Цинковые белила своими руками
Обновлено: 05.07.2024
Получение цинковых белил из цинксодержащего сырья предусматривает прокаливание сырья в смеси с углем при температуре около 1300 С. При этом происходит восстановление цинка до металлического, его плавление и испарение. После этого пары цинка окисляются кислородом воздуха и образовавшийся оксид цинка улавливают по рассмотренной уже выше схеме. [2]
Для получения цинковых белил применяется химически чистый сульфат цинка, так как внедрение примесей в кристаллическую решетку снижает их белизну. [3]
Процесс получения цинковых белил прокаливанием цинкового купороса изучался также в НИИЛК Богоявленским и позже Давидовской. [4]
Процесс получения цинковых белил ZnO слагается из двух основных стадий: возгонки металлического цинка в муфеле и окисления его паров по выходе из муфеля кислородом воздуха. [5]
При получении цинковых белил из цинксодержащего сырья последнее восстанавливают углем. [6]
При получении цинковых белил из металлического цинка или цинксодержащего сырья образуются пары цинка, которые окисляются кислородом воздуха. В зависимости от режима окисления паров цинка, а именно температуры в окислительной камере, а также от наличия в ней горючих газов и продуктов их сгорания меняются размеры и форма частиц. [7]
При получении цинковых белил по способу Витериля в качестве сырья применяют окисленные цинковые руды ( смитсо-нит ZnCOs) и различные цинксодержащие отходы, например изгарь цинка, вельцокись, серую окись цинка и другие, содержащие 30 - 50 % окиси цинка. Это сырье в смеси с углем при прокаливании в печи при 1300 С восстанавливает окись цинка до металлического цинка, получающегося в парообразном состоянии. Далее пары цинка окисляются кислородом воздуха с образованием окиси цинка. [8]
Сырьем для получения цинковых белил по муфельному способу служит металлический цинк. [9]
Сырьем для получения цинковых белил служит металлический цинк. [10]
Сырьем для получение цинковых белил служит либо металлический цинк, либо цинксодержащие руды ( смитсонит) и различные отходы ( цинковая изгарь, вельцокись, серая окись), содержащие 30 - 50 % оксида цинка. В зависимости от вида исходного сырья различаются и методы получения пигмента. [11]
Сырьем для получения цинковых белил по муфельному способу служит металлический цинк. [12]
Муфельный способ получения цинковых белил состоит из двух стадий: испарения металлического цинка с последующим окислением его паров в окись и улавливания образовавшихся белил. [13]
Какие методы получения цинковых белил используются в промышленности. [14]
Химические основы получения цинковых белил из солей цинка приведены ниже. [15]
Потребуются: Дубовые опилки, свинцовые пластины, уксусная кислота 20-40%.
Опилки размещаются в поддоне (пластиковый к пимеру), обильно смачиваются уксусом, над (1-3см)опилками размещаем свинцовые пластины, удобнее их нарезать в узкие полоски и скрутить в спираль, надеть на палочки(этакие шампуры) в общем получается полная аналогия с мангалом. Ждем. через несколько дней на пластинках начнет появляться белый налет, его просто соскабливаем-это и есть белила, сначала его будет мало, а со временем слой будет нарастать все быстрее и обильнее..
Потребуются: Дубовые опилки, свинцовые пластины, уксусная кислота 20-40%.
Свинцовые белила- это продукт, получаемый путем СОВМЕСТНОГО действия на свинец паров уксусной кислоты и углекислого газа. Для этого горшки с налитым в них уксусом и битым свинцом и помещают в навоз.(как вариант-на подставку в закрытой емкости с раствором дрожжей) Есть еще французский способ- смешивается раствор свинцового сахара и кальцинированной соды. выпавший осадок промывается и высушивается. Но (проверено!) полученные таким способом белила кроют хуже полученных вышеназванными способами. Если же идти путем. предложенными дорогим коллегой,да еще и на открытом воздухе, то в результате получится продукт, в основном состоящий из уксуснокислого свинца.(свинцового сахара). Но вы все равно попробуйте, а потом расскажете результат этого опыта. Крайне интересно !
Изобретение может быть использовано в лакокрасочной, резинотехнической и других отраслях промышленности. Способ получения сухих цинковых белил включает загрузку цинка в муфели, установленные в печи, разделенной на две автономно работающие секции, испарение цинка из муфелей в результате их нагрева пламенем газовых горелок, окисление паров цинка кислородом воздуха в окислительной камере с образованием аэрозоля цинковых белил. Муфели устанавливают в печь с наклоном в 2-3° в сторону окислительной камеры. Загрузку цинка в муфели осуществляют в виде его расплава, получаемого в насадке к муфелям при температуре 500-550°С. Муфели нагревают до температуры 1250-1400°С, а воздух в окислительную камеру подают нагретым до температуры 150-250°С. Полученный аэрозоль цинковых белил транспортируют по белилопроводу через уравнительную камеру в фильтровальную установку с помощью вытяжного вентилятора, отделяют сухие цинковые белила от воздуха с помощью рукавных фильтров фильтровальной установки и выгружают из бункеров фильтровальной установки в упаковочную тару. Изобретение позволяет упростить аппаратурное оформление и улучшить условия труда при замене вышедших из строя муфелей на новые, увеличить срок службы муфелей, снизить расход энергоносителей, 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.
Формула изобретения
1. Муфельный способ получения сухих цинковых белил путем загрузки цинка в муфели, установленные в печи, испарения цинка из муфелей в результате их нагрева пламенем газовых горелок, окисления паров цинка кислородом воздуха в окислительной камере с образованием аэрозоля цинковых белил, транспортировки аэрозоля цинковых белил по белилопроводу через уравнительную камеру в фильтровальную установку с помощью вытяжного вентилятора, отделения сухих цинковых белил от воздуха с помощью рукавных фильтров фильтровальной установки, выгрузки сухих цинковых белил из бункеров фильтровальной установки в упаковочную тару, отличающийся тем, что используют печь на две автономно работающие секции, муфели устанавливают в печь с наклоном в 2-3° в сторону окислительной камеры, загрузку цинка в муфели осуществляют в виде его расплава, получаемого в насадке к муфелям при температуре 500-550°С, муфели нагревают до температуры 1250-1400°С, а воздух в окислительную камеру подают нагретым до температуры 150-250°С.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что замену вышедших из строя муфелей осуществляют при остановке работы секции и охлаждении муфелей до температуры 60°С.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области производства оксидов металлов из металлосодержащего сырья и может быть использовано в производстве из цинкосодержащего сырья сухих цинковых белил (оксида цинка), потребляемых для резинотехнических изделий и шин, лакокрасочных материалов, искусственной кожи и подошвенных резин, электрокабеля, стоматологических цементов, абразивных изделий для стоматологии, асбестотехнических изделий и других материалов.
Известен муфельный способ получения сухих цинковых белил, выбранный в качестве прототипа, включающий загрузку чушек металлического цинка в муфели, в которых цинк нагревают до температуры кипения и выше с целью получения парообразного цинка. Пары цинка из муфелей поступают в окислительную камеру благодаря создающему вытяжным вентилятором разрежения в системе окислительная камера - уравнительная камера - белилопровод - вытяжной вентилятор, равного 15-50 Па. Пары цинка, имеющие высокую температуру (1250-1450°С), вступают в реакцию с кислородом воздуха с образованием оксида цинка (ZnO), который, смешиваясь с воздухом, образует аэрозоль сухих цинковых белил, который транспортируется в уравнительную камеру и по белилопроводу в аспирационное отделение, где осуществляется разделение в рукавных фильтрах сухих цинковых белил и воздуха. Цинковые белила из рукавных фильтров выгружаются в бункеры, из которых их упаковывают в бумажные или полипропиленовые мешки. Через 15-20 суток работы муфели, имеющие трещины или значительные наросты настыля на внутренних поверхностях, заменяют на новые без остановки работы печи. Для этого новые муфели нагревают в отдельно построенной печи до 700°С. Старые муфели убирают из печи специальной механической установкой, этой же установкой вставляют в печь нагретые новые муфели. (Орлова О.В, Фомичева Т.Н, Окунчиков А.З., Курский Г.Р. Технология лаков и красок. Учебное пособие для техникумов. М.: Химия, 1980 г., с.211-212, 371-372)
Известен способ производства сухих цинковых белил, в котором загрузку цинка в муфели осуществляют в виде расплава, получаемого в приставке к муфелям при температуре 500°С (авторское свидетельство SU 53566, кл. F27B 5/00, 1938 г.).
Общими недостатками известных способов получения сухих цинковых белил являются:
- трудоемкость и опасность производства сухих цинковых белил, связанная с заменой вышедших из строя муфелей, нагретых до температуры 1250-1450°С, на новые специальным приспособлением через окислительную камеру;
- нагрев новых муфелей, предназначенных для замены муфелей, вышедших из строя, в специальной печи до температуры 600-700°С;
- сложное аппаратурное оформление, связанное с применением специального приспособления для замены вышедших из строя муфелей на новые и с использованием дополнительной печи для нагрева новых муфелей перед заменой их на муфели, вышедшие из строя;
- значительные площади, занимаемые оборудованием;
- повышенный расход природного газа;
- значительные капитальные и эксплуатационные затраты, способствующие повышению себестоимости сухих цинковых белил.
Задачей предлагаемого способа получения сухих цинковых белил является устранение вышеперечисленных недостатков известных способов. Решение указанной задачи достигается тем, что для производства сухих цинковых белил используют печь, разделенную на две автономно работающие секции, муфели, имеющие насадки, устанавливают в печь с наклоном в 2-3° в сторону окислительной камеры, загрузку цинка в муфели осуществляют в виде его расплава, получаемого в насадке к муфелям при температуре 500-550°С. Муфели нагревают до температуры 1250-1400°С.
Воздух для окисления паров цинка в оксид цинка подают в окислительную камеру нагретым до температуры 150-250°С. Замену вышедших из строя муфелей осуществляют при остановке работы секции и охлаждении муфелей до температуры 60°С.
Устройство муфеля с насадкой представлено на чертеже.
1 - муфель, 2 - насадка, 3 - клей огнеупорный, 4 - передняя вставная крышка, 5 - зазор для оттока паров цинка в окислительную камеру, 6 - расплав цинка, 7 - задняя вставная перегородка, 8 - зазор для протекания цинка из насадки в муфель, 9 - чушка цинка.
Температуру расплава цинка в насадке (поз.2) поддерживают на уровне 500-550°С. Между насадкой (поз.2) и муфелем (поз.1) имеется задняя вставная крышка (поз.7), которая не полностью перекрывает муфель и образует зазор (поз.8), необходимый для перетока расплава цинка из насадки (поз.2) в муфель (поз.1). Наибольшая высота сегмента, образованного зазором (поз.8), составляет 50-70 мм, наибольшая высота сегмента, образованного зазором (поз.8) между муфелем и передней вставной крышкой (поз.4), составляет 70 мм. Для испарения цинка в муфелях их нагревают пламенем газовых горелок до температуры 1250-1400°С. Для полного окисления паров цинка в окислительной камере в нее подают воздух, нагретый до температуры 150-250°С. Муфели, установленные в печь, при данных условиях производства сухих цинковых белил могут находиться в работе до их замены на новые в течение 15-25 суток, в зависимости от качества перерабатываемого цинка в сухие цинковые белила, замену вышедших из строя муфелей осуществляют при остановке работы секции печи и охлаждении муфелей до температуры 60°С.
Перед тем как выключить из работы секцию печи, производят полную выработку расплава цинка из муфелей данной секции. Для этого прекращают загрузку чушек цинка в насадки к муфелям, насадки закрывают крышкой для исключения испарения из них цинка. Газовые горелки не выключают до полной выработки расплава цинка в муфелях. Полная выработка расплава цинка в муфелях и насадках обеспечивается наклоном муфелей в 2-3° в сторону окислительной камеры.
Совокупность признаков заявляемого технического решения муфельного способа получения сухих цинковых белил имеет отличия от прототипа и не следует явным образом из изученного уровня техники, поэтому авторы считают, что способ является новым и имеет изобретательный уровень.
Муфельный способ получения сухих цинковых белил позволяет исключить трудоемкие и опасные операции замены отработанных, нагретых до 1250-1400°С муфелей на новые, предварительно нагретые до 600-700°С в отдельной печи, специальным приспособлением, исключить из обращения отдельную печь для нагрева новых муфелей, предназначенных для замены отработанных муфелей, а также специальное приспособление, тем самым сократить производственную площадь, уменьшить расход газа, капитальные и эксплуатационные затраты.
Муфельный способ получения сухих цинковых белил осуществляют следующим образом. В печь, разделенную на автономно работающие секции, устанавливают муфели с наклоном в 2-3° в сторону окислительной камеры, к муфелям устанавливают насадки, включают обогрев насадок и муфелей газовыми горелками. В окислительные камеры подают нагретый воздух до температуры 150-250°С. В насадки загружают чушки цинка. Температуру расплава цинка в насадках поддерживают на уровне 500-550°С, а муфели разогревают до температуры 1250-1400°С. При загрузке в насадки цинка, содержащего 98% металлического цинка, срок работы муфелей составит 15-25 суток, а при загрузке в насадки цинка, содержащего 99,7-99,9% металлического цинка, срок работы муфелей до их замены на новые составит 25-40 суток. После выхода из строя 40% муфелей, установленных в секции, производят полную выработку расплава цинка в муфелях данной секции и производят остановку работы данной секции. Для этого прекращают загрузку цинка в насадки, насадки закрывают крышками и после полной выработки расплава цинка в муфелях отключают обогрев насадок и муфелей. После охлаждения муфелей до температуры 60°С осуществляют их замену на новые. После этого данную секцию включают в работу так, как это было описано выше.
Данные технологических параметров известного (Орлова О.В., Фомичева Т.И., Окунчиков А.З., Курский Г.Р. Технология лаков и красок. Учебное пособие для техникумов. М.: Химия, 1980 г., с.211-212, 371-372) и предлагаемого способов получения сухих цинковых белил представлены в таблице 1.
Состав гартцинка, мас.%:
Массовая доля цинка - 99,5
Массовая доля примесей - 0,5.
| Таблица 1 | |||||||
| Расход энергоносителей на 1 т сухих цинковых белил, кВт. | Массовая доля цинка в пересчете на оксид цинка в сухих цинковых белилах, % | Срок службы муфелей до его замены на новый сутки | Производительность одного муфеля по испаряемому цинку, кг/ч | ||||
| По известному способу | По предлагаемому способу | По известному способу | По предлага- емому способу | По известному способу | По предлагаемому способу | По известному способу | По предлагаемому способу |
| 800 | 650 | 99,70 | 99,73 | 15 | 35 | 24,6 | 28,6 |
| 760 | 630 | 99,70 | 99,70 | 12 | 37 | 23,8 | 29,5 |
| 790 | 660 | 99,70 | 99,75 | 17 | 34 | 25,0 | 28,8 |
Результаты технологического процесса предлагаемого способа получения сухих цинковых белил при указанных в формуле изобретения параметрах и граничных параметрах представлены в таблице 2.
Цинковые белила представляют собой оксид цинка ZnO, имеющий гексагональную структуру с размером первичных игольчатых частиц 0,1 —1,0 мкм, из которых иногда образуются сросшиеся звездообразные частицы. Могут быть получены и коллоидные частицы округлой формы размером 0,01 мкм. Оптимальный оптический размер частиц 0,48—0,50 мкм. С уменьшением размера частиц улучшается разбеливающая способность и укрывистость пигмента, но возрастает его фотоактивность и ухудшается атмосферостойкость, поэтому практически для лакокрасочных покрытий предпочитают иглообразные частицы размером 0,5—1,0 мкм.
Цинковые белила в зависимости от способа и режима получения представляют собой смесь частиц различной формы и размеров: игольчатые (длина более чем в 10 раз превышает ширину частиц) —2—20%;
призматические (длина менее чем в 10 раз больше ширины) ' 70—90%; кубические (длина близка к ширине) 2—15%. Удельная поверхность колеблется от 2 до 30 м2/г.
Оксид цинка имеет чисто белый цвет и высокий коэффициент яркости (98—99%), он поглощает УФ-лучи особенно в области Х = 360 hm но обладает высокой фотохимической активностью. Кристаллическая решетка оксида цинка, получаемого конденсационным способом — окислением цинка в паровой фазе,— чаще всего дефектна — имеет в большом количестве вакансии в узлах, которые должны занимать цинк. Это является причиной некоторой нестехиометричности состава, повышенной реакционной способности, высокой фотохимической активности и хороших адсорбционных свойств.
Оксид цинка имеет амфотерный характер, он растворим как в кислотах, так и в щелочах, но нерастворим в воде. Сильнее проявляется его основной характер. При хранении во влажной атмосфере поглощает диоксид углерода и постепенно на поверхности частиц образуется слой основного карбоната цинка (ZnOH)2CO3, что ухудшает пигментные свойства оксида цинка и увеличивает содержание в нем водорастворимых солей. Со свободными жирными кислотами оксид цинка образует соли — мыла. Цинковые мыла являются ПАВ, они способствуют смачиванию, диспергированию и структурированию красочных систем. С пленкообразующими веществами, имеющими высокие кислотные числа, цинковые белила не могут применяться, так как при большом содержании цинковых мыл происходит загустевание и даже необратимое затвердевание красок при хранении. Цинковые белила несовместимы и с поливинилацетатными дисперсиями, так как ионы цинка могут вызывать их коагуляцию.
Цинковые белила широко применяются для многих видов лакокрасочных материалов, предназначенных для покрытий, которые эксплуатируются внутри помещений. Большое количество (до 50%) высокодисперсных химически активных цинковых белил используется в резинотехнической промышленности.
Цинковые белила, вырабатываемые из чистого рафинированного цинка (ЦБ-0, ЦБ-1, ЦБ-2), малотоксичны; ПДК в воздухе рабочей зоны 0,5 мг/м3.
Различают прямые пирометаллургические способы производства оксида цинка из обоженных рудных концентратов или вторичного сырья, содержащих 30—60 % ZnO, косвенные способы — из чистого цинка, а также гидрометаллургические способы — из растворов солей цинка.
Производство оксида цинка из металлического цинка. На просторах бывшего СССР основную массу цинковых белил получают из чистого электролитического цинка. Цинк плавят и испаряют во вращающихся барабанных (рис.) или муфельных печах, отапливаемых природным газом, с последующим окислением кислородом воздуха в окислительных камерах.
Технологическая схема производства цинковых белил из металлического цинка в барабанных печах:
1 — газовая топка;
2 — вращающийся барабан печи; 3 — окислительная камера; 4 — уравнительная камера; 5 — охлаждающий трубопровод; 6 —вентилятор; 7 — рукавные фильтры;
8 — скруббер мокрой очистки отходящих газов; 9 — робот для загрузки металлического цинка.
Цинк плавится при 419 0C и испаряется при 930 0C. Испарение цинка должно происходить при отсутствии кислорода. Керамические муфели, в которых плавится и испаряется цинк, обогреваются топочными газами, омывающими муфели снаружи. Во вращающихся печах цинк испаряется за счет теплоты топочных газов, непосредственно омывающих металлический цинк, и пары цинка смешиваются с топочными газами. Минимальный расход газа (метана) составляет 0,18 м3 на 1 кг Zn при температуре сгорания 1250—13500C. Коэффициент избытка воздуха должен быть £0,95, т. е. поддерживается восстановительная среда за счет неполного сгорания части метана только до СО, чтобы предотвратить преждевременное окисление цинка и потери его в виде шлака и крупных спекшихся частиц оксида цинка с металлическим цинком.
Из муфелей или из барабана вращающейся печи пары цинка попадают в окислительную камеру, где встречаются с кислородом воздуха и сгорают с большим выделением теплоты, образуя кристаллы оксида цинка:
В зависимости от термодинамических условий в камере окисления и равномерности распределения паров цинка в газовой среде образующиеся зародыши кристаллов гексагональной формы могут расти вдоль одной оси, образуя призмы и длинные иглы, или при быстром охлаждении оставаться в виде коротких призм и зерен с высокой удельной поверхностью (до 30 м2/г).
Для получения частиц наиболее желательной для лакокрасочных материалов игольчатой формы с наименьшим количеством дефектов на поверхности кристаллов, т. е. с наименьшей фотохимической активностью и с оптимальными размерами 0,48 мкм (Sуд = 6-10 м2/г) следует обеспечивать четко регулируемые стабильные термодинамические условия окисления паров цинка: температуру 750—850 0C, избыток воздуха а= 1,5-2, большое разбавление инертным топочным газом и выдержку в уравнительной камере. Главным условием является интенсивное принудительное смешение паров цинка с воздухом. При получении цинковых белил в барабанных печах вследствие разбавления паров цинка продуктами сгорания окисление протекает медленнее, чем в муфельных печах, что способствует росту кристаллов и меньшему количеству в них дефектов, поэтому цинковые белила отличаются от получаемых в муфельных печах меньшей фотохимической активностью и лучшей атмосферостойкостью, однако уступают последним по белизне. Повышение температуры окисления цинка и длительная выдержка в камере сгорания приводят к прочному спеканию частиц и заметному ухудшению их дис-пергируемости. Для получения высокодисперсных химически активных цинковых белил для резинотехнической промышленности с удельной поверхностью Sуд = 15-30 м2/г поддерживают более низкую температуру окисления (~600 0C) при большом разбавлении воздухом.
Из окислительной камеры аэродисперсия оксида цинка отсасывается в уравнительную камеру, где осаждаются неокисленный металлический цинк и наиболее крупные частицы цинковых белил. Выходящая из уравнительной камеры взвесь цинковых белил в газах охлаждается воздухом в длинном (до 300 м) трубопроводе до 100—1200C, после чего пигмент осаждается в циклонах или отделяется от газов в рукавных фильтрах. Газы перед выбросом в атмосферу очищаются от остатка цинковых белил в мокрых скрубберах.
Муфельные печи, обслуживание которых требует большой затраты тяжелого ручного труда и частой замены выходящих из строя горячих муфелей, уступают место механизированным барабанным вращающимся печам.
Перспективны электродуговые и плазменные печи непрерывного действия, где имеется возможность полностью исключить проникновение кислорода воздуха в зону испарения цинка и предотвратить образование изгари. Расход электроэнергии на 1 кг цинка составляет 1 кВт-ч. Плазменные печи, в которых используют низкотемпературную плазму, получаемую пропусканием инертного газа через пламя вольтовой дуги, имеют высокую производительность при малом объеме и в них можно поддерживать стабильный режим за счет полной автоматизации процесса.
Теоретически на 1 т цинковых белил должно затрачиваться 802 кг чистого цинка, фактически расходуется 845—860 кг. Из них безвозвратно теряется 2—4 кг, остальное составляют возвратные отходы: “серая окись” — смесь цинка с оксидом цинка, выпадающая в окислительной камере, силикаты цинка, получающиеся при разрушении футеровки печи, изгарь и шлаки. Эти отходы являются вторичным сырьем и используются для производства литопона или оксида цинка по способу Витериля.
Читайте также: