專利名稱：：超微氧化鋅制取的工藝與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于濕法冶金與化工行業(yè)等
技術(shù)領(lǐng)域：
。在世界各國氧化鋅的生產(chǎn)中，采用濕法工藝日益受到高度重視，按質(zhì)量和用途可分三檔a)低檔品包括低度氧化鋅(含60～85％ZnO)與次氧化鋅(含85～97.9％ZnO)；b)中檔品包括等級(jí)氧化鋅(含98.0～99.9％ZnO)與飼料氧化鋅；c)高檔品包括活性氧化鋅(ActiVeZincOxidcOxide，下稱“AZO”)與超微氧化鋅，又分μm級(jí)(粒度—10Um～0.1μm)和nm級(jí)(粒度—100nm～10nm)。“超微”是超細(xì)微粒(Ultrafineparticles)的簡(jiǎn)稱(下稱“UFP”)，粒度—10μm的AZO即超微氧化鋅(下稱“UFP-AZO”)，目前它是世界各國投巨資開發(fā)研制，進(jìn)行激烈競(jìng)爭(zhēng)所搶占的AZO制高點(diǎn)。公知AZO的制取工藝，可分酸法與堿法。酸法制備AZO，以中國專利[1]與[2]為例，普遍存在產(chǎn)品粒度較粗，不能達(dá)到μm級(jí)，比表面積小，只達(dá)20～50m2/g等；資料[3]與[4]公開堿法制備AZO的工藝，堿法又叫“氨法”，即加氨水等原材料處理含ZnO物料制取AZO的工藝。該工藝的顯著特點(diǎn)是氨可以循環(huán)使用，但氨法尚存下列問題①工藝流程中氨嗅泄漏等環(huán)保問題難于解決；②產(chǎn)品顆粒大小不均粒度難于調(diào)控；③氨的回收裝置投資大，工藝技術(shù)較為復(fù)雜。所以，用酸法或堿法制AZO，產(chǎn)品比表面積小，粒度達(dá)不到UFP要求，質(zhì)量低下，難以參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，長(zhǎng)期以來得不到很好地解決。本發(fā)明的任務(wù)，不用氨水，而是使用至少一種鋅鹽ZnX(X＝SO4、(NO3)2、Cl2，即硫酸鋅、硝酸鋅、氯化鋅。下同)或其混合鹽的溶液，與至少一種碳酸鹽MCO3(M＝Na2、NaH、K2、KH)等堿金屬和/或(NH4)2、NH4H等含NH4+)或其混合鹽的溶液作用使用草酸作沉淀劑，成本高不合算)，生成碳酸鋅沉淀和MX鹽(MX＝硫酸鹽，硝酸鹽、氯化物。下同)母液，過濾分離獲得超微ZnCO3(下稱“UFP—ZnCO3”)粉料做原料，用公知熱解方法制取AZO和UFP—AZO，優(yōu)選經(jīng)熱解收塵等主要工序制取，從而徹底解決長(zhǎng)期未能解決的氨嗅漏泄等技術(shù)和環(huán)保難題，回收副產(chǎn)MX鹽又可顯著降低生產(chǎn)成本。公知熱解方法可用反射爐、回轉(zhuǎn)窯。馬沸爐等冶金爐，優(yōu)選采用間接加熱的真空冶金爐，有利碳酸鹽的熱分解。自濕法冶金有史以來，制取ZnO產(chǎn)品的傳統(tǒng)工藝，是把ZnSO4凈化溶液(下稱“凈液”)一次注入反應(yīng)槽內(nèi)，加熱攪拌下加固體Na2CO3等碳酸鹽，以減少回收Na2SO4等硫酸鹽時(shí)的濃縮蒸發(fā)量，其用量為理論用量1.20～1.25倍，反應(yīng)結(jié)束沉淀過濾獲得ZnCO3原料熱解制備ZnO產(chǎn)品。本發(fā)明人進(jìn)行了長(zhǎng)期細(xì)致的試驗(yàn)研究指出在沉淀反應(yīng)過程中，ZnCO3晶粒容易長(zhǎng)大并夾帶雜質(zhì)一起沉淀，很難獲得超細(xì)與高純的粉料，固體碳酸鹽等容易產(chǎn)生局部過量，Zn的回收率低達(dá)～95％；而在ZnCO3熱解時(shí)需850℃熱解2h，所得ZnO晶粒會(huì)明顯長(zhǎng)大，有時(shí)需要研磨，產(chǎn)品才能出廠。本發(fā)明工藝流程，包括沉淀過濾、熱解收塵等主要工序。沉淀過濾工序其工藝與裝置的特點(diǎn)，如圖1所示，用至少兩條由加熱(如蒸汽、電、煤氣等能源加熱)調(diào)溫的高位槽A、調(diào)節(jié)閥門B、流量計(jì)C以及聯(lián)接管道(無圖)等主要設(shè)備和公知儀表組成的輸液線路，分別輸送ZnX凈液和MCO3溶液到原子反應(yīng)器D，經(jīng)混合反應(yīng)隨即注入攪拌槽E，用過濾機(jī)F(如板框壓濾機(jī)、離心過濾機(jī)等)過濾，獲得UFP—ZnCO3粉料，供熱解工序使用。該工序的主要工藝條件是a)原料濃度—[鋅鹽]0.50～2.50molZmX；[碳酸鹽]0.50～1.50molMCO3，其用量為理論量的1.01～1.05倍。b)溶液溫度，ZnX凈液溫度t1＝室溫～90℃MCO3溶液溫度t2＝70℃。c)母液MX的PH＝6.8～7.2，攪拌速度越快越好。本發(fā)明原子反應(yīng)器D的特點(diǎn)。如圖1至圖3所示，它是有一個(gè)共同出口流出液體的、至少兩根并列重疊或重套組成的管子結(jié)構(gòu)。如D1型是兩根并列重疊放置的管子結(jié)構(gòu)，D2型至D5型是兩根或多根重套的管子結(jié)構(gòu)。為了使ZnX凈液與MCO3溶液能充分混勻，在原子反應(yīng)器共同出口的下端，如圖2所示，裝置一個(gè)可以淋浴的蓮蓬頭1，優(yōu)選在其內(nèi)裝置一個(gè)旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片2，其外設(shè)置一個(gè)電磁攪拌器3，驅(qū)動(dòng)葉片包裹的磁性材料，帶動(dòng)葉片加速旋轉(zhuǎn)，起著將ZnX凈液與MCO3溶液充分混勻的作用。依據(jù)本發(fā)明的任務(wù)與沉淀過濾的工藝條件，其操作特點(diǎn)如圖1至圖3所示，將預(yù)定濃度的ZnX凈液與MCO3溶液，分別裝入高位槽A中，分別加熱至t1與t2，用調(diào)節(jié)閥門B與流量計(jì)C來調(diào)控這兩類溶液的流量，以滿足沉淀反應(yīng)的要求，其MCO3的用量為理論用量的1.01～1.05倍。用上述至少兩條輸液線路分別輸送ZnX凈液與MCO3溶液至原子反應(yīng)器。具有一定溫度的該兩類溶液，在原子反應(yīng)器的共同出口處混合并立刻產(chǎn)生沉淀反應(yīng)?；蛘咴摶旌先芤涸诋a(chǎn)生沉淀反應(yīng)的同時(shí)被螺旋葉片切割粉碎，經(jīng)蓮蓬頭1上的眾多小孔4分散，以淋浴狀隨即注入攪拌槽E中，沉淀反應(yīng)剛剛生成的ZnCO3晶粒，與由攪拌器帶動(dòng)的、高速旋轉(zhuǎn)的MX母液接觸，被剪切粉碎使之來不及長(zhǎng)大，就被分散到母液中去。攪拌速度越快則ZnCO3晶粒越細(xì)。母液MX的PH值控制6.8～7.2，再用過濾機(jī)F過濾分離MX母液，便可得到UFP—ZnCO3，供下道工序使用。為了克服熱解時(shí)ZnO晶粒長(zhǎng)大的可能，降低熱解溫度，進(jìn)一步細(xì)化ZnO晶粒，提高比表面積，解決長(zhǎng)期以來未能解決的技術(shù)難題，本發(fā)明熱解收塵的工藝與裝置的特點(diǎn)，如圖4與圖5所示，至少包括氣粉輸送，熱解，至少有一級(jí)收塵(如機(jī)械收塵、布袋收塵、電收塵等其中之一種。下同)的工藝過程(如點(diǎn)劃線g1g2g3的線路所示)，優(yōu)選包括氣粉輸送、氣粉預(yù)熱、熱解、兩級(jí)收塵末級(jí)為電收塵的工藝過程(如G1G2G3G4的線路所示)。氣粉輸送工序的主要工藝條件是a)氣粉輸送—含Zn粉料(包括一般常用的碳酸鋅、氧化鋅、氫氧化鋅、草酸鋅、UFP-ZnCO3等含Zn粉料。下同)的含水量≯10％，含O2氣體的壓力0.50～3.00MPa，其合{O2}量20～35％并優(yōu)選空氣，氣粉流50～200kg/Nm3；b)氣粉預(yù)熱-預(yù)熱爐爐瞠溫度600～900℃，爐尾廢氣出口溫度450～650℃；c)熱解——分子熱解爐內(nèi)壓力0.01～0.20MPa；爐內(nèi)熱解溫度300～700℃，擴(kuò)散板的轉(zhuǎn)速越快越好。熱解收塵工序的主要工藝條件是氣粉輸送碳酸鋅粉料的原料含水量≯10％；含O2氣體G的壓力P1＝0.50～3.00MPa，優(yōu)選空氣；氣粉流Q＝50～200Kg/Nm3；氣粉預(yù)熱的主要工藝條件是預(yù)熱爐爐瞠溫度t1＝600～900℃；爐尾廢氣出口的溫度t2＝450～650℃，熱解的主要工藝條件是分子熱解爐爐內(nèi)壓力P2＝0.01～0.20MPa；爐內(nèi)熱解溫度t3＝300～700℃；擴(kuò)散板的轉(zhuǎn)速越快越好。熱解過程的收塵，至少有一級(jí)收塵器，其末級(jí)的收塵器廢氣出口的壓力PO2＝-10～10mm水柱。預(yù)熱爐可用煤、煤氣、電等能源加熱，分子熱解爐可用電、煤氣、煤等能源間接加熱，和/或優(yōu)選使用預(yù)熱爐排出的廢氣間接加熱。本發(fā)明使用含Zn粉料做原料，熱解制取UFP—AZO的裝置特點(diǎn)，如圖5所示，至少包括噴粉缸A、分子熱解爐C，至少一級(jí)收塵器D等設(shè)備組合的裝置(如點(diǎn)劃線g1g2g3所示)，優(yōu)選包括(如G1G2G3G4線路所示)噴粉缸A、預(yù)熱爐B、分子熱解爐C、兩級(jí)收塵器末級(jí)為電收塵器(如前級(jí)用機(jī)械收塵或布袋收塵，末級(jí)用電收塵)以及聯(lián)接管道等設(shè)備組合的裝置。噴粉缸是由裝含Zn粉料的缸體4、缸體下粉料出口的調(diào)控閥門2，與閥門連通的送粉件1(其動(dòng)作可用電動(dòng)、電磁動(dòng)、氣動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)等動(dòng)力調(diào)控。下同)，與送粉件相通的混合器3等零部件構(gòu)成的設(shè)備。含O2氣體(優(yōu)選空氣)并優(yōu)選預(yù)熱含O2氣體G，從混合器入口a送入，與送粉件送來的含Zn粉料混合后，由其出口b送往分子熱解爐，優(yōu)選經(jīng)預(yù)熱后送住分子熱解爐。調(diào)控G的流量與壓力P1。使混合器輸出的氣粉流Q＝50～200kg/Nm3。預(yù)熱爐是由用耐火材料與鋼結(jié)構(gòu)件等構(gòu)成筑制造的爐體6，在爐體的適當(dāng)位置有加熱件5(如使用煤氣加熱時(shí)，可安裝在爐體的一端(爐頭)；如作用電加熱時(shí)可安裝在爐體內(nèi)等，使?fàn)t瞠溫度保持t1＝600～900℃)，在爐尾有廢氣出口9使其廢氣出口溫度t2＝450～650℃，在爐體內(nèi)設(shè)置至少兩組熱交換件7與8(優(yōu)選用耐熱金屬管制造，其作用是分別對(duì)氣粉流Q與含O2氣體G加熱)等零件部件構(gòu)成的設(shè)備。本發(fā)明分子熱解爐是由用耐火材料與不銹鋼或金屬鈦等耐熱金屬材料構(gòu)筑制造的爐體13，爐體上有加熱件10，在爐體內(nèi)一條軸線兩側(cè)對(duì)應(yīng)的爐壁上，分別安裝噴咀11和旋轉(zhuǎn)的擴(kuò)散板15，并且噴咀垂直于板面。擴(kuò)散板優(yōu)選用爐體外的電動(dòng)機(jī)(無圖)直接帶動(dòng)，高速旋轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)速＞800r/min，越快越好)，熱解后AZO氣粉的出口12等零部件構(gòu)成的設(shè)備，可用電、煤氣、煤等能源間接加熱爐體13和/或使用預(yù)熱爐排出的廢氣余熱間接加熱，使?fàn)t內(nèi)溫度t3＝300～700℃，廢氣出口的壓力PO1＝-10～10mm水柱，調(diào)控射入、爐內(nèi)的氣粉Q的流量與載粉濃度(kg/Nm3)和爐內(nèi)熱解條件協(xié)調(diào)配合，使其壓力P2＝0.01～0.20MPa，粉料在此得以充分熱解并進(jìn)一步細(xì)化。依據(jù)本發(fā)明的任務(wù)與熱解收塵的工藝條件，使用碳酸鋅等含Zn粉料做原料，熱解收塵的操作特點(diǎn)(即操作方法及其過程)是，如圖4與圖5所示a)氣粉輸送操作——將噴粉缸的控制閥門2關(guān)閉，在缸體1中裝入含水量≯10％的含Zn粉料。用氧氣瓶和氮?dú)馄康慕M臺(tái)輸氣裝置(無圖)并選用壓縮空氣，先把含O2氣體G的含{O2}量、流量與壓力P1調(diào)好后，再送往混合器3的入口a，再把輸送線路g1g2g3或G1G2G3G4進(jìn)行清洗，使之暢通，爾后開啟閥門2使含Zn粉料落下，用送粉件1定量將粉料送入混臺(tái)器3，達(dá)到輸送氣粉流Q＝50＝200kg/Nm3之目的，由出口b送往分子熱解爐。優(yōu)選經(jīng)預(yù)熱爐B預(yù)熱后送去分子熱解爐。b)預(yù)熱爐操作——啟動(dòng)預(yù)熱爐B的加熱件5(如用煤氣點(diǎn)火升溫或送電加熱等)，使?fàn)t瞠溫度保持t1＝600～900℃，對(duì)熱交換件(優(yōu)選用耐熱金屬管制造)7與8內(nèi)的氣粉流Q與含O2氣體G加熱，調(diào)控使得爐尾出口9的廢氣溫度t2＝450～650℃。c)分子熱解爐操作——啟動(dòng)分子熱解爐C的加熱件10，可用電、煤氣、煤等能源間接加熱，優(yōu)選引入預(yù)熱爐排出的廢氣余熱間接加熱，使?fàn)t內(nèi)溫度(即熱解溫度)保持t3＝300～700℃，其廢氣出口壓力PO1＝-10～10mm水柱。開動(dòng)電動(dòng)機(jī)(無圖)帶動(dòng)擴(kuò)散板15高速旋轉(zhuǎn)(＞300r/min)，然后將氣粉流Q(優(yōu)選經(jīng)預(yù)熱的氣粉流Q)，經(jīng)噴咀11垂直高速射向擴(kuò)散板，調(diào)控其流量與含粉濃度(kg/m3)并與爐內(nèi)熱解溫度協(xié)調(diào)配合，使?fàn)t內(nèi)壓力P2＝0.01～0.20MPa。熱解后的UFP—AZO從出口12進(jìn)入收塵系統(tǒng)。d)收塵操作——至少有一級(jí)收塵器，如機(jī)械收塵、布袋收塵、電收塵等公知設(shè)備，其末級(jí)收塵器用電收塵器將氣粉分離，獲得UFP—AZO產(chǎn)品，其末級(jí)(電收塵器)廢氣出口的壓力PO2＝-10～10mm水柱。本發(fā)明熱解收塵的工藝與裝置是連續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)的。在開爐時(shí)應(yīng)首先啟動(dòng)分子熱解爐C和預(yù)熱爐B，爾后方可以進(jìn)行氣粉輸送的操作；在停爐前，應(yīng)將管道與熱交換件7與8等容器內(nèi)的含Zn粉料噴吹干凈，不留殘雜物，然后才能停氣停爐。含O2氣體G經(jīng)熱交換件8加熱后，送至混合器3，如圖5所示，與含Zn粉料形成氣粉流Q并進(jìn)行熱量交換，再次送往熱交換件7加熱，使含Zn粉料再次受熱升溫，由噴咀11高速射入分子熱解爐C內(nèi)?？梢姡跉夥哿鞯妮斔瓦^程中(如G1G2G3G4所示)，粉料首先脫水，也有一部分粉料(如碳酸鋅、氫氧化鋅、草酸鋅等，其理論熱解溫度都在300℃以下)開始熱解。在壓力P1＝0.50～3.00MPa的作用下，由噴咀高速射向高速旋轉(zhuǎn)的擴(kuò)散板15。在分子熱解爐內(nèi)，含Zn粉料受到a)氣粉流Q從噴咀射出的速度高達(dá)亞音速、音速、甚至超音速射向擴(kuò)散板15。產(chǎn)生射流粉碎力，有利于含Zn粉料顆粒的進(jìn)一步細(xì)化。b)高速旋轉(zhuǎn)(＞800r/min)的擴(kuò)散板，對(duì)垂直于板面的氣粉流Q，產(chǎn)生強(qiáng)大的機(jī)械剪切力，獲得與上述(a)一樣好的效果。c)當(dāng)氣粉流Q射入爐內(nèi)時(shí)，壓力(由P1＝0.50～3.00MPa)突然劇降(P3＝0.01～0.20MPa)，立刻產(chǎn)生膨脹擴(kuò)散力，具有“爆米花效應(yīng)”的作用，使含Zn顆粒的內(nèi)部產(chǎn)生在電子顯鏡下觀察到的裂紋與溝槽(只有nm～A的尺度大小)。在本發(fā)明分子熱解爐的條件下，含Zn粉料受到射流粉碎力、機(jī)械剪切力、膨脹擴(kuò)散力等三種強(qiáng)勁力量的共同作用，不僅細(xì)化了晶粒(實(shí)踐表明，細(xì)化了的晶粒又會(huì)使熱解溫度顯著降低，參看資料[5]與[6]，還產(chǎn)生“爆米花效應(yīng)”的最佳效果，從顯著地提高了比表面積。附圖詳細(xì)說明如下圖1，沉淀過濾工序的工藝與裝置示意圖，包括A可加熱調(diào)溫的高位槽，B調(diào)節(jié)閥門，C流量計(jì)，D原子反應(yīng)器(D1型為兩根重疊放置的管子結(jié)構(gòu))，E攪拌槽，F(xiàn)壓濾機(jī)等。t1與t2分別為ZnX凈液和MCO3溶液的溫度。圖2，帶蓮蓬頭的原子反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖，包括D2型原子反應(yīng)器是兩根重套的管子結(jié)構(gòu)，內(nèi)管與外管分別輸送ZnX與MCO3的溶液，1蓮蓬頭、2螺旋葉片(其內(nèi)包括裹磁性材料)，3電磁攪拌器，4眾多小孔。圖3，是原子反應(yīng)器各型號(hào)的主視圖與俯視圖，包括D3型是兩根重套的管子結(jié)構(gòu)，外管上有兩個(gè)進(jìn)液口，可輸送兩種不同的MCO3或ZnX的溶液，D4型是兩根并列的管再外套一根較大的管子結(jié)構(gòu)，D5型是四通管中的一根再外套一根管的管子結(jié)構(gòu)，且外套管子上有兩個(gè)進(jìn)液口，其余均為一個(gè)進(jìn)液口。圖4，熱解收塵工藝示圖意圖。圖5，是熱解收塵裝置示意圖，包括A噴粉缸及其1送粉件，2調(diào)控閥門、3混合器的進(jìn)口a與出b、4缸體等，B預(yù)熱爐及其5加熱件、6爐體、7與8熱交換件、9廢氣出口，C分子熱解爐及其10加熱件、11噴咀、12氣粉出口、13爐體、11廢氣出口、D收塵器及其16與17的兩級(jí)收塵器等。點(diǎn)劃線g1g2g3表示含O2氣體G輸送預(yù)未預(yù)熱氣粉流Q的線路，G1G2G3G4表示已預(yù)熱的路線。PO1是預(yù)熱爐廢氣出口，PO2是熱解爐廢氣出口。下面以沉淀過濾，熱解收塵等主要工序的工藝與裝置的實(shí)施例，進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。沉淀過濾工序使用的設(shè)備儀表——用兩個(gè)5立方升燒杯做高位槽，電爐盤加熱控溫。為實(shí)驗(yàn)室用小型流量10～500ml/min范圍。實(shí)施例1與實(shí)施例3至30使用的原子反應(yīng)器，都是帶蓮蓬頭的，只有實(shí)施例2是不帶蓮蓬頭的原子反應(yīng)器，并且選取D2至D5型，如圖1至3所示；原子反應(yīng)器內(nèi)管內(nèi)徑1.00mm，外管內(nèi)徑3.10～6.00mm，聯(lián)接管(塑料材質(zhì))內(nèi)徑3.00～4.00mm。用可調(diào)速60W電動(dòng)攪拌器(轉(zhuǎn)速可達(dá)0～2000r/min)，置于6立升燒杯做攪拌槽。真空泵與15立升過濾瓶過濾分離UFP—ZnCO3。其他，如溫度計(jì)、秒表、PH精密試紙等，均為實(shí)驗(yàn)室常用。熱解收塵工序使用的設(shè)備儀表——噴粉缸缸體容積100立升，用5KW可調(diào)溫的馬沸爐做熱解爐，用φ12×1.0mm各長(zhǎng)10米不銹鋼管制作兩組熱交換件，分別加熱含O2氣體G與粉流Q。用氧氣瓶與氮?dú)馄扛饕粋€(gè)組成供氣排(下稱“氣排”)，調(diào)控含O2氣體G的含{O2}量、壓力P1與流量。用6KW自動(dòng)控溫的馬沸爐做分子熱解爐的加熱件，間接熱用不銹鋼制作的爐體(有效容積為400立升)。爐咀、擴(kuò)散板等零部件都用不銹鋼制作，并安裝相應(yīng)的公知壓力表與熱電耦等。用自耦變壓器調(diào)控帶動(dòng)單相電動(dòng)控制擴(kuò)散扳的轉(zhuǎn)速，含Zn粉料熱解后，使用雙層布袋收塵，獲得AZO與UFP—AZO，取樣分析稱。實(shí)施例所作用的化學(xué)試劑，均從市場(chǎng)購買，樣品的分析化驗(yàn)均為常規(guī)的分析測(cè)檢方法，UFP—ZnCO3、UFP—AZO等粉料，使用日立公司S—570型掃描電子顯微鏡測(cè)定。各種粉料的比表面積，都用BET法(即氣體吸收法)測(cè)定。實(shí)旋例1使用帶蓮蓬頭的D2型原子反應(yīng)器，如圖1與圖2所示，取配制好的0.51molZnSO凈液與0.51molNa2CO3溶液分別裝滿兩個(gè)5立升燒杯中，ZnSO凈液溫度t1＝室溫，用電爐盤使Na2CO3溶液保持t2＝50～70℃，調(diào)控兩種溶液的流量分別為100ml/min和101ml/min，分別送至原子反應(yīng)器D2型的內(nèi)管與外管，在內(nèi)管出口處混合，立刻產(chǎn)生沉淀反應(yīng)，隨即注入攪拌速度為250～350r/min的6立升燒杯中，加料反應(yīng)20min，Na2SO母液PH＝6.9～7.0，過濾分離UFP—ZnCO3粉料粉料含水6.3％，真空加熱脫水后垣重126.71g，平均粒度(下稱“粒度”)9.90μm，純度(干)99.81％ZnCO3，計(jì)算得Zn直收率為99.26％，試驗(yàn)條件及其結(jié)果，列入表1。實(shí)施例2本例使用不帶蓮蓬頭的D4型原子反應(yīng)器，如圖1與圖3所示，用三條輸液線路分別輸送ZnSO、ZnCl2與K2CO3溶液至原子反應(yīng)器的兩根內(nèi)管與一根外管，其操作方法與過程同實(shí)施例1，試驗(yàn)條件及其結(jié)果列入表1。實(shí)施例3本例用帶蓮蓬頭的D3型原子反應(yīng)器，如圖1與圖3所示，用三條輸液線路分別輸送ZnSO與NaHCO3、NHHCO3溶液至D3的內(nèi)管與外管，操作方法與過程同實(shí)施例1一樣，試驗(yàn)條件及其結(jié)果列入表1。實(shí)施例4用帶蓮蓬頭的D5型原子反應(yīng)器，圖1與圖5所示，用五條輸液線路分別輸送ZnSO、ZnCl2、Zn(NO3)2與Na2CO3、(NH)2CO3溶液至D5的內(nèi)管與外管，操作方法與過程同實(shí)施例1一樣，試驗(yàn)條件及其結(jié)果列入表1。實(shí)施例5作用帶蓮蓬頭的原子反應(yīng)器D2，如圖1與圖2所示，預(yù)先將0.86molZnSO與0.40Znl2等體積混勻后裝滿高位槽(5立升燒杯)中，使用兩條輸液線路分別輸送ZnSO和ZnCl2的混合溶液與(NH)2CO3溶液，送至原子反應(yīng)器D2型的內(nèi)管與外管，其他操作方法與過程同實(shí)施例1一樣，試驗(yàn)條件及其結(jié)果列入表1。實(shí)施例6取實(shí)施例5所得UFP—ZnCO3粉料100.00g(含水6.6％，粒度0.30μm，純度(干)99.79％ZnCO3攤開在瓷盤上，放入5kw馬沸爐內(nèi)于700℃下熱解55min，冷卻取出得UFP—AZO產(chǎn)品重54.51g，含水1.50％，粒度1.01μm，比表面積338.6m2/g，純度(干)99.75％ZnO，由所計(jì)算熱收塵的Zn直收率為99.85％。實(shí)施例7本實(shí)施例熱解收塵采用氣粉輸送、熱解、布袋收塵的工藝與裝置，如圖5點(diǎn)劃線g1g2g3所示，用實(shí)施例3至5的工藝條件制得UFP—ZnSO3混合粉利10.00kg(含水9.12％，粒度0.55μm，純度(干)99.81％ZnCO3裝入噴粉缸中，將6kw分子熱解爐升溫至500～600℃。由氣排調(diào)控含O2氣體的壓力P1＝2.85～3.00NPa，風(fēng)量0.000Nm3/min，送往噴粉缸混器的入口a，打開調(diào)控閥門2控制下粉速度為0.200kg/min，經(jīng)混合器輸出50kg/Nm3的氣粉流，通過聯(lián)接管道由噴咀11直射旋轉(zhuǎn)的擴(kuò)散板(轉(zhuǎn)速950r/min，熱解爐內(nèi)壓力保持P2＝0.15～0.20MPa，連續(xù)下粉50min熱解全部粉料，爾后再吹8min，以清除管道內(nèi)與分子熱解爐內(nèi)之殘留物，用雙層布袋收塵，獲得UFP—AZO產(chǎn)品重5.33kg，經(jīng)檢測(cè)含水2.12％，粒度0.12μm，比表面120.2m3/g，純度(干)99.78％ZnO，由些計(jì)算熱解收塵的Zn直收率為99.81％。實(shí)施例8本實(shí)施例使用氣粉輸送，氣粉預(yù)熱、熱解、布袋收塵的工藝與裝置，如圖5G1G2G3G4輸送線路所示，用實(shí)施例1與2的工藝條件所得的UFP—ZnCO3粉料10.00kg(含水7.81％，粒度8.95μm，純度(干)99.83％ZnCO3裝入噴缸中，將5kw預(yù)熱的馬沸爐升溫至600～850℃，6kw馬沸爐使分子熱解爐300～400℃。用氣排調(diào)控含{O2}量為21％(相當(dāng)于空氣)壓力P1＝0.55～0.70MPa流量0.00625m3/min的氣體，經(jīng)預(yù)熱爐交換件加熱后送往噴粉缸的混合器，調(diào)控閥門使下粉速度為0.625kg/min，則氣粉流為100kg/Nm3，再經(jīng)預(yù)熱爐內(nèi)的另一熱交換件加熱，由噴咀直射旋轉(zhuǎn)的擴(kuò)散板(轉(zhuǎn)速1450r/min)，并保持分子熱解爐由壓力P2＝0.01～0.10MPa。連續(xù)下粉16min熱解全部粉料，爾后再吹10min，以清除各容器內(nèi)的殘留物，用雙層布袋收塵得UFP—AZO產(chǎn)品重5.45kg，檢測(cè)分析含水2.12％，粒度0.016μm，比表面積216m2/g，純度(干)99.80％ZnO，收此計(jì)算Zn直收率99.82％試驗(yàn)條件及其結(jié)果列入表2。實(shí)施例8b、9至11實(shí)施例8b、9至11分別使用一般常用的碳酸鋅、氧化鋅、氫氧化鋅、草酸鋅等粉料做原料，所采用的工藝路線及其裝置、操作方法與過程。同實(shí)施例8是一樣的，試驗(yàn)條件及其結(jié)果列入表2。附表說明表1，實(shí)施例1至5沉淀過濾的條件與結(jié)果；表2，實(shí)施例8至11熱解收塵的條件與結(jié)果；主要參考資料1、戴元寧——鋅礦全濕法制取硫酸鋅及活性氧化鋅中國專利申請(qǐng)?zhí)?6103793公開日1988、8、32、累治熙——活性氧化鋅及高純氧化鋅制備工藝中國專利申請(qǐng)?zhí)?2102913公開日1993、10、273、劉健等，氨浸法從菱礦直接制取活性氧化鋅，有色金屬(冶金部分)1993、3、25—264、張建昌等，從含鋅煙道灰制取氧化鋅的工藝中國專利申請(qǐng)?zhí)?11033610公開日1991、10、305、張家驥等，超微粒子(UFP)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，金屬材料研究1986、2、41—526、洪廣言等，超微粉末的合成及其應(yīng)用，無機(jī)材料學(xué)報(bào)1987、6、97—104表1</tables></tables>表2<表2(續(xù))注分子熱解爐擴(kuò)散板轉(zhuǎn)速均為1440～1450r/min，下粉結(jié)束后再吹8—10min，以清除殘留物。實(shí)施例8、8b、11產(chǎn)品為UFP-AZO，實(shí)施例9與10的產(chǎn)品為AZO。權(quán)利要求1.使用鋅鹽ZnX(X＝SO4、(NO3)2、Cl2即硫酸鋅、硝酸鋅、氯化鋅等，下同)和碳酸鹽MCO3(M＝Na2、NaH、K2、KH等堿金屬的和/或(NH4)2、NH4H等含NH4+的。(下同)作沉淀劑，制取活性氧化鋅(下稱“AZO”)與超微氧化鋅(下稱“UFP-AZO”)的工藝，包括沉淀過濾、熱解收塵等主要工序，其特點(diǎn)是沉淀過濾工序使用至少一種鋅鹽ZnX或其混合鹽的凈化溶液(下稱“凈液”)，與至少一種碳酸鹽或其混合鹽的溶液作用，生成超微碳酸鋅(下稱“UFP-ZnCO3”)粉料做原料，采用公知熱解方法制取AZO和UFP—AZO。2.根據(jù)權(quán)利要求1，沉淀過濾工序的主要工藝條件是a)原料濃度——[鋅鹽]0.50～2.50molZnX，[碳酸鹽]0.50～1.50molMCO3，其用量為理論用量的1.01～1.05倍。b)溶液溫度——凈液ZnX溫度t1＝室溫～90℃，溶液MCO3溫度t2＝70℃。C)母液MX(即硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物等。下同)PH＝6.8～7.2，其攪拌速度越快越好。3.本發(fā)明沉淀過濾工序的工藝與裝置的特點(diǎn)，用至少兩條由調(diào)溫高位槽、調(diào)節(jié)閥門、流量計(jì)及接管道等設(shè)備儀表組成的輸液線路，分別輸送ZnX凈液和MCO3溶液到原子反應(yīng)器，經(jīng)混合反應(yīng)隨即注入攪拌槽內(nèi)，用過濾機(jī)過濾分離MX母液，獲得UFP-ZnCO3粉料。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3，原子反應(yīng)器的特點(diǎn)，有一個(gè)共同出口流出液體的、至少兩根并列重疊或重套組成的管子結(jié)構(gòu)，優(yōu)選在該反應(yīng)器出口一下端，加一個(gè)可以淋浴的蓮蓬頭，并優(yōu)選在蓮蓬頭內(nèi)設(shè)置一個(gè)用電磁攪拌器驅(qū)動(dòng)的螺旋葉片。5.依據(jù)投利要求1至4，用公知方法熱解UFP—ZnCO3粉料制取AZO與UFF—AZO的設(shè)備，可以是反射爐，回轉(zhuǎn)窯、馬沸爐等冶金爐，優(yōu)選采用間接加熱的真空冶金爐。6.本發(fā)明使用一般常用的碳酸鋅、氧化鋅、氫氧化鋅、草酸鋅、UFP—ZnCO3等粉料(下稱“含Zn粉料”)做原料，熱解制取AZO與UFP—AZO的工藝特點(diǎn)，至少包括氣粉輸送、熱解、至少一級(jí)收塵(如機(jī)械收塵、布袋收塵、電收塵等其中之一種。下同)，優(yōu)選包括氣粉輸送、氣粉預(yù)熱、熱解，有兩級(jí)收塵末級(jí)為電收塵等過程的熱解收塵工藝。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6，熱解收塵工序的主要工藝條件是氣粉輸送—含Zn粉料的含水量≯10％，含O2氣體的壓力0.50～3.00MPa，其含{O2}量20—35％。并優(yōu)選空氣，氣粉流50～200kg/Nm3b)氣粉預(yù)熱——預(yù)熱爐爐瞠溫度600～900℃，爐尾廢氣出口溫度450～650℃；c)熱解——分子熱解爐內(nèi)壓力0.01～0.20MPa，爐內(nèi)熱解溫300～700℃，擴(kuò)散板的轉(zhuǎn)速越快越好。8.本發(fā)明熱解收塵工序的裝置特點(diǎn)是，至少包括由噴粉缸、分子熱解爐，至少有一級(jí)收塵器，優(yōu)選包括噴粉缸、預(yù)熱爐、分子熱解爐、兩級(jí)收塵末級(jí)電收塵以及聯(lián)接管道等設(shè)備儀表組成的裝置。9.依據(jù)權(quán)利要求8，分子熱解爐的特點(diǎn)是由用耐火材料與耐熱金屬材料(優(yōu)選不銹鋼、金屬鈦等耐熱材質(zhì))構(gòu)筑制造的爐體，爐體上有加熱件間接對(duì)爐內(nèi)加熱，在爐內(nèi)一條軸線兩側(cè)對(duì)應(yīng)的爐壁上，分別安裝噴咀與旋轉(zhuǎn)的擴(kuò)散板，噴咀垂直于板面，擴(kuò)散板優(yōu)選用爐外的電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)及爐體上粉料的出口等零部件和公知儀表構(gòu)成的設(shè)備。10.依據(jù)權(quán)利要求8和9，預(yù)熱爐的特點(diǎn)是由耐火材料與鋼結(jié)構(gòu)件等構(gòu)筑制造的爐體，在爐體的一端和/或爐內(nèi)有加熱件，加熱設(shè)在爐內(nèi)的至少兩組熱交換件(優(yōu)選用耐熱金屬管制造)，爐尾有廢氣出口等另部件和公知儀表構(gòu)成的設(shè)備。全文摘要本發(fā)明屬于濕法冶金與化工行業(yè)等
技術(shù)領(lǐng)域：
，使用一般常用的碳酸鋅、氧化鋅、氫氧化鋅、草酸鋅及超微碳酸鋅等含Zn粉料做原料，制取活性氧化鋅和超微氧化鋅，融噴射冶金與高壓熱解等技術(shù)于一體的工藝與裝置，使該粉料在多種強(qiáng)力的作用下，熱解獲得nm級(jí)產(chǎn)品，具有比表面積大、分散性好、化學(xué)活性高、生產(chǎn)規(guī)模大成本低、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)等。本發(fā)明沉淀過濾的工藝與裝置，可生產(chǎn)超微碳酸鋅并且直接熱解制取具有優(yōu)異性能的ZnO產(chǎn)品。文檔編號(hào)C22B3/44GK1121046SQ9510051公開日1996年4月24日申請(qǐng)日期1995年2月28日優(yōu)先權(quán)日1995年2月28日發(fā)明者張振逵申請(qǐng)人:張振逵