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论文关敏

分类号：

TQ学校代号：

10150

UDC：

密级：

学号：

2002094

硕士学位论文

锌矿硫酸浸出制备超细氧化锌

及氧化锌晶须的研究

StudyonPreparationofUltra-fineZincOxideandZincOxideWhiskersfrom

LeachingofZincOresbySulfuricAcid

研究生姓名：

关敏

指导教师姓名：

李彦生教授

学科门类：

工学

专业名称：

环境科学

申请学位级别：

硕士

论文提交日期：

2005年

5月

日

论文答辩日期：

2005年

6月

日

学位授予单位：

大连交通大学

摘要

本文以锌矿为原料，采用硫酸湿法浸出工艺，通过离子交换树脂法制备超细氧化锌及氧化锌晶须。

优选了浸出工艺条件，确定了净化除杂方案，主要研究了氧化锌合成工艺条件对产物的产率及形貌的影响。

以X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）对产物的结构及形貌进行了表征。

通过正交试验确定了锌矿酸浸优化工艺条件：

硫酸浓度为1.3mol/L，液固比为8：

1，浸取温度为60℃，浸取时间为2.5h。

在此条件下锌的浸出率可达98%以上。

在净化过程，选用高锰酸钾作氧化剂氧化去除铁、锰的适宜条件为：

氧化温度80～90℃，反应时间为50min，反应溶液的pH值为5.2～5.4。

在此条件下铁的去除率高于99%，锰的去除效果也较好。

置换法去除铜、镉、镍等重金属的适宜条件为：

反应初始温度为90℃，全部锌粉投加完毕后，将温度控制在50℃，反应时间为45min。

采用离子交换树脂法制备超细氧化锌及氧化锌晶须，可以得到较好的产率、纯度及分散性。

由于选用树脂为沉淀剂，通过化学沉淀法制备氧化锌前驱体，从而解决了以往沉淀法阴离子洗脱困难的问题，同时利用离子交换树脂特有的孔径控制产物的形貌。

通过控制工艺条件合成出各种形貌的超细氧化锌及氧化锌晶须。

以强碱性阴离子交换树脂为沉淀剂时，反应温度为20℃时，生成的氧化锌为颗粒状，粒径约为100nm；反应温度为40℃时，得到针状氧化锌晶须，针长接近1μm，根部直径约50nm；反应温度为60℃时，生成的氧化锌为一维纳米棒，棒长约1μm，直径约为80～100nm；反应温度为80℃时，生成氧化锌为长径比较小的短棒，长度为300nm，直径约为100nm。

当反应物浓度较低时，产物为针状氧化锌晶须；当反应物浓度较高时，产物为片状氧化锌颗粒。

以锌型阳离子交换树脂与NaOH、Na2Zn（OH）4混合液反应制备超细氧化锌，制得的超细氧化锌为均为颗粒状。

以离子交换树脂法制备超细氧化锌及氧化锌晶须，具有实验设备简单，操作方便，清洁环保等优点。

这为氧化锌的制备开辟了一个新的途径，该研究方法也适用于其它超细无机粉体的制备，为超细微粒及晶须材料合成提供了一种新方法。

关键词：

锌矿；硫酸浸出；离子交换树脂；超细氧化锌；氧化锌晶须

ABSTRACT

Inthisthesis,thepreparationofultra-finezincoxideandzincoxidewhiskersthroughwet-processleachingofzincoresbysulfuricacidandion-exchangeresinmethodhasbeeninvestigated.Theoptimizationoftheleachingprocessconditions,theestablishmentofthepurifyingschemeandtheeffectsofthesyntheticconditionsofzincoxideontheyieldandimagesoftheproductsweremainlydiscussedinthispaper.ThestructureandimageoftheproducthavebeencharacterizedbyXRD,SEMandEDS.

Theoptimumacid-leachingprocessconditionsthroughtheorthogonaltestweredeterminedasfollows:

theconcentrationofsulfuricacidof1.3mol/L,theliquid-solidratio8:

1,thetemperature60℃,thetime2.5h,andundertheseconditions,theextractionrateisabove98%.

Inthepurifyingprocess,theoptimumconditionsoftheiron-removalandmanganese-removalbytheoxidizingmethodwithpotassiumpermanganateweredeterminedasfellows:

oxidizing-temperature80～90℃,heated-time50min,pH=5.2～5.4.Undertheseconditions,theiron-removalratewasabove99%,andtheresultofmanganese-removalwasalsobetter.Theoptimumconditionsoftheremovaloftheheavymetalsuchascopper,nickel,cadmiumandsoonbyaddingzincpowderweredeterminedasfellows:

theinitialtemperature90℃,thereplacingtemperatureafterallthezincpowderwasadded50℃,thedisplacementreactiontime45min.

Preparedthroughtheion-exchangeresinmethod,betteryield,purityanddispersivityofultra-finezincoxideandzincoxidewhiskerscanbeobtained.Becausetheprecursorofzincoxidewaspreparedthroughthechemicalprecipitationmethodusingion-exchangeresinasprecipitatingagent,theproblemissolved,whichisdifficulttowashofftheanionsintheformerprecipitationmethod,andtheparticlediameterwascontrolledbythespecialporesintheion-exchangeresin.

Ultra-finezincoxideandzincwhiskerswithvariousimageshavebeensynthesizedthroughcontrollingtheprocessconditions.Usingthestronglybasicanionion-exchangeresinastheprecipitatingagent,whenthereactiontemperaturewas20℃,theproductwasgranularzincoxidepowderwiththeparticlediameterof100nm;whenthetemperaturewas40℃,zincoxidewhiskerswereobtained,whichthelengthoftheneedlewasnearly1μmandthediameterofitsrootisabout50nm;whenthetemperaturewas60℃,theone-dimensionalnanorodsofzincoxidewasacquired,whichthelengthofrodwasabout1μm,andthediameterwasabout80~100nm;whenthetemperaturewas80℃,zincoxidewasgranularshort-rodwiththelengthof300nmandthediameterof100nm.Whilethereactionconcentrationislower,theproductwaszincoxidewhisker;whiletheconcentrationishigher,theproductwasplatyzincoxidepowder.

Theion-exchangeresinmethodbywhichultra-finezincoxideandzincoxidewhiskershavebeenpreparedhasmanyadvantagessuchassimpleequipment,convenientoperation,cleannessandprotectingenvironment.Thismethodfoundanewchannelforthepreparationofultra-finezincoxideandzincoxidewhiskers,anditalsosuitsforthepreparationofotherultra-finepowders,whichprovidesanewwayforthesyntheticoftheultra-finepowdersandwhiskermaterials.

KeyWords:

zincores;leachingbysulfuricacid;ultra-finezincoxide;

zincoxidewhiskers

目录

摘要I

_Toc101027306

第一章绪论1

_Toc101027308

1.2锌矿概述及湿法冶金工艺2

_Toc101027310

1.2.2湿法冶金工艺2

_Toc101027312

1.3.1超微粉体及其性质3

_Toc101027314

1.3.3超细氧化锌的应用6

_Toc101027316

1.4超细氧化锌及氧化锌晶须合成方法10

_Toc101027318

1.4.2氧化锌晶须的合成方法14

_Toc101027320

1.5本课题拟研究的内容、方法及分析方法16

_Toc101027322

1.5.2试验分析方法17

_Toc101027324

第二章