一種超細氧化鋅粉體的制備方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于超細粉體材料制備領域,設及一種環(huán)境友好的超細氧化鋒粉體的制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氧化鋒粉體是一種白色粉末,具有高折射率、優(yōu)良的導熱性、抗菌和抗紫外線性 質(zhì),用途十分廣泛。在塑料、合成橡膠、涂料、造紙等領域,氧化鋒廣泛地用作遮蓋劑、著色 劑,俗稱鋒白;在化妝品的防曬霜中,氧化鋒作為防曬劑,起到阻隔紫外線的作用。氧化鋒 優(yōu)異的常溫發(fā)光性能,在半導體領域也得到廣泛使用,如液晶顯示器、薄膜晶體管、發(fā)光二 極管等產(chǎn)品中均有應用。在食品與醫(yī)藥領域,氧化鋒作為營養(yǎng)強化劑、抗菌劑、收斂劑使用。 化學工業(yè)上也有用氧化鋒作為脫硫劑的成分。
[0003] 氧化鋒在上述不同領域中的應用往往對粒徑及粒徑的分布有一定的要求。例如氧 化鋒在涂料中的應用,一般采用微米級氧化鋒;而作為抗菌使用,一般來說粒徑越小抗菌效 果越好;而作為防曬劑來說,一般要求粒徑在IOOnm左右更合適。氧化鋒產(chǎn)品的粒徑分布一 般窄分布更加需要,因為窄分布賦予顆粒較為統(tǒng)一的性能。
[0004] 普通氧化鋒的生產(chǎn)方法有直接法、間接法和濕法。 陽〇化]直接法也稱"韋氏爐"法,因首先出現(xiàn)在美國,又稱"美國法"。直接法生產(chǎn)氧化 鋒,優(yōu)點是成本較低,熱效率高。含鋒的原料在1000~1200°c下,被煤碳為主的含碳物 質(zhì)還原。燃燒氣中含有的鋒蒸氣和CO,將它們導入氧化設備,使氧化反應完全進行,再經(jīng) 過熱交換器,冷卻后進入布袋分離器收集成品。直接法生產(chǎn)的氧化鋒為針狀結(jié)構(gòu),為微米 工業(yè)等級氧化鋒。直接法氧化鋒制備過程雜質(zhì)沒有完全得到分離,白度不好,市場上銷售 的價格也較低。
[0006] 間接法起源于法國,也稱為"法國法"。工業(yè)上,間接法生廣ZnO是先將鋒塊在局 溫下烙融而蒸發(fā)成鋒蒸氣,進而氧化生成化0。產(chǎn)品的純度與所用的鋒塊純度有關。
[0007] 上述兩種方法中,直接法沒有除雜過程,生產(chǎn)的氧化鋒純度不是很高,顆粒尺寸和 分布也沒有合理控制;間接法采用高純的鋒錠為原料可W制得高純度的氧化鋒,但粒徑一 般在微米級左右,粒徑分布也很寬。
[0008] 為了提高氧化鋒的品質(zhì),人們采用了很多方法進行改進。濕法生產(chǎn)氧化鋒是常見 的一種方法。運類方法生產(chǎn)的氧化鋒比表面積大,所W也稱其為活性化0。
[0009] 常見的濕法氧化鋒制備過程是W硫酸鋒化S〇4或氯化鋒化Cl 2為原料,經(jīng)去除雜 質(zhì),加入碳酸鋼NazCOs溶液,生成堿式碳酸鋒化2伽)2C〇3沉淀,再經(jīng)過反復漂洗、過濾, 除去雜質(zhì)離子,主要是除去硫酸根離子或氯離子、鋼離子等,水洗液離子強度隨著水洗過程 進行不斷下降,降低到一定程度后,再經(jīng)干燥、高溫賠燒得化0,運種方法也稱碳酸鋼法。濕 法得到的氧化鋒粉體純度不僅取決于硫酸鋒化S〇4或氯化鋒化Cl 2原料,還取決于水洗的程 度。如果水洗不充分,就會殘留硫酸根或氯離子、鋼離子,最終影響氧化鋒產(chǎn)品的質(zhì)量。濕 法中除了采用碳酸鋼沉淀劑外,還有采用碳酸氨鋼、草酸錠、尿素等,采用運些沉淀劑的目 的主要是控制沉淀反應,進而控制最終氧化鋒粒徑的大小和分布。但無論采用什么沉淀劑, 過程中的水洗是避免不了的。水洗過程耗水量很大,耗水量為產(chǎn)品重量的10-100倍,需要 再生循環(huán)利用或處理排放,洗出的電解質(zhì)濃縮、結(jié)晶、處理都是很大的消耗和難題,水洗過 程給濕化學法帶來很多麻煩。運樣的工藝產(chǎn)生大量的廢物,且耗能大,不符合綠色低碳的理 念。
[0010] 奧地利專利(AuspitzerOtto.Zinko巧d:AT, 176207[門.1953-09-25)報道了一種 方法,通過純度高的粗顆粒氧化鋒在水熱條件下與二氧化碳反應制備堿式碳酸鋒,然后再 經(jīng)般燒獲得氧化鋒顆粒。即在含有水和高純粗氧化鋒顆粒的壓力蓋中,通入二氧化碳氣體, 保持一定的溫度和壓力,當反應進行到一定碳酸鋒含量時,分離出堿式碳酸鋒,再經(jīng)干燥、 般燒得到粒徑0.05ym左右、粒徑分布窄、純度高的活性氧化鋒粉體。運種方法的優(yōu)點和不 足都很明顯,優(yōu)點是不會引入雜質(zhì)離子,產(chǎn)品純度高,更重要的是避免了水洗過程所帶來的 環(huán)境壓力;缺點是需要在較高壓力下進行,設備投資大,操作不便,再有是采用二氧化碳氣 體為原料,高純二氧化碳氣體不僅來源不便,而且需要壓縮進料。
[0011] 研究報道的氧化鋒制備方法還有很多,如采用固相研磨、微波場福射加熱法、高頻 感應加熱法、等離子體加熱法、電子束加熱法和激光加熱法、瓣射法、超重力法、微乳液法等 等,運些方法一般操作不便,不適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),僅停留在實驗階段。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012] 本發(fā)明的目的在于提供一種制備超細氧化鋒粉體的方法,所述的方法適合規(guī)?;?生產(chǎn),不需要水洗過程,沒有液體廢棄物和固體廢棄物排放,產(chǎn)品粒徑分布均勻,粒徑大小 可調(diào)控。
[0013] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:將粗顆粒氧化鋒粉體或金屬鋒 加入有機酸溶液中,至氧化鋒顆?;蚪饘黉h完全溶解呈透明液體,再加入草酸,生成沉淀, 過濾得到沉淀物和濾液,沉淀物為草酸鋒,將沉淀物在80-300°C干燥得白色粉體,其中干燥 產(chǎn)生的氣相部分冷凝回收與濾液合并;干燥后的粉體在400-600°C溫度下般燒1-4小時,得 到氧化鋒超細粉體,合并的濾液為有機酸溶液,重復使用,直接用于下批次溶解粗氧化鋒顆 ?;蚪饘黉h。
[0014] 本發(fā)明有機酸的加入是為了溶解粗氧化鋒或金屬鋒,有機酸可選用醋酸、甲酸、苯 甲酸、乳酸等,或它們的混合物。有機酸的加入量W將金屬鋒或氧化鋒完全轉(zhuǎn)化為有機鋒鹽 的水溶液為基準,過量的有機酸可W加速溶解過程,但過量太多同樣沒有必要,因此合適的 比例為ZnO或Zn:有機酸(摩爾比)=1:2-1:3。
[0015] 本發(fā)明方法,有機酸溶液基本上定量回收,整個制備過程不產(chǎn)生廢水和固體廢物。
[0016] 本發(fā)明使用的沉淀劑為帶結(jié)晶水或不帶結(jié)晶水的草酸。
[0017] 本發(fā)明方法所制得的超細氧化鋒粉體的粒徑分布均勻,且粒徑大小可控。申請人 發(fā)現(xiàn),超細氧化鋒產(chǎn)品的平均粒徑可通過調(diào)整加入的金屬鋒或氧化鋒和草酸的摩爾比調(diào) 節(jié),可W得到粒子平均粒徑為30-200nm超細氧化鋒,優(yōu)選粒徑在50-150nm。調(diào)整ZnO或化 與草酸配比(摩爾比)為0. 5-1. 5:1,優(yōu)選0. 8~1. 2 :1,可W得到要求粒徑的氧化鋒,表1 列出了不同ZnO或化與草酸配比(摩爾比)下氧化鋒粒子平均粒徑大小。
[00化]表1
[0019]
[0020] 有益效果:本發(fā)明的超細氧化鋒粉體的制備方法,在制備超細氧化鋒的過程中無 廢液、無廢固排放,氧化鋒產(chǎn)品粒徑可控、粒徑分布均勻。本發(fā)明適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn), 解決了傳統(tǒng)沉淀法制備超細氧化鋒過程中產(chǎn)生大量廢水的問題,同時也不產(chǎn)生其他固體廢 棄物,對環(huán)境友好,所得到產(chǎn)品粒徑可控,因不添加其他助劑,雜質(zhì)少,可滿足日化、涂料、橡 膠、電子、吸波材料等領域的應用。
[0021] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述。本發(fā)明的保護范圍并不W具體實施 方式為限,而是由權(quán)利要求加W限定。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
[0023] 圖2實施例1制得的氧化鋒顆粒電鏡照片。
[0024] 圖3實施例1中濾液套用后制得的氧化鋒顆粒電鏡照片。
[0025] 圖4實施例2制得的氧化鋒顆粒電鏡照片。
[0026] 圖5實施例2中濾液套用后制得的氧化鋒顆粒電鏡照片。
[0027] 圖6實施例3制得的氧化鋒顆粒電鏡照片。
[002引圖7實施例3中濾液套用后制得的氧化鋒顆粒電鏡照片。
[0029] 圖8實施例4制得的氧化鋒顆粒電鏡照片。
[0030] 圖9實施例4中濾液套用后制得的氧化鋒顆粒電鏡照片。
[0031] 圖10實施例5制得的氧化鋒顆粒電鏡照片。
[0032] 圖11實施例5中濾液套用后制得的氧化鋒顆粒電鏡照片。
[0033] 圖12實施例6制得的氧化鋒顆粒電鏡照片。
[0034] 圖13實施例6中濾液套用后制得的氧化鋒顆粒電鏡照片。
[0035] 圖14實施例7制得的氧化鋒顆粒電鏡照片。
[0036] 圖15實施例7中濾液套用后制