[发明专利]一种金属锌非平衡氧化法制备纳米氧化锌的装置

说明书

一种金属锌非平衡氧化法制备纳米氧化锌的装置，以二氧化碳为氧化剂氧化金属锌蒸汽，合成氧化锌，其中，金属锌熔化和蒸发时，燃料燃烧产生的烟气提供二氧化碳；氧化过程中产生的煤气为金属锌的熔化和蒸发提供燃料。本发明中的反应过程不需要消耗其它能源，所述方法具有能源利用效率高、产品质量好、生产成本低等特点，生产过程中不需要消耗外来热源，具有更好的经济效益。通过CO₂氧化锌蒸汽得到的氧化锌产品粒径小，性能优，用途广泛。

技术领域

本发明涉及间接法氧化锌制备领域，尤其是一种金属锌非平衡氧化法制备纳米氧化锌的装置。

背景技术

氧化锌是一种重要的基础化工原料，广泛应用于橡胶、涂料、陶瓷等化工产品制造行业。氧化锌用途广泛，消费量大，每年用于生产氧化锌的锌量，约占总锌量的5％～10％。根据氧化锌的生产方法不同，可以将氧化锌分为间接法氧化锌、直接法氧化锌和活性氧化锌三种。间接法氧化锌是以金属锌锭或锌渣为原料，在坩埚内高温蒸发为锌蒸汽，然后鼓入空气氧化，并在冷却管后收集的氧化锌颗粒，产品中ZnO纯度可以达到99.7％。直接法氧化锌是以锌灰或氧化锌矿为原料，配加煤在平炉内加热还原为锌蒸汽，锌蒸汽与空气氧化，然后通过布袋收集氧化锌，其ZnO纯度一般在95％～99％。活性氧化锌是次氧化锌或含锌烟灰为原料，通过碳酸氢铵和氨水浸出，使氧化锌溶解得到锌铵络合物，再进化溶液，焙烧锌铵络合物得到活性氧化锌，其ZnO纯度一般在95％左右。

间接法氧化锌使用的原料为金属锌锭或锌渣，制备得到的氧化锌纯度可以达到99.7％，主要用于橡胶、电磁等行业，但传统间接法氧化锌生产企业使用的燃料为天然气，1吨氧化锌产品天然气耗量约为100m³，不但增加了间接法氧化锌的生产成本，而且对于没有天然气的地区而言，不能生产出该产品。传统间接法氧化锌生产使用的氧化气体为空气，由于空气是双原子气体，而一个ZnO分子需要一个O原子，所以一个O₂分子可以生成两个ZnO分子，所以得到的氧化锌产品粒径较粗，属于毫米级，难以满足纳米级需求。

发明内容

鉴于以上分析，针对现有方案中的不足，本发明旨在提供一种金属锌非平衡氧化法制备纳米氧化锌的装置，不需要消耗外来热源，实现锌蒸汽氧化与金属锌熔化和蒸发热的循环利用，获得的氧化锌产物比传统空气氧化获得的产物粒径更细小，性能更优。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种金属锌非平衡氧化法制备纳米氧化锌的方法，以二氧化碳为氧化剂氧化金属锌蒸汽，合成氧化锌，其中，金属锌熔化和蒸发时，燃料燃烧产生的烟气提供二氧化碳；氧化过程中产生的煤气为金属锌的熔化和蒸发提供燃料。

进一步地，所述方法包括以下步骤：

步骤一、将金属锌加热至熔化；

步骤二、对步骤一中熔化的金属锌继续加热，使所述金属锌蒸发产生锌蒸汽；

步骤三、所述锌蒸汽进入氧化室，并向氧化室内通入含有二氧化碳的氧化烟气，在氧化温度下，锌蒸汽与二氧化碳反应生成氧化锌和煤气；

步骤四、步骤三合成的氧化锌随所述煤气依次通过重力沉降室，冷却管和布袋收尘器，在布袋收尘器中获得氧化锌产物；

步骤五、所述煤气经过煤气管道返回为金属锌的熔化和蒸发提供燃料。

进一步地，金属锌熔化和蒸发分别在两个容器内进行。

由于锌熔化和挥发的温度不同，为了增加产生锌蒸汽的速率，金属锌的熔化和挥发分别在不同的容器内进行。

进一步地，通过调节通入氧化烟气的流量来控制所述氧化温度。

进一步地，每吨金属锌中通入氧化烟气的流量为1000～2100m³。