專利名稱：一種利用鋼廠煙塵灰生產(chǎn)高純納米氧化鋅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用鋼廠煙塵灰生產(chǎn)高純納米氧化鋅的方法。
背景技術(shù)：
目前來自鋼廠的煙塵灰(包括高爐灰、轉(zhuǎn)爐灰、電爐灰)，又稱煙塵貯存灰，每生產(chǎn)一噸鋼鐵將會(huì)產(chǎn)生35 90kg的煙塵灰，這種煙塵灰一般含鐵15 30%、含氧化硅4 5%、鋅5 22%、可燃燒的固定炭(C)25 55%、氧化鈣2 5%、氧化鎂I 2%以及鈦、釩和堿金屬等。通常條件下，一般作為燒結(jié)的原料來生產(chǎn)燒結(jié)礦，在鋼廠內(nèi)部循環(huán)利用，隨著循環(huán)的富集，入爐鋅負(fù)荷愈來愈高，嚴(yán)重影響高爐的正常運(yùn)行。目前限制高爐鋅負(fù)荷的方法一是限制循環(huán)用煙塵灰用量；二是煙塵灰選礦處理;三是采用火法和濕法處理。第一種不是降低高爐鋅負(fù)荷經(jīng)濟(jì)的、有效的方法，而且?guī)憝h(huán)·境污染。第二種是把鋅富集到尾泥中，但鐵精、炭精、尾泥三種產(chǎn)品失調(diào)，仍失去較高的鐵、炭資源。第三種又分為火法和濕法處理，火法有直接燒結(jié)法、球團(tuán)處理法、直接還原法處理。但鋅、鉛及堿金屬仍未得到解決。濕法又分為酸法和堿法，酸法工藝成熟，不升溫鋅浸取率僅80%左右，升溫可達(dá)95%，但鐵也高達(dá)60%，除鐵困難，又浪費(fèi)鐵，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，也達(dá)不到環(huán)保要求。但堿法浸取率更低?，F(xiàn)有濕法提鋅存在問題總體特點(diǎn)是鋅浸取率低，浸渣難以循環(huán)利用，無法達(dá)到環(huán)保要求，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，對(duì)原料要求敏感，工藝難以優(yōu)化，生產(chǎn)效益低與鋼廠產(chǎn)量不相匹配等。目前我國鋼鐵企業(yè)含鋅粉塵配入燒結(jié)循環(huán)利用方式已經(jīng)對(duì)高爐、燒結(jié)生產(chǎn)和鋼鐵廠環(huán)境帶來巨大危害，對(duì)粉塵的處理十分迫切。最理想的方法是進(jìn)行鋅的選擇性浸出，使鋅進(jìn)入溶液中，鋅得到有價(jià)值的回收利用。另一方面，高純度氧化鋅一般是指氧化鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在99. 7%以上，高純氧化鋅是現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的一種高科技原料，用途廣泛，主要用于玻璃、飼料、陶瓷、染料、油漆、造紙、橡膠、農(nóng)藥、煉油、鍍鋅、特種鋼材、合金、國防科技等數(shù)十種行業(yè)企業(yè)，無論是玻璃、造紙，還是橡膠、煉油等都對(duì)氧化鋅需求量很大，并且純度要求非常高。高純氧化鋅一般是指氧化鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)> 99. 7%的氧化鋅產(chǎn)品，高純度氧化鋅是現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的一種高科技原料，用途廣泛，主要用于玻璃、飼料、陶瓷、染料、油漆、造紙、橡膠、農(nóng)藥、煉油、鍍鋅、特種鋼材、合金、國防科技等數(shù)十種行業(yè)企業(yè)，無論是玻璃、造紙，還是橡膠、煉油等都對(duì)氧化鋅需求量很大，并且純度要求非常高。納米氧化鋅(ZnO)是一種粒徑介于1-100 nm之間、面向21世紀(jì)的新型高功能精細(xì)無機(jī)產(chǎn)品，表現(xiàn)出許多特殊的性質(zhì)，如非遷移性、熒光性、壓電性、吸收和散射紫外線能力等，利用其在光、電、磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造氣體傳感器、熒光體、變阻器、紫外線遮蔽材料、圖像記錄材料、壓電材料、壓敏電阻、高效催化劑、磁性材料和塑料薄膜等。目前生產(chǎn)納米氧化鋅的方法，主要有化學(xué)沉淀法、溶膠-凝膠法、微乳液法以及水熱合成法等。但是所采用的原料都是鋅含量在50%以上的鋅焙砂或純鋅鹽(如硫酸鋅、硝酸鋅或醋酸鋅)等。
氨法是制備氧化鋅的一種常用方法，目前氨法(氨-碳銨聯(lián)合浸出法生產(chǎn)氧化鋅)的一般步驟包括對(duì)含鋅物料使用氨-碳銨聯(lián)合浸取制得鋅氨絡(luò)合液，經(jīng)凈化、蒸氨結(jié)晶、干燥煅燒制得氧化鋅產(chǎn)品，一般氧化鋅含量95-98%。這種傳統(tǒng)的氨法制備氧化鋅一直沒有應(yīng)用于煙塵灰的處理，主要原因在于
I.因?yàn)殇搹S煙塵貯存灰含鋅率低(一般含Zn%=5-22)，浸出液含鋅濃度低，浸取劑消耗量大，成本高，企業(yè)無法承受。2.因?yàn)殡s質(zhì)成分復(fù)雜，生產(chǎn)得到的只能是普通活性氧化鋅產(chǎn)品且合格率低，產(chǎn)品價(jià)格較低經(jīng)濟(jì)效益差。3.常規(guī)手段浸取時(shí)，煙塵灰的浸出率低，回收率低，鐵、炭資源回收也沒形成完整鏈條，煙塵灰的價(jià)值未得到體現(xiàn)。綜上所述，對(duì)于煙塵灰的處理，如何在含鋅量低的煙塵灰中有效浸出其中的鋅，并 得到高純氧化鋅，同時(shí)克服傳統(tǒng)的方法的缺點(diǎn)，成為本行業(yè)亟待解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于針對(duì)上述存在的問題，提供一種利用鋼廠煙塵灰生產(chǎn)高純納米氧化鋅的方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的一種利用鋼廠煙塵灰生產(chǎn)高純納米氧化鋅的方法，包括以下步驟
浸取鋼廠煙塵灰、預(yù)蒸氨、凈化除雜、蒸氨結(jié)晶和干燥煅燒，其中
浸取鋼廠煙塵灰時(shí)，用氨水-碳銨液作為浸取劑進(jìn)行浸??；其中，所述浸取劑中NH3的摩爾濃度c (NH3) =4. 5-7mol/L, CO廣的摩爾濃度c (CO32O = O. 95-1. 5 mol/L,并在每立方米浸取劑中添加O. 3-0. 5kg氟娃酸鈉,浸取后得到浸取液；
在凈化除雜步驟之前，進(jìn)行預(yù)蒸氨，方法為將浸取后得到的浸取液加熱至95-105 進(jìn)行析氨，直至浸取液中C(NH3) ( 3mol/L，然后按每立方米的浸取液中加入2-4kg過硫酸銨并攪拌，將預(yù)蒸氨后的液體進(jìn)行固液分離，溶液進(jìn)入凈化除雜步驟；
在凈化除雜后，進(jìn)行精制處理，方法為凈化除雜處理后的液體中，加入磷酸銨和表面活性劑，加入量為每立方米凈化除雜處理后的液體中l(wèi)_3kg磷酸銨、30-50g表面活性劑(如SDS) ο凈化除雜、蒸氨結(jié)晶和干燥煅燒步驟均采用目前普通氨法制備氧化鋅的工藝參數(shù)。要得到高純度的氧化鋅，首先需要保證煙塵灰中的鋅能盡可能地浸出，這樣一方面可以提高鋅的回收率，另一方面，在浸出液中鋅的含量越大，雜質(zhì)含量也就越小，才能保證在同等工藝條件下制得更高純度的氧化鋅。即對(duì)于煙塵灰的回收處理，鋅“浸得出來”與雜質(zhì)“除得干凈”，是最關(guān)鍵的技術(shù)問題。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明首先將現(xiàn)有的氨法制備氧化鋅的技術(shù)應(yīng)用于對(duì)鋼廠煙塵灰的處理，同時(shí)，在現(xiàn)有的氨法的工藝基礎(chǔ)上，在浸取液中，加入適量的氟硅酸鈉，以解決“浸得出來”的問題；并在凈化除雜之前，增加了預(yù)蒸氨的步驟，以解決“除得干凈”的問題。由于煙塵灰的單質(zhì)鐵含量高，不能用強(qiáng)酸浸出，不僅消耗大量的酸，還使鐵等大量溶出，凈化困難。鐵酸鋅在酸性中溶出也很緩慢，所以本發(fā)明采用氨法浸出，煙塵灰中脈石的超細(xì)微粒對(duì)浸取劑也起到一定的隔阻作用，為了解決這個(gè)問題，本申請(qǐng)的發(fā)明人通過大量實(shí)驗(yàn)得出適量的氟硅酸納能破除超細(xì)微粒對(duì)含鋅顆粒包裹作用，實(shí)現(xiàn)超細(xì)微粒分層上浮，從而將鋅暴露，使其較完全地浸泡在浸出液中。同時(shí)，本申請(qǐng)的發(fā)明人通過大量實(shí)驗(yàn)得出在凈化除雜之前，增加預(yù)蒸氨步驟，一方面降低溶液中的游離氨，減低雜質(zhì)離子的絡(luò)合系數(shù)，利于提高凈化質(zhì)量，減少凈化藥品用量。其次，要得到納米級(jí)的氧化鋅，需要抑制晶體顆粒的長大，現(xiàn)有氨法生產(chǎn)得到的納米氧化鋅之所以粒徑大小和粒徑分布范圍不盡人意，最重要的原因是在處理過程中晶體的不斷長大，尤其對(duì)于煙塵灰這種低鋅含量的原料處理。為了解決上述問題，本申請(qǐng)的發(fā)明人通過大量實(shí)驗(yàn)，在凈化除雜后，增加精制處理的步驟，在凈化除雜處理后的溶液中，加入適量的磷酸銨和表面活性劑(如SDS)，結(jié)合高速攪拌下能有效抑制結(jié)晶體的生長。 其中
浸取步驟的化學(xué)反應(yīng)方程式為
ZnCHnNH3 +H2O — [Zn (NH3) n] 2++20F ZnFe2O4 +nNH3+4H20 — [ Zn (NH3) η ] 2++2Fe (OH) 3 I +20F ZnFe2O4 +nNH3+H20 — [Zn (NH3) n] 2++Fe203 丨 +20H_
Zn2SiO4+2nNH3 — 2 [Zn(NH3)n]2+ + SiO44-
ZnSiO3+ nNH3 +2NH4HC03 — [Zn (NH3)n] CO3+ SiO2 · H2CH(NH4)2CO3
其中n=l 4 ；
預(yù)蒸氨過程發(fā)生的反應(yīng)
NH3 · H2CHNH4HCO3 — 2NH3 丨 +CO2 丨 +2H20(NH4)4SiO4 — SiO2 I + 2ΝΗ3 + 2H20過硫酸銨作為氧化劑，除去鐵、錳、砷等雜質(zhì)。增加預(yù)蒸氨步驟，一方面去除過多的游離氨，降低了氨的絡(luò)合能力，同時(shí)因?yàn)樯吡藴囟龋构杷猁}膠體及其雜質(zhì)疑聚沉淀，從而使雜質(zhì)離子得以除去，利于凈化，是能制得高純產(chǎn)品原因之一；另一方面可以去除溶液中大量的碳酸根離子，下一工序絡(luò)合液脫氨結(jié)晶過程中有利于水解得到氫氧化鋅晶核，減少碳酸鋅的組成，能制得比表面積大的產(chǎn)品原因之一；
利用預(yù)蒸氨的高溫溶液，加入過硫酸銨攪拌進(jìn)行氧化，如Fe'AsO廣、Mn2+產(chǎn)生共沉淀，降低了后續(xù)凈化難度，減少了藥劑消耗量，節(jié)省了成本，反應(yīng)方程式
5 (NH4) 2S208 +2Mn2++8H20 — 2NH4Mn04+4 (NH4) 2SO4 +16H++ 6S0廣 S2O8 2>Mn2++2NH3 · H2CHH2O — MnO (OH) 2 I +2NH42++2S042>2H.
S2O8 2>2Fe2+ +6NH3 · H2O — 2S042> 2Fe (OH) 3 丨 +6NH4+
As203+3H20 — 2H3As03
2H3As03+8Fe (OH) 3 — (Fe2O3)4As2O3 · 5H20 I +IOH2O AsO43 +Fe3 — FeAsO4 I Ca2++HC03—+20H—— CaCO3 I +H2O ；
經(jīng)過前述步驟過硫酸銨氧化、分離后的鋅氨絡(luò)合液再經(jīng)過硫化鈉沉淀重金屬雜質(zhì)，再經(jīng)高錳酸鉀二次氧化鐵、錳等分離雜質(zhì)，又經(jīng)過鋅粉深度還原凈化得到鋅氨絡(luò)合精制液；反應(yīng)方程式
M2+ + S2 — MS I M 代表 Cu2+、Pb2+、Cd2+、Ni2+ Hg2+ 等離子 As3 + S 2 — As2S3 I
3Fe2+ + MnCV + 7H20 — MnO2 I + 3Fe (OH)3 I + 5H+
3Mn2+ + 2Mn(V +2H20 — 5Mn02 I +4H+
Y2+ + Zn —Zn2+ + Y 其中 Y 代表:Cu2+、Pb2+、Cd2+、Ni2+ 等離子精制處理化學(xué)反應(yīng)式
3 [Zn(NH3)n] (OH)2 +2 (NH4) 3Ρ04 — [Zn(NH3)η] 3(PO4)2 + 6NH3.H20 其中 n=l 4 ;蒸氨步驟的反應(yīng)方程式
3 [Zn (NH3)4] CO3 + H2O--- ZnCO3 · 2Zn (OH)2 · H2O I + 12NH3 + 2C02
蒸氨時(shí)加入氫氧化鈉提高PH值的反應(yīng)式
(NH4)2SO4 + 2Na0H--- Na2SO4 +2 NH3 +2Η20
干燥煅燒的化學(xué)反應(yīng)方程式
ZnCO3 · 2Zn (OH) 2 · H2O — 3Ζη0 +3Η20 +CO2 作為優(yōu)選每立方米浸取劑中還添加有O. 05-0. Ikg的表面活性劑。表面活性劑降低溶液的表面能，與氟硅酸鈉配合作用，增加對(duì)鋅顆粒的浸濕和滲透，促進(jìn)鋅的溶解和浸出。作為優(yōu)選在每立方米的氨水-碳銨液浸取劑中還添加有O. 5-lkg的二氰二胺。二氰二胺作為氨穩(wěn)定劑，可以減少浸取過程中氨的揮發(fā)，改善浸取工作環(huán)境，減少氨的損耗。作為優(yōu)選在浸取待處理的煙塵灰時(shí)，采用濕法球磨。進(jìn)一步的保證在球磨機(jī)內(nèi)浸出時(shí)間為50 60分鐘，球磨機(jī)出口物料全部通過140目篩。利用球磨濕法浸取，破壞了煙塵灰中鐵酸鋅等晶格結(jié)構(gòu)(達(dá)到機(jī)械活化)與表面活性劑等化學(xué)活化相結(jié)合，達(dá)到較高的浸出速度和浸出率。作為優(yōu)選在蒸氨結(jié)晶過程中，隨時(shí)檢測(cè)蒸氨塔內(nèi)液體鋅含量，當(dāng)鋅的質(zhì)量含量在
1-1. 5%時(shí)，在蒸氨設(shè)備內(nèi)加入氫氧化鈉溶液，加入的氫氧化鈉溶液為每立方米蒸氨液體加入質(zhì)量百分含量為30%的氫氧化鈉溶液3-5升，鋅質(zhì)量百分含量低于O. 3%時(shí)，結(jié)束蒸氨。在蒸氨過程中，當(dāng)鋅氨絡(luò)合液中氨濃度較低時(shí)，通過添加氫氧化納提高溶液的pH值，使NH4+轉(zhuǎn)為游離NH3分子達(dá)到快速脫氨，快速結(jié)晶的目的。結(jié)晶速度越快，雜質(zhì)包裹晶體的機(jī)會(huì)就越小，從而提聞晶體的純度。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是將氨法應(yīng)用于對(duì)鋼廠煙塵灰的處理，并對(duì)現(xiàn)有氨法進(jìn)行了適應(yīng)性改進(jìn)，在浸取時(shí)加入氟硅酸鈉、表面活性劑和二氰二胺，一方面使得鋼廠煙塵灰的鋅快速、盡可能完全地浸出，使得鋼廠煙塵灰中的鋅得到充分回收利用，同時(shí)在浸取后增加了預(yù)蒸氨步驟，去除多余的游離氨有利用凈化除雜，為制得高純度高質(zhì)量的氧化鋅奠定了基礎(chǔ)，后續(xù)工序增加在蒸氨過程中加入阻變劑以抑制晶體的生長，得到粒徑小且粒徑均勻的納米氧化鋅前驅(qū)體；通過本發(fā)明技術(shù)手段的處理，得到的氧化鋅純度可以達(dá)到99. 7%以上，粒徑分布在10-60nm的納米氧化鋅產(chǎn)品，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；本發(fā)明的處理方法能耗低、效率高，浸取劑循環(huán)利用，徹底地解決了鋼廠高爐煙塵的鋅負(fù)荷問題，既滿足了鋼廠對(duì)有害成分鋅以及堿金屬的凈化要求(堿金屬去除率達(dá)99%;鋅提取率90%以上)，達(dá)到生產(chǎn)的良性循環(huán)，又回收了鋼廠寶貴的鐵、炭資源，鐵、炭得到富集，鐵含量由原來I 3 - 2 8 %提高到17-36 %，炭發(fā)熱量由原來約1000-3000大卡/公斤提高到1500-4700大卡/公斤；鐵、炭回收利用率均達(dá)到95%以上，既節(jié)約了能源又創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說明。為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。實(shí)施例I :
原料昆明某鋼廠煙塵灰I #，其成分按質(zhì)量百分比計(jì)(％)為
Zn9. 7% Fe27. 14% PbO. 85% CdO. 007% C28% 堿金屬(k、Na) 2· 9%
用于制備高純氧化鋅的方法
(1)浸取取500克煙塵灰I#，用1500ml氨水-碳銨液作為浸取劑進(jìn)行浸?。黄渲?，所述浸取劑中NH3的摩爾濃度c (NH3) =4. 5mol/L, C032_的摩爾濃度c (CO32O =1. 2 mol/L,添加O. 45g氟硅酸鈉，進(jìn)行三段浸取，各段浸取時(shí)間均為2小時(shí)，固液分離后，所得鋅氨絡(luò)合液中鋅43. 89克(鋅回收率90. 5%)；
(2)預(yù)蒸氨在凈化除雜步驟之前，進(jìn)行預(yù)蒸氨，方法為將浸取后得到的浸取液加熱至105°C進(jìn)行析氨，直至浸取液中c(NH3)=3mol/L，然后加入2g過硫酸銨并攪拌，將預(yù)蒸氨后的液體進(jìn)行固液分離，溶液進(jìn)入凈化除雜步驟；
(3)凈化除雜加入I.32g高錳酸鉀攪拌O. 5h，加入少量聚丙烯酰胺溶液(4mg/L)過濾，濾液按沉淀Cu、Cd、Pb所需硫化鈉的理論量的I. 2倍加入硫化鈉，溫度，70°C，攪拌時(shí)間2h,過濾，濾液加入KMnO4用量為Fe量的2. 7倍，溫度80°C，攪拌Ih (檢測(cè)Fe、Mn合格)，過濾，濾液按置換Cu、Cd、Pb所需理論鋅粉的2. 5倍加入鋅粉，攪拌30min，溫度60°C，過濾，得濾液；
(4)精制處理在凈化除雜后，進(jìn)行精制處理，方法為凈化除雜處理后的濾液中，加入Ig磷酸銨、O. 05g表面活性劑SDS ；
(5)蒸氨結(jié)晶將所得精制液置入蒸氨器中進(jìn)行蒸氨，溶液溫度105°C，直至[Zn2+](I. 5g/L時(shí)停止蒸氨，得到的乳濁液進(jìn)行固液分離，濾餅按液固比5 :1去離子水洗滌，洗滌時(shí)間lh，再過濾分離，得到濾餅；
(6)干燥煅燒濾餅105°C干燥，得到粉體，經(jīng)550°C馬弗爐煅燒50min，取樣檢測(cè)得到平均粒徑24. 5nm(XRD線寬法)，質(zhì)量百分含量為99. 71%高純氧化鋅。
實(shí)施例2
原料南方一鋼廠煙塵灰2 #其成分的質(zhì)量百分比(％)為
Zn6. 2% Fe29.6% PbO. 87% C15. 24% Si8. 7%堿金屬(k、Na)3.47用于制備高純氧化鋅的方法
(1)浸取取500克煙塵灰2#，用1500ml氨水-碳銨液作為浸取劑進(jìn)行浸??；其中，所述浸取劑中NH3的摩爾濃度c (NH3) =7mol/L, C032_的摩爾濃度c (CO32O =L 5 mol/L,添加
O.75g氟硅酸鈉、O. 075g的表面活性劑SDS、0. 75g的二氰二胺；在浸取時(shí)，采用球磨，并保證球磨機(jī)內(nèi)浸出時(shí)間為30分鐘，球磨機(jī)出口物料全部通過140目篩，再進(jìn)行三段攪拌浸取，各段浸取時(shí)間均為2小時(shí)，固液分離后，所得鋅氨絡(luò)合液中鋅28. 37克(鋅回收率91. 5%)；
(2)預(yù)蒸氨在凈化除雜步驟之前，進(jìn)行預(yù)蒸氨，方法為將浸取后得到的浸取液加熱至105°C進(jìn)行析氨，直至浸取液中c (NH3) =2. 8mol/L，然后加入2g過硫酸銨并攪拌，將預(yù)蒸氨后的液體進(jìn)行固液分離，溶液進(jìn)入凈化除雜步驟；
(3)凈化除雜加入O.85g高錳酸鉀攪拌O. 5h，加入少量聚丙烯酰胺溶液(4mg/L)過濾，濾液按沉淀Cu、Cd、Pb所需硫化鈉的理論量的I. 2倍加入硫化鈉，溫度，70°C，攪拌時(shí)間2h，過濾，濾液加入KMnO4用量為Fe量的3. 5倍，溫度80°C，攪拌Ih (檢測(cè)Fe、Mn合格)，過濾， 濾液按置換Cu、Cd、Pb所需理論鋅粉的2. 5倍加入鋅粉，攪拌30min，溫度60°C，過濾，得濾液；
(4)精制處理在凈化除雜后，進(jìn)行精制處理，方法為凈化除雜處理后的濾液中，I.5g磷酸銨、O. 015g表面活性劑SDS ；
(5)蒸氨結(jié)晶將所得精制液置入蒸氨器中進(jìn)行蒸氨，溶液溫度108°C，在蒸氨結(jié)晶過程中，隨時(shí)檢測(cè)蒸氨塔內(nèi)液體鋅含量，當(dāng)鋅的質(zhì)量含量在1%時(shí)，在蒸氨設(shè)備內(nèi)加入氫氧化鈉溶液，加入質(zhì)量百分含量為30%的氫氧化鈉溶液2. 5ml，鋅質(zhì)量百分含量低于O. 3%時(shí)，結(jié)束蒸氨；得到的乳濁液進(jìn)行固液分離，濾餅按液固比5 1去離子水洗滌，洗滌時(shí)間lh，再過濾分離，得到濾餅；
(6)干燥煅燒濾餅105°C干燥，得到粉體，經(jīng)500°C馬弗爐煅燒60min，取樣檢測(cè)得到平均粒徑13. 8nm(XRD線寬法)，質(zhì)量百分含量為99. 82%高純氧化鋅。
實(shí)施例3
原料西南某鋼廠煙塵灰3 #，其成分按質(zhì)量百分比計(jì)為
Zn 15.4% Fe32. 53% PbO. 67% C25. 28% Si 8.67% 堿金屬(k、Na)2. 52%
用于制備高純氧化鋅的方法
(1)浸取取1000克煙塵灰3#，用3000mL氨水-碳銨液作為浸取劑進(jìn)行浸??；其中，所述浸取劑中NH3的摩爾濃度c (NH3) =5. 8mol/L, C032_的摩爾濃度c (C032_)=1. 15 mol/L，分別添加I. 2g氟硅酸鈉、O. 3g的表面活性劑SDS、3g的二氰二胺；在浸取時(shí)，采用球磨，并保證球磨機(jī)內(nèi)浸出時(shí)間為45分鐘，球磨機(jī)出口物料全部通過140目篩，再進(jìn)行三段攪拌浸取，各段浸取時(shí)間均為2小時(shí)，固液分離后，所得鋅氨絡(luò)合液中鋅142. 45克(鋅回收率92. 5%)；
(2)預(yù)蒸氨在凈化除雜步驟之前，進(jìn)行預(yù)蒸氨，方法為將浸取后得到的浸取液加熱至100°C進(jìn)行析氨，直至浸取液中c (NH3) =2. 9mol/L，然后加入12g過硫酸銨并攪拌，將預(yù)蒸氨后的液體進(jìn)行固液分離，溶液進(jìn)入凈化除雜步驟；
(3)凈化除雜加入4.3g高錳酸鉀攪拌O. 8h，加入少量聚丙烯酰胺溶液(4mg/L)過濾，濾液按沉淀Cu、Cd、Pb所需硫化鈉的理論量的I. 2倍加入硫化鈉，溫度，70°C，攪拌時(shí)間2h，過濾，濾液加入KMnO4用量為Fe量的3. 5倍，溫度80°C，攪拌Ih (檢測(cè)Fe、Mn合格)，過濾，濾液按置換Cu、Cd、Pb所需理論鋅粉的2. 5倍加入鋅粉，攪拌30min，溫度60°C，過濾，得濾液；
(4)精制處理在凈化除雜后，進(jìn)行精制處理，方法為凈化除雜處理后的濾液中，加入6g磷酸銨、O. 12g表面活性劑SDS ；
(5)蒸氨結(jié)晶將所得精制液置入蒸氨器中進(jìn)行蒸氨，溶液溫度108°C，在蒸氨結(jié)晶過程中，隨時(shí)檢測(cè)蒸氨塔內(nèi)液體鋅含量，當(dāng)鋅的質(zhì)量含量在I. 5%時(shí)，在蒸氨設(shè)備內(nèi)加入氫氧化鈉溶液，加入質(zhì)量百分含量為30%的氫氧化鈉溶液9ml，鋅質(zhì)量百分含量低于O. 3%時(shí)，結(jié)束蒸氨，得到的乳濁液進(jìn)行固液分離，濾餅按液固比5 1去離子水洗滌，洗滌時(shí)間lh，再過濾分離，得到濾餅；
(5)干燥煅燒濾餅105°C干燥，得到粉體，經(jīng)580°C馬弗爐煅燒70min，取樣檢測(cè)得到平均粒徑11. 6nm(XRD線寬法)，質(zhì)量百分含量為99. 78%高純氧化鋅。·
實(shí)施例4
原料昆明某鋼廠煙塵灰4#，其成分按質(zhì)量百分比計(jì)為
Zn 9. 7% Fe27. 14% PbO. 85% CdO. 007% C 28% 堿金屬(k、Na) 2. 9%
用于制備高純氧化鋅的方法
(1)浸取取1000克煙塵灰4#，用3000mL氨水-碳銨液作為浸取劑進(jìn)行浸取；其中，所述浸取劑中NH3的摩爾濃度c (NH3) =6. 2mol/L, C032—的摩爾濃度c (C032—) =1. 25 mol/L，分別添加I. 35g氟硅酸鈉、O. 6g的表面活性劑SDS、2. 4g的二氰二胺；在浸取時(shí)，采用球磨，并保證球磨機(jī)內(nèi)浸出時(shí)間為80分鐘，球磨機(jī)出口物料全部通過140目篩，再進(jìn)行三段攪拌浸取，各段浸取時(shí)間均為2小時(shí)，固液分離后，所得鋅氨絡(luò)合液中鋅90. 01克(鋅回收率92. 79%)；
(2)預(yù)蒸氨在凈化除雜步驟之前，進(jìn)行預(yù)蒸氨，方法為將浸取后得到的浸取液加熱至98°C進(jìn)行析氨，直至浸取液中c (NH3) =2. 7mol/L，然后加入7g過硫酸銨并攪拌，將預(yù)蒸氨后的液體進(jìn)行固液分離，溶液進(jìn)入凈化除雜步驟；
(3)凈化除雜加入2.7g高錳酸鉀攪拌O. 8h，加入少量聚丙烯酰胺溶液(4mg/L)過濾，濾液按沉淀Cu、Cd、Pb所需硫化鈉的理論量的I. 2倍加入硫化鈉，溫度，70°C，攪拌時(shí)間2h，過濾，濾液加入KMnO4用量為Fe量的3. 5倍，溫度80°C，攪拌Ih (檢測(cè)Fe、Mn合格)，過濾，濾液按置換Cu、Cd、Pb所需理論鋅粉的2. 5倍加入鋅粉，攪拌30min，溫度60°C，過濾，得濾液；
(4)精制處理在凈化除雜后，進(jìn)行精制處理，方法為凈化除雜處理后的濾液中，加入5g磷酸銨、O. 09g表面活性劑SDS ；
(5)蒸氨結(jié)晶將所得精制液置入蒸氨器中進(jìn)行蒸氨，溶液溫度108°C，在蒸氨結(jié)晶過程中，隨時(shí)檢測(cè)蒸氨塔內(nèi)液體鋅含量，當(dāng)鋅的質(zhì)量含量在I. 2%時(shí)，在蒸氨設(shè)備內(nèi)加入氫氧化鈉溶液，加入質(zhì)量百分含量為30%的氫氧化鈉溶液6ml，鋅質(zhì)量百分含量低于O. 3%時(shí)，結(jié)束蒸氨，得到的乳濁液進(jìn)行固液分離，濾餅按液固比5 1去離子水洗滌，洗滌時(shí)間lh，再過濾分離，得到濾餅；
(6)干燥煅燒濾餅105°C干燥，得到粉體，經(jīng)560°C馬弗爐煅燒75min，取樣檢測(cè)得到平均粒徑12. 5nm(XRD線寬法)，質(zhì)量百分含量為99. 82%的高純氧化鋅。
權(quán)利要求
1.一種利用鋼廠煙塵灰生產(chǎn)高純納米氧化鋅的方法，其特征在于，包括以下步驟 浸取鋼廠煙塵灰、凈化除雜、蒸氨結(jié)晶和干燥煅燒，其特征在于 浸取鋼廠煙塵灰時(shí)，用氨水-碳銨液作為浸取劑進(jìn)行浸??；其中，所述浸取劑中NH3的摩爾濃度c (NH3) =4. 5-7mol/L, CO廣的摩爾濃度c (CO32O = 0. 95-1. 5 mol/L,并在每立方米浸取劑中添加0. 3-0. 5kg氟娃酸鈉,浸取后得到浸取液； 在凈化除雜步驟之前，進(jìn)行預(yù)蒸氨，方法為將浸取后得到的浸取液加熱至95-105°C進(jìn)行析氨，直至浸取液中C(NH3) ( 3mol/L，然后按每立方米的浸取液中加入2-4kg過硫酸銨并攪拌氧化，將預(yù)蒸氨后的液體進(jìn)行固液分離，溶液進(jìn)入凈化除雜步驟； 在凈化除雜后，進(jìn)行精制處理，方法為凈化除雜處理后的液體中，加入磷酸銨和表面活性劑，加入量為每立方米凈化除雜處理后的液體中l(wèi)_3kg磷酸銨、30-50g表面活性劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種利用鋼廠煙塵灰生產(chǎn)高純納米氧化鋅的方法，其特征在于每立方米浸取劑中還添加有0. 05-0. Ikg的表面活性劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種利用鋼廠煙塵灰生產(chǎn)高純納米氧化鋅的方法，其特征在于在每立方米的浸取劑添加有0. 5-lkg的二氰二胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種利用鋼廠煙塵灰生產(chǎn)高純納米氧化鋅的方法，其特征在于在浸取待處理的煙塵灰時(shí)，采用濕法球磨。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種利用鋼廠煙塵灰生產(chǎn)高純納米氧化鋅的方法，其特征在于保證在球磨機(jī)內(nèi)浸出時(shí)間為50 60分鐘，球磨機(jī)出口物料全部通過140目篩。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種利用鋼廠煙塵灰生產(chǎn)高純納米氧化鋅的方法，其特征在于在蒸氨結(jié)晶過程中，隨時(shí)檢測(cè)蒸氨塔內(nèi)液體鋅含量，當(dāng)鋅的質(zhì)量含量在1-1. 5%時(shí)，在蒸氨設(shè)備內(nèi)加入氫氧化鈉溶液，加入的氫氧化鈉溶液為每立方米蒸氨液體加入質(zhì)量百分含量為30%的氫氧化鈉溶液3-5升，鋅質(zhì)量百分含量低于0. 3%時(shí)，結(jié)束蒸氨。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種利用鋼廠煙塵灰生產(chǎn)高純納米氧化鋅的方法，其特征在于所述干燥煅燒溫度為300-450°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用鋼廠煙塵灰生產(chǎn)高純納米氧化鋅的方法，采用氨水-碳銨液作為浸取劑進(jìn)行浸取，并在每立方米浸取劑中添加0.3-0.5kg氟硅酸鈉，在凈化除雜步驟之前，進(jìn)行預(yù)蒸氨，在凈化除雜后，進(jìn)行精制處理；本發(fā)明將氨法應(yīng)用于對(duì)鋼廠煙塵灰的處理，并對(duì)現(xiàn)有氨法進(jìn)行了適應(yīng)性改進(jìn)，使得鋼廠煙塵灰中的鋅得到充分回收利用，通過本發(fā)明技術(shù)手段的處理，得到的氧化鋅純度可以達(dá)到99.7%以上，粒徑分布在10-60nm的納米氧化鋅產(chǎn)品，本發(fā)明的處理方法能耗低、效率高，浸取劑循環(huán)利用，徹底地解決了鋼廠高爐煙塵的鋅負(fù)荷問題，既滿足了鋼廠對(duì)有害成分鋅以及堿金屬的凈化要求達(dá)到生產(chǎn)的良性循環(huán)，又回收了鋼廠寶貴的鐵、炭資源。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102826586SQ20121035820
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者陳尚全, 李時(shí)春, 李曉紅 申請(qǐng)人:四川巨宏科技有限公司