锌渣氧粉低温湿化学法制备纳米氧化锌的研究

发布时间：2019-11-07 15:53

【摘要】：我国锌产品生产的大幅增加,造成了锌资源日益短缺、锌矿石品位下降,因此低成本、高效率地生产高附加值锌产品成为提高锌资源利用率的必然趋势。纳米氧化锌作为一种新型无机功能材料,因具备宏观物体所没有的特殊性质而应用广泛。然而,现有纳米氧化锌的制备大多以锌盐或金属锌为锌源,工艺复杂且生产成本高,不适于工业化生产。本论文以廉价锌渣氧粉为原料,湿法提取锌后,采用低温溶液法制备纳米氧化锌,工艺简单、绿色无污染,在解决环境污染、资源再利用方面具有现实意义。本论文主要结论如下:(1)以硫酸作为浸出剂,提取锌渣氧粉中锌,研究了硫酸初始浓度、液固比、浸出时间、浸出温度等因素对锌、铁浸出率的影响;确定了最佳浸出条件为:硫酸初始浓度1.5 mol/L,液固比6∶1,浸出温度80℃,浸出时间2 h;锌渣氧粉中锌浸出率为87.1%,铁浸出率为24.69%。浸出液组成为:Zn 59.41 g?L-1、Fe 2.57 g?L-1、Pb 0.0093 g?L-1、Cu 0.08 g?L-1、Cd 0.12 g?L-1。(2)浸出液净化分为两步:(a)H2O2氧化除铁,其最佳条件为:调节溶液pH=5,H2O2用量为理论用量1.4倍,反应温度为90℃,反应时间为1 h,经检测净化液中铁离子含量为0.502 mg·L-1,除铁率达97.48%;(b)锌粉置换法除铜、镉等杂质,其最佳条件为:锌粉用量为理论用量7倍,反应温度为50℃,反应时间为60 min,经检测净化液中杂质铜、镉离子含量分别为0.035 mg·L-1和0.054 mg·L-1。经两步净化后得到的精制硫酸锌溶液中杂质含量达到净化要求,可用于下一步制备纳米氧化锌。(3)以精制ZnSO4溶液为锌源,NaOH溶液为沉淀剂,采用低温溶液法制备纳米氧化锌,研究了锌碱摩尔比、反应温度、不同初始锌离子浓度对产品晶体结构和形貌的影响,确立了最佳制备条件为:初始锌离子浓度为0.1 mol/L,锌碱摩尔比为1∶5,控制62℃条件下恒温搅拌反应1 h,制备出圆锥形的六方晶系纤锌矿结构纳米氧化锌,颗粒分布均匀,平均粒径为100 nm。研究了圆锥形ZnO的形成过程,ZnO的形成是以负离子四面体ZnO22-为生长基元,经历了由Zn(OH)2到ZnO“结晶-溶解-再结晶”过程。(4)研究了圆锥形氧化锌的紫外-可见光吸收性能。本实验制得的氧化锌在紫外光区280~400 nm波段有很强的吸收,在可见光区有很好的透过率;与普通氧化锌相比,纳米氧化锌具有更好的紫外光遮蔽性和可见光透过性。
【图文】：

闪锌矿结构,氧化锌,纤锌矿结构,晶体结构

氧化锌三种晶体结构：（a）方岩盐结构；（b）方闪锌矿结构；（c）锌矿结构ig.1.1 Three kinds of crystal structure of ZnO: (a)Rocksalt; (b)Zinc blende; (c)Wurtz纳米氧化锌是一种新型的多功能性无机半导体材料，粒径在 1～100 纳米氧化锌因具有纳米材料所特有的量子尺寸效应、体积效应、表面效量子隧道效应等特殊性质，，在光、电、磁、力、催化、敏感等性能方面通氧化锌不可比拟的优异性，使其在化工、电子、陶瓷、医药等领域具用价值，可应用在催化剂、荧光体、变阻器、气体传感器、图像记录材料、塑料薄膜等高科技材料中。正是因为纳米氧化锌具有如此特殊性应用空间，它已逐渐成为国内外科研工作者的重点研究工作之一。纳米制备方法和条件不同，导致其结构、形态和性质存在差异，从而使其可不同领域。研究者们已开始致力于通过不同的手段制备出不同结晶型貌（球状、带状、棒状、片状、针状或花状等）和粒径大小的纳米氧其适用于各个领域。

锌渣,分图

第 2 章实验材料及研究方法2.1 实验材料2.1.1 实验原本论文所使用的锌渣氧粉由广西金山铟锗冶金化工有限公司提供，是湿法炼锌中，锌精矿浸出渣在鼓风窑或回转窑炉高温焙烧过程中，收集的挥发组分和粉尘。锌渣氧粉的平均粒径为 7.46 μm（图 2.1），其化学成分及物相分析见表 2.1和图 2.2。由表 2.1 可知该物料含锌 64.9 %，主要杂质为 Fe、Pb、Cu；由图 2.2可知，锌渣氧粉图谱中杂峰较多，物相组成较复杂，主要为 ZnO、PbSO4、ZnFe2O4、AgSO4的特征衍射峰，其中锌的主要存在状态为氧化锌，少量为难溶的铁酸锌；图 2.3 为锌渣氧粉的 SEM 图，可以看出氧化锌主要以六棱柱状、多面体状形态为主，颗粒表面光滑，结晶性好，但大小分布不均，表面附着有小颗粒杂质。
【学位授予单位】：桂林理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;O614.241

【参考文献】