电渗析提纯管式热解氨连续制备纳米高纯碱式碳酸金属化合物和金属氧化物的方法

摘要

本发明公开了一种电渗析提纯管式热解氨连续制备纳米高纯碱式碳酸金属化合物和金属氧化物的方法，包括精制金属盐溶液、电解、脱氨干燥、焙烧工段，阳极采用无机盐溶液与无机盐溶液循环，阴极采用氨水或氨水与碳铵混合溶液循环，离子膜采用阳性离子膜、双性离子膜进行电渗，阳极金属离子通过离子膜与阴极腔中的氨离子生成金属氨络离子，金属氨络合离子在100－150℃条件下，通过管式脱氨塔在15－60秒内脱氢并将悬浮液急冷－5－0℃后，高速分散施加浓度为沉淀量的1－5％的表面改性剂，经固液分离，闪蒸干燥，300－600℃气流动态焙烧到纳米金属氧化物粉体，本发明能够实现连续化生产，其产品纯度大于99.9％，质量稳定，成本低，对环境无污染。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种化学法生产纳米碱式碳酸金属化合物和金属氧化物的提纯方法，尤其是涉及电渗析提纯管式热解氨连续制备纳米高纯碱式碳酸金属化合物和金属氧化物的方法。

背景技术：

由于目前全球化学法制备纳米金属碳酸化合物和金属氧化物均存在产品纯度不高，污染大，不利于环保，且多为间隙式生产，难实现连续生产的问题，且其成本高，设备自动控制难，因此产品质量不稳定，波动大。

发明内容：

本发明的目的旨在克服上述缺陷，提供一种电渗析法提纯管式热解氨连续制备纳米碱式碳酸金属化合物和金属氧化物的方法，该方法能够实现纳米碱式碳酸金属化合物和金属氧化物的连续化生产，其产品纯度大于99.9％，质量稳定，成本低，对环境无污染。

本发明的具体技术方案如下：

本发明的工艺步骤包括：精制金属盐溶液、电解、脱氨干燥、焙烧工段，其特征在于：阳极采用无机盐溶液与无机盐溶液循环，阴极采用氨水或氨水与碳铵混合溶液循环，离子膜采用阳性离子膜、双性离子膜进行电渗，阳极金属离子通过离子膜与阴极腔中的氨离子生成金属氨络离子，金属氨络合离子在100-150℃条件下，通过管式脱氨塔在15-60秒内脱氢并将悬浮液急冷-5-0℃后，高速分散施加浓度为沉淀量的1-5％的表面改性剂，经固液分离，闪蒸干燥生成纳米碱式碳酸金属化合物粉体或纳米金属氢氧化物粉体，再经300-600℃气流动态焙烧到纳米金属氧化物粉体。

本发明所述的精制金属盐溶液工段是指金属盐原料除杂净化后的精原液与纯水配制成每升金属含量为30-130克的硫酸盐溶液。

本发明所述的在电解工段中的氨水和碳铵混合溶液的PH值为10-12.5。

本发明所述的在电解工段中的电极参数为：电极电压3-5V，电极电流0.3-0.5A/cm²。

本发明所述的在脱氨干燥工段中加入的表面改性剂是指磺酸盐或油酸或硅偶联剂或钛偶联剂。

本发明所述的金属氨络离子包括：[Zn(NH₃)₄]²⁺、[Co(NH₃)₆]²⁺、[Al(NH₃)₄]³⁺、[Ni(NH₃)₄]²⁺、[Cu(NH₃)₄]²⁺、[Cd(NH₃)₄]²⁺。

本发明制得的纳米金属化合物粉体和金属氧化物粉体的纯度均＞99.9％。

本发明的原理为：采用金属盐为原材料，用电渗(离子膜电解技术)，阳极采用无机盐溶液与无机盐溶液循环，阴极采用氨水或氨水与碳铵混合溶液循环，离子膜采用阳性离子膜、双性离子膜等进行电渗，阳极金属离子通过离子膜与阴极腔中的氨离子生成金属氨络离子，如[Zn(NH₃)₄]²⁺、[Co(NH₃)₆]²⁺、[Al(NH₃)₄]³⁺、[Ni(NH₃)₄]²⁺、[Cu(NH₃)₄]²⁺、[Cd(NH₃)₄]²⁺，将合金属氨络合离子通过管式脱氨塔在15-60秒内热解出氨气，同时在管式放料口高分散施加化学表面改性剂，并通过急冷改变沉淀热动力条件形成碱式碳酸金属化合物或金属氢氧化物纳米沉淀浆料，经固液分离，闪蒸干燥生成纳米碱式碳酸金属化合物粉体或纳米金属氢氧化物粉体，再经300-600℃气流动态煅烧到纳米金属氧化物粉体。

本发明能够实现纳米碱式碳酸金属化合物和金属氧化物的连续化生产，其产品纯度大于99.9％，质量稳定，成本低，对环境无污染。

附图说明：图1为纳米氧化锌、碱式碳酸锌生产流程图图2为纳米氧化铝、碱式碳酸铝生产流程图

具体实施方式：实施例1：(纳米氧化锌、碱式碳酸锌生产流程)

一、精制硫酸锌溶液工段

1、将硫酸锌粗溶液过滤、净化后得精原液；

2、与纯水配制含锌100-130克/升的硫酸锌溶液。

二、电解工段

1、电解溶液浓度为含锌100-130克/升的精硫酸锌溶液。阳极采用硫酸锌和硫酸溶液循环，阴极采用氨水和碳铵混合溶液(PH10-12.5)循环，电极反应如下：

阳极：

阴极：

      

2、电极参数：电极电压：3-5V

             电极电流：0.3-0.5A/cm²

3、产生的过硫酸根去制备过硫酸盐

   

4、电解产生的氢气回收去氢气贮罐

三、脱氨干燥工段

将电解产物[Zn(NH₃)₄]CO₃在100-150℃条件下，通过管塔式分离器，在15-60秒内脱氢并将悬浮液急冷-5-0℃后，高速分散施加一定量的表面改性剂，干燥后得纳米碱式碳酸锌，所得氨气可回收制氨水。

          

四、焙烧工段

将干燥后的碱式碳酸锌在300-520℃高温下焙烧即得纳米氧化锌。

    生成的二氧化碳回收利用

      实施例2：(纳米氧化铝、碱式碳酸铝生产流程)

一、精制硫酸铝溶液工段

1、将硫酸铝粗溶液过滤、净化后得精原液；

2、与纯水配制含铝量30-60克/升的硫酸铝溶液。

二、电解工段

1、电解溶液浓度为含铝30-60克/升的硫酸铝溶液。阳极采用硫酸铝和硫酸溶液循环，阴极采用氨水和碳铵混合溶液(PH10-12)循环，电极反应如下：

阳极：

阴极：

         

2、电极参数：电极电压：3-5V

             电极电流：0.3-0.5A/cm²

3、产生的过硫酸根去制备过硫酸盐

   

4、电解产生的氢气回收去氢气贮罐

三、脱氨干燥工段

将电解产物[Al(NH₃)₄]₂(CO₃)₃在100-150℃条件下，通过管塔式分离器，在15-60秒内脱氢并将悬浮液急冷-5-0℃后，高速分散施加一定量的表面改性剂，干燥后得纳米碱式碳酸铝，所得氨气可回收制氨水。

                 

四、焙烧工段

将干燥后的碱式碳酸铝在600℃高温下焙烧即得纳米氧化铝。

   生成的二氧化碳回收利用

      实施例3：(纳米氧化镍、碱式碳酸镍生产流程)

一、精制硫酸镍溶液工段

1、将硫酸镍粗溶液过滤、净化后得精原液；

2、与纯水配制含镍60-100克/升的硫酸镍溶液。

二、电解工段    

1、电解溶液浓度为含镍60-100克/升的精硫酸镍溶液。阳极采用硫酸镍和硫酸溶液循环，阴极采用氨水和碳铵混合溶液(PH10-12.5)循环，电极反应如下：

阳极：

阴极：

2、电极参数：电极电压：3-5V

电极电流：0.3-0.5A/cm²

3、产生的过硫酸根去制备过硫酸盐

4、电解产生的氢气回收去氢气贮罐

三、脱氨干燥工段

将电解产物[Zn(NH₃)₄]CO₃在100-150℃条件下，通过管塔式分离器，在15-60秒内脱氢并将悬浮液急冷-5-0℃后，高速分散施加一定量的表面改性剂，干燥后得纳米碱式碳酸镍，所得氨气可回收制氨水。

            

四、焙烧工段

将干燥后的碱式碳酸镍在300-520℃高温下焙烧即得纳米氧化镍。

    生成的二氧化碳回收利用