Спосіб отриманняоксиду цинку з цинквмісних продуктів
Використання: одержання неорганічних пігментів, зокрема оксиду цинку. Сутність способу: цинксодержащее сировину розчиняють у сірчаній кислоті з концентрацією 200 г/дм 3 . Розчин сульфату цинку обробляють гідроксидом амонію. Утворюється основний сульфат цинку із вологістю 150%. Осад обробляють розчином карбонату амонію або бікарбонату амонію з концентрацією 25 - 62 г/дм 3 карбонат-іону. Сушать і прожарюють при 750°С. Оксид цинку має велику частинку 0,2 мкм; білизна 97%. Вміст водорозчинних домішок 0,15%. Вміст основної речовини 995%. 1 табл.
Винахід відноситься до галузі отримання неорганічних пігментів і може бути використане при отриманні оксиду і карбонату цинку з продуктів, що містять цинк.
Важливими якісними характеристиками пігментного оксиду цинку (цинкові білила) є: масова частка ZnO та домішок, розчинних у воді, а також дисперсність, що визначає одну з характеристик, що нормуються за ГОСТом, - покриваність.
При гідрометалургійному способі одержання оксиду цинку. Останні дві характеристики визначаються як умовами синтезу, і способом подальшої доопрацювання продукту. Так, всі заходи, вжиті при управлінні синтезом високодисперсного продукту, можуть бути зведені нанівець на наступних стадіях промивання, фільтрування, сушіння та прокалювання. Зокрема, тривале перебування частинок у маточному розчині (синтез, промивання, фільтрування) призводить до зростання великих частинок за рахунок втрат дрібних (переконденсація), а, отже, до зниження дисперсності продукту.
Відомий спосіб отримання оксиду цинку осадженням його гідроксидом амонію, з наступним прокалюванням.
Прототипом винаходу обраний спосіб, згідно з яким оксид цинку одержують, осаджуючи гідроксидом амонію з розчину ZnSO4основний сульфат цинку. Після обробки осаду водою його сушать і прожарюють у трубчастій печі, що обертається, при температурі 900 про С, отримуючи оксид цинку.
При обробці основного сульфату, обложеного NH4OH, водою (дворазове відмивання) відбувається явне зростання кристалів у процесі переконденсації: зменшується число дрібних частинок і зростає кількість великих. Після прожарювання такого осаду при температурі 900-950 про Утворюється полідисперсний продукт з розміром частинок 0,8-2 мкм.
Крім того, висока витрата води на відмивання.
Метою винаходу є підвищення якості оксиду цинку та спрощення процесу його отримання.
Поставлена мета досягається тим, що виділення осаду проводять гідроксидом амонію з подальшою обробкою його розчином карбонату або бікарбонату амонію концентрацією 40-100 г/дм 3 .
При здійсненні способу відбуваються наступні реакції: ZnSO4 + NH4OH ->> 3Zn(OH)2ZnSO4 + + (NH4)2SO4 3Zn(OH)2 ZnSO4 + (NH4)2CO3 ->> ->>3Zn(OH)2 ZnCO3 + (NH4)2SO4.
Здійснення процесу таким чином призводить до того, що кристали основного сульфату цинку руйнуються при обробці розчинами карбонатів, і при подальшому прожарюванні або сушінні руйнування завершується утворенням оксиду дрібнодисперсного цинку.
Обложений гідроксидом амонію основний сульфат цинку обробляють розчином карбонату амонію концентрацією 40-100 г/дм 3 . При концентрації нижче 40 г/дм 3 недостатньо повно відбувається реакція заміщення сульфат-іону на карбонат-іон, внаслідок чого в твердій фазі залишається більше сульфатів, що вимагатиме збільшення температури прокалювання вище 800 про С, а це призведе до зниження якості одержуваного оксиду цинку ( зниженню дисперсності та хімічної активності, появі жовтизни).
При концентрації карбонатуамонію понад 100 г/см 3 в системі починають превалювати переконденсаційні процеси, що тягнуть за собою зростання кристалів. В результаті після прожарювання виходить оксид цинку з незадовільною дисперсністю, а це знижує його товарну якість. Крім того, збільшення концентрації карбонату амонію понад 100 г/дм 3 не підвищуючи ступеня видалення сульфат-іону з осадженого продукту, призводить до того, що карбонат амонію починає кристалізуватися спільно з карбонатом цинку.
Таким чином, сукупність відмінних ознак пропонованого винаходу - виділення цинксодержащего осаду з розчину гідроксидом амонію, з подальшою його обробкою розчином карбонату амонію концентрацією 40-100 г/дм 3 дозволяє досягти поставленої мети: отримати високодисперсний, однорідний, активний оксид з високим ступенем білизни (97%), що містить 99,8% основної речовини, 0,06% водорозчинних домішок та 0,006% домішок, нерозчинних HCL. Розмір частинок оксиду цинку, отриманого за пропонованим способом, в 5-15 разів менше, ніж у способі прототипу; спростити процес отримання оксиду цинку за рахунок скорочення числа операцій з обробки основного сульфату цинку (відмивання) у 2 рази, за рахунок цього скорочується кількість використовуваного обладнання та відповідно виробничі площі, які він займає та енергетичні витрати на їх роботу; крім того, скоротити обсяг води, яка використовується в технологічному циклі.
Приклади здійснення способу П р і м е р 1. 500 г шлаковозгонів свинцевого виробництва складу, %: Zn 55,9; Pb 15,1; Fe 1,47; As 0,8; Sn 0,22; SiO2 0,54 та ін, розчиняли в розчині сірчаної кислоти концентрацією 200 г/дм 3 при Ж:Т = 4:1, температурі 85 про С протягом 2 год, до рН 5,2.
З отриманогорозчину ZnSO4 (1,9 дм 3 ), що містить 110 г/дм 3 цинку, осаджували гідроксидом амонію (концентрацією 25%) основний сульфат цинку 3Zn(OH)2 ZnSO4. Витрата гідроксиду амонію становила 0,63 дм 3 . Маса одержаного вологого осаду 965 г; маса сухого осаду 439 р. Вологість 150%. Зміст SO4 2 - у ньому 31%.
965 г вологого основного сульфату цинку обробляли розчином карбонату амонію концентрацією 40 г/дм 3 в реакторі з пристроєм, що перемішує при 40 про С і тривалості процесу 30 хв. Об'єм обробного розчину 2,9 дм 3 . Після завершення обробки тверду фазу відокремлювали від водної фільтруванням. Вологий осад мав масу 824 р. Вологість його 155%. Зміст сухого цинку карбонату в ньому 628 г. Вміст SO4 2- 3,0%. Осад сушили і прожарювали при 750 про С. У результаті отримували 248 г ZnO.
П р і м е р 2. Вологий осад основного сульфату цинку (965 г з вологістю 155% ), отриманий аналогічно описаному в прикладі 1 способу, обробляли розчином карбонату амонію концентрацією 60 г/дм 3 в реакторі з пристроєм, що перемішує, при температурі 4 С та тривалості процесу 30 хв. Об'єм обробного розчину 4,5 дм 3 . Після завершення обробки тверду фазу відокремлювали від водної фільтруванням. Вологий осад мав масу 780 р. Вологість його 150%. Сухого цинку карбонату в ньому було 628 р. Зміст SO4 2- 2,9%. Осад сушили при 105 про З і прожарювали при 700 про З. В результаті чого отримано 240 г ZnO.
П р і м е р 3. Вологий осад основного сульфату цинку (965 г з вологістю 155% ), отриманий аналогічно описаному в прикладі 1 способу, обробляли розчином карбонату амонію концентрацією 100 г/дм 3 в реакторі з перемішуючим пристроєм при температурі 4 та тривалості процесу 30 хв. Обсяг обробногорозчину 3,7 дм3. Після завершення обробки тверду фазу відокремлювали від водної фільтруванням. Вологий осад мав масу 740 р. Вологість його 145%. Сухого цинку карбонату в ньому було 628 р. Зміст SO4 2- 2,9%. Осад сушили при температурі 105 про З і прожарювали при температурі 750 про З. В результаті чого отримували 245 г ZnO.
П р і м е р (прототипом). 500 г шлаковозгонів свинцевого виробництва складу, %: Zn 55,9; Pb 15,1; Fe 1,47; As 0,8; Sn 0,22; SiO2 0,54 розчиняли в розчині сірчаної кислоти до досягнення рН 5. З отриманого розчину ZnSO4 (V 1,9 дм 3 ), що містить 110 г/дм 3 цинку, концентрованим розчином аміаку осаджували основний сульфат цинку. Витрата гідроксиду амонію становила 0,65 дм 3 . Маса одержаного вологого осаду 965 г. Маса сухого осаду 440 г. Вологість 150%. Зміст SO4 2 - у ньому 30%.
965 г основного вологого сульфату цинку обробляли водою при Ж:Т = 7: 1, температурі 30 про С, тривалості 30 хв, дворазово, після кожної стадії відфільтровуючи осад.
Порівняльна характеристика якості оксиду цинку, отриманого за пропонованим і відомим способам, представлена в таблиці.
Таким чином, при використанні пропонованого винаходу, порівняно з прототипом, покращується якість одержуваного оксиду цинку та скорочується кількість операцій, тобто. відсутня двостадійна відмивання та фільтрація.
СПОСІБ ОТРИМАННЯ ОКСИДУ ЦИНКУ З ЦИНКСОДЕРЖАЮЧИХ ПРОДУКТІВ, що включає розчинення вихідного матеріалу в сірчаній кислоті, виділення цинквмісного осаду з отриманого розчину гідроксидом амонію, його обробку, сушіння і прокалку, який відрізняється тим, що обробка бонат-іона 25 - 62 г/дм 3 .