Оксид цинка способ получения

Оксид цинка

Оксид цинка

Способы получения

Оксид цинка можно получить различными методами :

1. Окислением цинка кислородом:

2Zn + O₂ → 2ZnO

2. Разложением гидроксида цинка при нагревании:

3. Оксид цинка можно получить разложением нитрата цинка :

Химические свойства

Оксид цинка — типичный амфотерный оксид . Взаимодействует с кислотными и основными оксидами, кислотами, щелочами.

1. При взаимодействии оксида цинка с основными оксидами образуются соли-цинкаты.

Например , оксид цинка взаимодействует с оксидом натрия:

2. Оксид цинка взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются соли—цинкаты, а в растворе – комплексные соли . При этом оксид цинка проявляет кислотные свойства.

Например , оксид цинка взаимодействует с гидроксидом натрия в расплаве с образованием цинката натрия и воды:

Оксид цинка растворяется в избытке раствора щелочи с образованием тетрагидроксоцинката:

3. Оксид цинка не взаимодействует с водой.

ZnO + H₂O ≠

4. Оксид цинка взаимодействует с кислотными оксидами . При этом образуются соли цинка. В этих реакциях оксид цинка проявляет основные свойства.

Например , оксид цинка взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата цинка:

5. Оксид цинка взаимодействует с растворимыми кислотами с образованием солей.

Например , оксид цинка реагирует с соляной кислотой:

ZnO + 2HCl = ZnCl₂ + H₂O

6. Оксид цинка проявляет слабые окислительные свойства .

Например , оксид цинка при нагревании реагирует с водородом и угарным газом:

ZnO + С_(кокс) → Zn + СО

ZnO + СО → Zn + СО₂

7. Оксид цинка — твердый, нелетучий. А следовательно, он вытесняет более летучие оксиды (как правило, углекислый газ) из солей при сплавлении.

Например , из карбоната бария:

Источник

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА ЦИНКА ИЗ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ПРОДУКТОВ Российский патент 1994 года по МПК C01G9/02

Описание патента на изобретение RU2019511C1

Изобретение относится к области получения неорганических пигментов и может быть использовано при получении оксида и карбоната цинка из цинксодержащих продуктов.

Важными качественными характеристиками пигментного оксида цинка (цинковые белила) являются: массовая доля ZnO и примесей, растворимых в воде, а также дисперсность, определяющая одну из характеристик, нормируемых по ГОСТу, — укрывистость.

При гидрометаллургическом способе получения оксида цинка. Последние две характеристики определяются как условиями синтеза, так и способом последующей доработки продукта. Так, все меры, принятые при управлении синтезом высокодисперсного продукта, могут быть сведены на нет на последующих стадиях промывки, фильтрования, сушки и прокалки. В частности, длительное пребывание частиц в маточном растворе (синтез, промывка, фильтрование) приводит к росту крупных частиц за счет убыли мелких (переконденсация), а, следовательно, к снижению дисперсности продукта.

Известен способ получения оксида цинка осаждением его гидроксидом аммония, с последующей прокалкой.

Прототипом изобретения выбран способ, согласно которому оксид цинка получают, осаждая гидроксидом аммония из раствора ZnSO₄ основной сульфат цинка. После обработки осадка водой его сушат и прокаливают во вращающейся трубчатой печи при температуре 900 о С, получая оксид цинка.

Недостатки прототипа:
недостаточно высокое качество оксида цинка, содержащего, %: ZnO 99; водорастворимые соли 0,5; вещества, нерастворимые в HCl 0,2. Согласно современным требованиям, содержание этих компонентов должно быть соответственно: 99,7; 0,06-0,15 и 0,006-0,015;
требование не менее, чем трехкратной отмывки, обусловленное высокой влажностью осажденного основного сульфата цинка, в результате чего соли маточного раствора входят в его состав в значительном количестве (влажность 400-500%), приводит к укрупнению осадка, а, следовательно, снижают его дисперсность.

При обработке основного сульфата, осажденного NH₄OH, водой (двухкратная отмывка) происходит явный рост кристаллов в процессе переконденсации: уменьшается число мелких частиц и возрастает число крупных. После прокалки такого осадка при температуре 900-950 о С образуется полидисперсный продукт с размером частиц 0,8-2 мкм.

высокое содержание SO₄ 2- в осадке даже после промывок (до 20%) приводит к увеличению температуры прокалки до 900-950 о С, что ведет к получению неактивного оксида цинка желтого цвета;
сложность процесса, заключающаяся в многократности отмывок и фильтраций пульпы после них, что требует дополнительного оборудования и производственных площадей;
высокая температура процесса прокалки.

Кроме того, высок расход воды на отмывку.

Целью изобретения является повышение качества оксида цинка и упрощение процесса его получения.

Поставленная цель достигается тем, что выделение осадка проводят гидроксидом аммония с последующей его обработкой раствором карбоната или бикарбоната аммония концентрацией 40-100 г/дм 3 .

При разрушении абразивных гексагональных кристаллов 3Zn(OH)₂ ˙ ZnSO₄ и протекании обменной реакции практически полностью удаляется сульфат-ион; содержание его в осадке падает с 20 до 3% в основном карбонате цинка.

Высушенный продукт подвергают прокалке при 700-750 о С. При этом удаляются остатки сульфата, и карбонат переходит в мелкодисперсный однородный белый оксид цинка с размером частиц 0,1-0,25 мкм, белизной 95-97% и содержанием ZnO — 99,8%.

Осуществление процесса таким образом приводит к тому, что кристаллы основного сульфата цинка разрушаются при обработке растворами карбонатов, и при последующей прокалке или сушке разрушение завершается образованием мелкодисперсного оксида цинка.

Осажденный гидроксидом аммония основной сульфат цинка обрабатывают раствором карбоната аммония концентрацией 40-100 г/дм 3 . При концентрации ниже 40 г/дм 3 недостаточно полно происходит реакция замещения сульфат-иона на карбонат-ион, вследствие чего в твердой фазе остается больше сульфатов, что потребует увеличения температуры прокалки выше 800 о С, а это приведет к снижению качества получаемого оксида цинка (снижению дисперсности и химической активности, появлению желтизны).

При концентрации карбоната аммония свыше 100 г/см 3 в системе начинают превалировать переконденсационные процессы, влекущие за собой рост кристаллов. В результате после прокалки получается оксид цинка с неудовлетворительной дисперсностью, а это снижает его товарное качество. Кроме того, увеличение концентрации карбоната аммония свыше 100 г/дм 3 , не повышая степени удаления сульфат-иона из осажденного продукта, приводит к тому, что карбонат аммония начинает кристаллизоваться совместно с карбонатом цинка.

Таким образом, совокупность отличительных признаков предлагаемого изобретения — выделение цинксодержащего осадка из раствора гидроксидом аммония, с последующей его обработкой раствором карбоната аммония концентрацией 40-100 г/дм 3 , позволяет достичь поставленной цели:
получить высокодисперсный, однородный, активный оксид цинка высшего качества марки БЦО с высокой степенью белизны (97%), содержащий 99,8% основного вещества, 0,06% водорастворимых примесей и 0,006% примесей, нерастворимых в HCL. Размер частиц оксида цинка, полученного по предлагаемому способу, в 5-15 раз меньше, чем в способе по прототипу;
упростить процесс получения оксида цинка за счет сокращения числа операций по обработке основного сульфата цинка (отмывка) в 2 раза, за счет этого сокращается количество используемого оборудования и соответственно производственные площади, занимаемые им и энергетические затраты на их работу;
кроме того, сократить объем воды, используемой в технологическом цикле.

Примеры осуществления способа
П р и м е р 1. 500 г шлаковозгонов свинцового производства состава, %: Zn 55,9; Pb 15,1; Fe 1,47; As 0,8; Sn 0,22; SiO₂ 0,54 и др., растворяли в растворе серной кислоты концентрацией 200 г/дм 3 при Ж:Т = 4:1, температуре 85 о С, в течение 2 ч, до рН 5,2.

Из полученного раствора ZnSO₄ (1,9 дм 3 ), содержащего 110 г/дм 3 цинка, осаждали гидроксидом аммония (концентрацией 25%) основной сульфат цинка 3Zn(OH)₂ ˙ ZnSO₄. Расход гидроксида аммония составил 0,63 дм 3 . Масса полученного влажного осадка 965 г; масса сухого осадка 439 г. Влажность 150%. Содержание SO₄ 2- в нем 31%.

965 г влажного основного сульфата цинка обрабатывали раствором карбоната аммония концентрацией 40 г/дм 3 в реакторе с перемешивающим устройством при 40 о С и продолжительности процесса 30 мин. Объем обрабатывающего раствора 2,9 дм 3 . После завершения обработки твердую фазу отделяли от водной фильтрованием. Влажный осадок имел массу 824 г. Влажность его 155%. Содержание сухого карбоната цинка в нем 628 г. Содержание SO₄ 2- 3,0%. Осадок сушили и прокаливали при 750 о С. В результате чего получали 248 г ZnO.

Полученный оксид цинка имел крупность частиц 0,2 мкм; белизна 97%; содержание водорастворимых примесей 0,15. Содержание основного вещества 99,5% .

П р и м е р 2. Влажный осадок основного сульфата цинка (965 г с влажностью 155% ), полученный аналогично описанному в примере 1 способу, обрабатывали раствором карбоната аммония концентрацией 60 г/дм 3 в реакторе с перемешивающим устройством, при температуре 40 о С и продолжительности процесса 30 мин. Объем обрабатывающего раствора 4,5 дм 3 . После завершения обработки твердую фазу отделяли от водной фильтрованием. Влажный осадок имел массу 780 г. Влажность его 150%. Сухого карбоната цинка в нем было 628 г. Содержание SO₄ 2- 2,9%. Осадок сушили при 105 о С и прокаливали при 700 о С. В результате чего получено 240 г ZnO.

Полученный оксид цинка имет клупность частиц 0,15 мкм; белизна 97%; содержание водорастворимых примесей 0,1% . Содержание основного вещества 99,7%.

П р и м е р 3. Влажный осадок основного сульфата цинка (965 г с влажностью 155% ), полученный аналогично описанному в примере 1 способу, обрабатывали раствором карбоната аммония концентрацией 100 г/дм 3 в реакторе с перемешивающим устройством при температуре 40 о С и продолжительности процесса 30 мин. Объем обрабатывающего раствора 3,7 дм 3 . После завершения обработки твердую фазу отделяли от водной фильтрованием. Влажный осадок имел массу 740 г. Влажность его 145%. Сухого карбоната цинка в нем было 628 г. Содержание SO₄ 2- 2,9%. Осадок сушили при температуре 105 о С и прокаливали при температуре 750 о С. В результате чего получали 245 г ZnO.

Полученный оксид цинка имел крупность частиц 0,15 мкм; белизна 97%; содержание водорастворимых примесей 0,06% . Содержание основного вещества 99,8%.

П р и м е р (по прототипу). 500 г шлаковозгонов свинцового производства состава, %: Zn 55,9; Pb 15,1; Fe 1,47; As 0,8; Sn 0,22; SiO₂ 0,54, растворяли в растворе серной кислоты до достижения рН 5. Из полученного раствора ZnSO₄ (V 1,9 дм 3 ), содержащего 110 г/дм 3 цинка, концентрированным раствором аммиака осаждали основной сульфат цинка. Расход гидроксида аммония составил 0,65 дм 3 . Масса полученного влажного осадка 965 г. Масса сухого осадка 440 г. Влажность 150%. Содержание SO₄ 2- в нем 30%.

965 г влажного основного сульфата цинка обрабатывали водой при Ж:Т = 7: 1, температуре 30 о С, продолжительности 30 мин, двухкратно, после каждой стадии отфильтровывая осадок.

Получили 1,7 кг влажного основного сульфата (влажность 300%). Содержание SO₄ 2- в нем 20%. Осадок просушили и прокалили при температуре 900 о С. Получили 255 г ZnO, котыорый имел крупность частиц 2,0 мкм, белизну 84%, содержание водорастворимых примесей 0,7%, содержание основного вещества 98,4% .

Сравнительная характеристика качества оксида цинка, полученного по предлагаемому и известному способам, представлена в таблице.

Таким образом, при использовании предлагаемого изобретения, по сравнению с прототипом, улучшается качество получаемого оксида цинка и сокращается количество операций, т.е. отсутствует двухстадийная отмывка и фильтрация.

Похожие патенты RU2019511C1

название	год	авторы	номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА ЦИНКА ИЗ СЕРНОКИСЛОГО РАСТВОРА	2008	Баратов Лев Гургенович Воропанова Лидия Алексеевна	RU2393249C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА ЦИНКА ИЗ СЛАБОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ РАСТВОРОВ	2008	Баратов Лев Гургенович Воропанова Лидия Алексеевна Кондратьев Юрий Иванович Хулелидзе Казбек Константинович	RU2389810C1
Способ получения оксида цинка	2015	Халезов Борис Дмитриевич Крашенинин Алексей Геннадьевич	RU2618596C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКООСНОВНЫХ ЦИНКОВЫХ КРОНОВ	2007	Ушаков Андрей Геннадьевич Ушаков Геннадий Викторович	RU2369622C2
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОТРАБОТАННЫХ ВАНАДИЕВЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ	1995	Козлов Владиллен Александрович[Kz] Батракова Лариса Хасановна[Kz] Терликбаева Алма Жолдасовна[Kz] Паршина Инна Николаевна[Kz] Фильцев Юрий Николаевич[Ty] Ларин Валерий Константинович[Ty] Головин Валерий Федорович[Ty] Грузинский Игорь Владимирович[Ty]	RU2085604C1
СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ОСАДКА ГИДРОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ИХ ОКСИДОВ	2010	Воропанова Лидия Алексеевна Баратов Лев Гургенович	RU2433951C2
СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ЦИАНИСТЫХ СОЕДИНЕНИЙ	1992	Камалов М.Р. Исаева А.У. Бейсембаев Б.Б.	RU2040486C1
Способ гидрометаллургического получения цинка	1990	Бородай Юрий Кондратьевич Коноваленко Людмила Ивановна Мягкий Джон Дмитриевич Резников Юрий Николаевич Синельникова Лидия Ефремовна Алешин Виктор Владимирович	SU1763499A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА ЦИНКА ИЗ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ	2002	Казанцев В.П. Кудрявский Ю.П. Анашкие В.С.	RU2221063C2
СПОСОБ ОЧИСТКИ РАСТВОРА СУЛЬФАТА ЦИНКА ОТ КАЛЬЦИЯ	1992	Куликова А.В. Салихов З.Г. Курдюмов Г.М. Ходов Н.В. Похвиснева В.Б.	RU2029732C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 019 511 C1

Реферат патента 1994 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА ЦИНКА ИЗ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ПРОДУКТОВ

Использование: получение неорганических пигментов, в частности оксида цинка. Сущность способа: цинксодержащее сырье растворяют в серной кислоте с концентрацией 200 г/дм 3 . Раствор сульфата цинка обрабатывают гидроксидом аммония. Образуется основной сульфат цинка с влажностью 150%. Осадок обрабатывают раствором карбоната аммония или бикарбоната аммония с концентрацией 25 — 62 г/дм 3 карбонат-иона. Сушат и прокаливают при 750°С. Оксид цинка имеет крупность частиц 0,2 мкм; белизна 97%. Содержание водорастворимых примесей 0,15%. Содержание основного вещества 99,5%. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 019 511 C1

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА ЦИНКА ИЗ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ПРОДУКТОВ, включающий растворение исходного материала в серной кислоте, выделение цинксодержащего осадка из полученного раствора гидроксидом аммония, его обработку, сушку и прокалку, отличающийся тем, что обработку осадка осуществляют раствором карбоната аммония или бикарбоната аммония с концентрацией карбонат-иона 25 — 62 г/дм 3 .

Источник