間接法氧化鋅和直接法氧化鋅
普通氧化鋅包括直接法氧化鋅、間接法氧化鋅和濕法氧化鋅。其中直接法氧化鋅占10%-20%,間接法氧化鋅占70%氣80%,而濕法氧化鋅只占1%-2%。
直接法也稱“韋氏爐”法,因首先出現在美國,又稱“美國法”。直接法生產氧化鋅,優點是成本較低,熱效率高。含鋅的原料在1000-1200℃下,被含碳物質(主要是煤)還原。鋅原料的含鋅質量分數在60%-70%。反應設備一般選用回轉窯。常用的回轉窯長30m,直徑2.5 m左右。燃燒氣中含有的鋅蒸氣和CO,可導入氧化設備,使氧化反應進行完全,再經過熱交換器,冷卻后進入布袋分離器,以收集成品。直接法生產的氧化鋅為針狀結構,是工業等級氧化鋅。直接法氧化鋅因含有未能完全分離的雜質,白度也較差,但因價格較低而有一定的銷路。
間接法出現于19世紀中葉,法國使用金屬鋅在坩堝中高溫氣化,并使鋅蒸氣氧化燃燒,而收集到氧化鋅粉末,因此也稱為“法國法”。工業上,間接法生產ZnO是先將鋅塊在高溫下熔融而蒸發成鋅蒸氣,進而氧化生成ZnO。產品品型及物理性能與氧化的條件有關,而產品的純度與所用的鋅塊純度有關。
間接法氧化鋅也可使用鋅渣等低規格的含鋅原料,但需要采用氣-液相的分離技術,預先分離出Cd,Pb,Fe及Al等雜質,以提高鋅蒸氣的純度。除去雜質的措施如下:1)采用坩堝法或馬弗爐法,使不易蒸發的Fe和Pb等雜質成渣而分離;2)采用分餾法,使高溫蒸發的原料蒸氣中的Cd,Pb,Fe,Al及Cu等雜質在通過由碳化硅材料制成的分餾塔板時得以分離;3)采用二室爐分離法,原料預先在一室爐中分離雜質,進入第二室后,在無氧存在的條件下進行蒸餾,以提高鋅蒸氣的純度,如純度不夠,還可以繼續用分餾法分離少量的Pb;4)采用回轉窯法,在回轉窯中使物料熔化、蒸餾,并有部分氧化,可控制溫度、CO2及O2的分壓等操作條件,以減少Pb雜質的含量,還可控制生成的氧化鋅的顆粒和晶體形狀。
間接法生產的氧化鋅為無定形,可制成光敏氧化鋅、彩電玻殼用氧化鋅、藥用氧化鋅及飼料級氧化鋅等。
濕法是以ZnSO4或ZnCl2為原料,經去除雜質,加入Na2CO3溶液,生成Zn2(OH)2CO3沉淀,再經過漂洗、過濾、干燥,將所得干粉焙燒得ZnO。所制得的ZnO具有較大的比表面積,所以也有稱其為活性ZnO。其反應式如下:
ZnSO4+Na2CO3→ZnCO3+Na2SO4
沉淀中可能含有一定量的Zn(OH)2,焙燒后釋放出CO2和水蒸氣,而得到ZnO。
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