转/分钟，析出的氨通过冷却回收，结晶后的硫酸钙进行漂洗、干燥，得到硫酸钙粉体；
(8)干燥煅烧过滤后的氢氧化锌滤饼分别加入200ml的去离子水进行三次洗涤，在第一次洗漆过程中加入O. 05克十二烧基硫酸钠,水洗后的氢氧化锌加入150ml乙醇进行洗涤，压滤后的氢氧化锌放入马弗炉内250度煅烧I. 5小时；
所制纳米氧化锌平均粒径10. 8nm(XRD线宽法)，质量百分含量为99. 80%,比表面积118m2/g。实施例4原料120吨，源于云南驰宏锌锗股份有限公司会泽冶炼老厂数十年积存的酸浸渣，原料中锌 11. 2%、铜 O. 91%、铅 I. 3%、酸根 27. 6%、镉 O. 03%。(I)活化向上述原料中加入2. 5吨熟石灰进行混合活化，活化时间为46小时；
(2)浸取制取360m3氨浸液，其中NH3浓度为5.6mol/L，C032_浓度为I. lmol/L，在每立方米的氨水-碳铵液中添加O. 4kg氟硅酸钠，将活化后的电解锌酸浸渣加入到上述氨浸液中进行三段浸取，并在每立方米的氨水-碳铵液中还添加有O. 045kg的表面活性剂SDS ;在每立方米的氨水-碳铵液中还添加有O. 8kg的二氰二胺；浸取的同时球磨，各段浸取时间均为2. 6小时，固固液分离后，所得锌氨络合液中锌12. 23吨(锌回收率91. 0%)，锌氨络合液中硫酸根13. 7吨；
浸出渣经云南省环保局指定的权威机构“云南省环境监测中心站”进行现场抽样和浸出试验，弃渣符合《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB18599- 2001)中的I类一般固体废弃物标准；
(3)预蒸氨将浸取液加热至96°C，每立方米浸取液加入3kg过硫酸氨，然后进行蒸氨，蒸至液体中氨浓度为3. 2mol/L ；
(4)净化除杂在每立方米锌氨络合液加入I.5kg硫化钠，搅拌2小时后过滤，每立方米锌氨络合液加入O. 3kg高锰酸钾，搅拌2小时后过滤；
(5)精制在净化除杂处理后的液体中，每立方米净化除杂处理后的液体中加入3kg磷酸铵、50g表面活性剂SDS ；
(6)蒸氨结晶将精制处理后的锌氨络合液过滤后加热蒸氨，蒸氨器搅拌速度每分钟700转，并控制温度在105°C;待液体中氧化锌质量含量为O. 5%时停止蒸氨；然后过滤，得到氢氧化锌滤饼和滤液；
(7)在蒸氨结晶后的滤液中加入硫化钠进行反应，反应后分离得到固体硫化锌和液体部分；在液体部分加入熟石灰，并搅拌得到混合液，在搅拌过程中加入表面活性剂；将混合液进行蒸氨结晶，结晶温度为103°C，蒸氨过程中进行搅拌，搅拌速度为400转/分钟，析出的氨通过冷却回收，结晶后的硫酸钙进行漂洗、干燥，得到硫酸钙粉体；
(8)干燥煅烧干燥煅烧过滤后的滤饼按液固比5:1加入离子交换水进行三次洗涤，在第一次洗涤过程中加入I. 25克/立方米的十二烷基硫酸钠，水洗后的氢氧化锌滤饼按液固比1-5:1加入乙醇进行洗涤，压滤后的氢氧化锌放入马弗炉内180度煅烧3. 5小时；
所制纳米氧化锌平均粒径12. 6nm(XRD线宽法)，质量百分含量为99. 78%，比表面积116m2/g。
权利要求
1.一种利用电解锌酸浸渣氨法生产高纯纳米氧化锌的方法，包括以下步骤 浸取待处理的电解锌酸浸渣、净化除杂、蒸氨结晶和干燥煅烧，其特征在于 在浸取待处理的电解锌酸浸渣步骤之前，向待处理的电解锌酸浸渣中加入熟石灰进行混合活化，所加入的熟石灰的量，按重量比计，为待处理电解锌酸浸渣的1-5% ； 将活化后的电解锌酸浸洛用氨水-碳铵液进行浸取；其中，NH3的摩尔浓度C(NH3) =5-6mol/L, CO广的摩尔浓度c (CO广)=0. 9-1. 2 mol/L，在每立方米的氨水-碳铵液中添加O.3-0. 5kg氟硅酸钠； 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，加入磷酸铵和表面活性剂，加入量为每立方米净化除杂处理后的液体中l_3kg磷酸铵、10-50g表面活性剂。
2.根据权利要求I所述一种利用电解锌酸浸渣氨法生产高纯纳米氧化锌的方法，其特征在于浸取待处理的电解锌酸浸渣时，在每立方米的氨水-碳铵液中还添加有O.03-0. 05kg的表面活性剂。
3.根据权利要求2所述一种利用电解锌酸浸渣氨法生产高纯纳米氧化锌的方法，其特征在于在每立方米的氨水-碳铵液中还添加有O. 5-lkg的二氰二胺。
4.根据权利要求I所述一种利用电解锌酸浸渣氨法生产高纯纳米氧化锌的方法，其特征在于在浸取待处理的电解锌酸浸渣时，利用湿法球磨活化浸取。
5.根据权利要求I所述一种利用电解锌酸浸渣氨法生产高纯纳米氧化锌的方法，其特征在于在净化除杂步骤之前，进行预蒸氨将浸取液加热至90-98°C进行蒸氨，蒸至液体中氨浓度为2. 5-3. 5mol/L，后每立方米锌氨液加入2_4kg过硫酸铵搅拌氧化；蒸氨结晶阶段，温度控制在105°C内，蒸氨容器内搅拌的速度每分钟300-500转。
6.根据权利要求I所述一种利用电解锌酸浸渣氨法生产高纯纳米氧化锌的方法，其特征在于蒸氨结晶过程中，随时检测蒸氨设备内液体锌含量，当锌含量在1-1. 5%时，在蒸氨设备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O. 3%时，结束蒸氨。
7.根据权利要求6所述一种利用电解锌酸浸渣氨法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。
8.根据权利要求I所述一种利用电解锌酸浸渣氨法生产高纯纳米氧化锌的方法，其特征在于在蒸氨结晶后的残余液中加入硫化钠沉淀残余锌，沉淀后分离得到硫化锌滤饼，干燥得到硫化锌产品；滤液再加入熟石灰，在搅拌下加入表面活性剂；将混合液进行间接升温蒸氨转化，使硫酸铵转化为硫酸钙结晶，转化温度为不高于105°C，蒸氨过程中搅拌速度为300-500转/分钟，逸出的氨通过冷却回收，转化后的硫酸钙结晶进行漂洗、干燥，得到硫酸钙粉体副产品。
9.根据权利要求I所述一种利用电解锌酸浸渣氨法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150-300°C。
全文摘要
本发明公开了一种利用电解锌酸浸渣氨法生产高纯纳米氧化锌的方法，在浸取步骤之前加入电解锌酸浸渣质量的1-5%的熟石灰进行活化，然后采用氨水-碳铵液进行浸取并在每立方米的氨水-碳铵液中添加0.3-0.5kg氟硅酸钠，在净化除杂后，进行精制处理；本发明电解锌酸浸渣达到了高效浸出，可以得到99.7%以上的高纯纳米氧化锌，具有很高的实用价值和经济价值；电解锌酸浸渣中有价和有害重金属都被浸出利用，得到终浸渣由作为高危废弃物的电解锌酸浸渣变为一般固废弃物，环保并将资源进行合理利用。
文档编号B82Y40/00GK102863007SQ20121035801
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月25日 优先权日2012年9月25日
发明者陈尚全, 李时春, 李晓红 申请人:四川巨宏科技有限公司