[发明专利]一种纳米氧化锌的制备方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于氧化锌制备的技术领域，具体涉及一种纳米氧化锌的制备方法和装置。

背景技术

纳米氧化锌是一种新型高功能精细无机产品，由于颗粒尺寸的细微化，比表面积急剧增加，使得纳米氧化锌产生了其本体块状物料不具备的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。因而，纳米氧化锌在磁、光、电、敏感等方面具有一般氧化锌产品无法比拟的特殊性能和新用途。利用纳米氧化锌的紫外屏蔽能力，可制成紫外线过滤器、化妆品防晒霜；利用氧化锌的电阻变化，可制成报警器、吸湿离子、传导温度计；利用氧化锌半导体光敏理论，纳米氧化锌可作为高效光催化剂，用于降解废水中有机污染物，净化环境。由于纳米氧化锌具有许多优异的性能，被广泛地用于各个领域，受到科技工作者的广泛关注。

纳米氧化锌的制备方法很多，但国内目前尚没有成熟、比较先进的工业化制备技术，目前大多都处于实验研究阶段，一般可分为物理方法和化学方法。物理方法多为采用特殊的粉碎技术，将普通级粉体粉碎成细小的微粒，其缺点是能耗大，工业化困难；化学法是在控制一定的条件下，使得原子或分子成核，生成或凝聚成具有一定尺寸和形状的粒子。化学法是我国目前纳米材料研究的主要方法，又可以分为气相法，液相法，固相法三种。从工业化的角度制备纳米氧化锌仍然需要解决的问题是：(1)粒度分布不均；(2)产品重复性较差；(3)工程化困难等。目前的研究现状是：(1)气相法在我国目前尚处于小试阶段，在达到工业化生产之前，还需要解决一系列工程和设备材质问题，技术难度较大；(2)固相化学反应法具有一些优越性，不需溶剂、转化率高、工艺流程简单、能耗较低等特点，但是工程化困难；(3)液相法是常用的制备纳米氧化锌的方法，由于液相反应的可控制性，很容易通过改善适当的条件来控制反应的进行，从而得到一定大小、形貌的产品，具有可靠性和重复性，易于工业化，因此液相法是国内目前纳米氧化锌制备的主要方法，也是最具有工业化前景的方法。

氨法纳米氧化锌制备是典型的液相均匀沉淀法。氨法工艺过程为用碳铵-氨水浸取锌矿石，使得锌转移到液相中，再进行蒸氨沉锌，干燥煅烧等后续工艺最终得到纳米产品。氨法工艺具有处理原料广，浸出液很容易净化，不腐蚀设备，经济指标好，氨水和二氧化碳可以循环利用，无二次污染，是目前研究较多也比较有前途的工艺方法。以下对氨法纳米氧化锌制备工艺过程进行一个系统的描述。

氨法工艺包括氨浸、除杂净化、蒸氨沉锌、干燥煅烧等几个步骤，其工艺原理及流程如图1所示。其中蒸氨结晶过程是制备纳米产品的一个关键步骤，蒸氨过程既改变了溶液的pH，又破坏了锌氨络合物，NH3等气体热分解蒸发出来，构晶粒子均匀结晶沉淀出来，从而制得了前驱体沉淀。

生产上主要用热蒸汽加热锌氨溶液而实现沉锌，蒸氨法锌沉淀率高，工艺简单可控，NH₃可回收利用，是目前研究和应用的主要方法。蒸氨沉锌法过程是，用蒸汽直接加热锌氨络合物使溶液中的锌氨络合物热分解，使氨解析出来，析出碱式碳酸锌沉淀，NH₃和CO₂回收后循环利用。

3[Zn(NH₃)₄]²⁺+3CO₃^2-+3H₂O→ZnCO₃·2Zn(OH)₂·H₂O↓+12NH₃↑+2CO₂↑(1)

蒸氨沉锌过程是产生纳米氧化锌前驱物的关键步骤，此过程直接影响产品的质量。目前此工艺过程存在的问题为：(1)将溶液络合物内的NH₃蒸出，能耗较大；(2)蒸氨过程是一个由液相到固相的相变过程，建立一个连续生成流程是工艺关键；(3)现有技术中在小处理量的条件下采用锅炉蒸氨，此种方法效率低，能耗量大，不能连续生产，产品质量不稳定，致使生产的氧化锌粒径不均匀，严重影响其品质，且难以形成工业化生产。因此，需要研究开发一种既能在低能耗下具有较高的脱氨沉锌率，又能制备出较高产品质量的连续化工艺，其要解决的关键点在于①以最低能耗提高氨气的蒸发率，相应提高了沉锌率；②制备颗粒均匀细小的前驱体；③解决相变过程中沉淀疏通问题；④产品质量稳定，粒径均匀，且实现连续化生产。

发明内容