第7期 徐冬等：氧化锌的碱法浸出 ·813 本文考虑到锌与铝的化学性质很相似，氧化锌 大溶解度点向更高的Na,0质量分数和Zn0质量分 和氧化铝皆为两性氧化物：在与酸反应时以金属阳 数移动. 离子的形式存在于溶液中，而在与碱反应时则以金 而且，在各个温度下的氧化锌的溶解度等温线 属酸根离子的形式存在于溶液之中.为了更好地开 都包括一个上升曲线段（左支）和一个下降曲线段 发应用氧化锌矿的碱性浸出，需对Na20-Zn0-H20 (右支)，并且这两线段的交点就是该温度下的ZO 三元体系的相图进行研究，而之前仅20世纪50年 的最大溶解度点.这点与Na20-Al203H0体系相 代苏联科学工作者四研究了氧化锌在碱液中的溶 图（图2）相似.左支上升是由于NaOH活度增 解度，至今未有更详尽的数据，因而对Na,0-Zn0- 加，其溶解Z0的能力增强：而右支下降是由于 H,0三元体系相图的准确研究很有必要.同时，本 随着Z0的不断溶解，形成的锌酸钠最终达到饱 文借鉴氧化铝的湿法生产工艺，对氧化锌的氢氧化 和，并且由于Na的浓度过高而产生同离子效 钠浸出过程进行研究和探讨，为氧化锌矿的碱性浸 应4-，Na,0质量分数越高，锌酸钠晶体就析出越 出能得到更充分的应用做了理论上的铺垫. 多，液相Zm0含量下降. 40r Na,O-ZnO-H,O三元体系的相图 35 在聚四氟乙烯烧杯中，隔绝空气的条件下，分别 30 对25℃、75℃和100℃下氧化锌在Na0H溶液中的 2 95℃200℃ 溶解结果进行了对比，结果如图1所示 20 95℃ 25 100℃ 30元-60℃ 20 75℃ 15 25 35 45 Na,0质量分数% 25℃ 图2Na20-A山203-H20系相平衡图目 Fig.2 Equilibrium phase diagram of the Na O-Al20,4H20 sys- tem图 10 20 30 40 50 Na,0质量分数% 2对Na20-Zn0-H,0体系的氧化锌生产 图1Na,0-Zn0-H20系相平衡图 循环构想 Fig.1 Equilibrium phase diagram of the Na O-ZnO-2O system 在实验中发现，可以在不加晶种的情况下对 100℃，Na,0质量分数为27.69%、Zn0质量分数为 由图1可知，在相对低的碱浓度(0,0<29%) 16.94%的Na,0-Zn0-H20体系，质量上用蒸馏水 下，Zn0溶解平衡受温度的影响较小.25、75和 稀释至原来的2、4、6和10倍，保温75℃，待体系平 100℃下Na,0-Zn0-H,0平衡浓度没有太大区别， 衡后(72h),测得各体系中Zn0的含量，如表1 尤其在0,0<17%时，三条溶解度曲线基本重合， 所示. 说明在该Na,0质量分数范围三者的Zn0溶解度几 表1平衡体系中Zn0含量和析出率 乎相等.但是，在较高Na20质量分数(29%~ Table 1 Content and crystallization rate of zine oxide in the equilibrium 40%)范围时，Zn0平衡浓度则有较大的区别.例 system 如，100℃下，Na20质量分数为33.56%时，Zn0质 稀释倍数（相对 平衡后溶液体系中 Zn0析出 量分数能达到24.86%：而体系75℃下，Na20质量 原体系质量) Zn0质量分数/% 率，n/% 分数为33.78%时，Zn0质量分数只有19.25%；在 2 3.571 59.980 25℃下，Na,0质量分数为33.57%时，Zn0质量分 4 0.775 82.338 数却只有11.11%.同时，随着温度的升高，等温溶 6 0.402 86.118 解度线的曲率减小，构成曲线的两条线段的夹角亦 10 0.108 93.726 逐渐变大，即溶液的未饱和区的范围变大：Zn0的最第 7 期 徐 冬等: 氧化锌的碱法浸出 本文考虑到锌与铝的化学性质很相似，氧化锌 和氧化铝皆为两性氧化物: 在与酸反应时以金属阳 离子的形式存在于溶液中，而在与碱反应时则以金 属酸根离子的形式存在于溶液之中． 为了更好地开 发应用氧化锌矿的碱性浸出，需对 Na2O--ZnO--H2O 三元体系的相图进行研究，而之前仅 20 世纪 50 年 代苏联科学工作者［12］研究了氧化锌在碱液中的溶 解度，至今未有更详尽的数据，因而对Na2O--ZnO-- H2O 三元体系相图的准确研究很有必要． 同时，本 文借鉴氧化铝的湿法生产工艺，对氧化锌的氢氧化 钠浸出过程进行研究和探讨，为氧化锌矿的碱性浸 出能得到更充分的应用做了理论上的铺垫． 1 Na2O--ZnO －H2O 三元体系的相图 在聚四氟乙烯烧杯中，隔绝空气的条件下，分别 对 25 ℃、75 ℃和 100 ℃下氧化锌在 NaOH 溶液中的 溶解结果进行了对比，结果如图 1 所示． 图 1 Na2O--ZnO--H2O 系相平衡图 Fig． 1 Equilibrium phase diagram of the Na2O-ZnO-H2O system 由图 1 可知，在相对低的碱浓度( wNa2O ＜ 29% ) 下，ZnO 溶解平衡受温度的影响较小． 25、75 和 100 ℃下 Na2O--ZnO--H2O 平衡浓度没有太大区别， 尤其在 wNa2O ＜ 17% 时，三条溶解度曲线基本重合， 说明在该 Na2O 质量分数范围三者的 ZnO 溶解度几 乎相 等． 但 是，在 较 高 Na2O 质 量 分 数 ( 29% ～ 40% ) 范围时，ZnO 平衡浓度则有较大的区别． 例 如，100 ℃ 下，Na2O 质量分数为 33. 56% 时，ZnO 质 量分数能达到 24. 86% ; 而体系 75 ℃ 下，Na2O 质量 分数为 33. 78% 时，ZnO 质量分数只有 19. 25% ; 在 25 ℃ 下，Na2O 质量分数为 33. 57% 时，ZnO 质量分 数却只有 11. 11% ． 同时，随着温度的升高，等温溶 解度线的曲率减小，构成曲线的两条线段的夹角亦 逐渐变大，即溶液的未饱和区的范围变大; ZnO 的最 大溶解度点向更高的 Na2O 质量分数和 ZnO 质量分 数移动． 而且，在各个温度下的氧化锌的溶解度等温线 都包括一个上升曲线段( 左支) 和一个下降曲线段 ( 右支) ，并且这两线段的交点就是该温度下的 ZnO 的最大溶解度点． 这点与 Na2O--Al2O3 --H2O 体系相 图( 图 2 ) 相 似． 左 支 上 升 是 由 于 NaOH 活 度 增 加［13］，其溶解 ZnO 的能力增强; 而右支下降是由于 随着 ZnO 的不断溶解，形成的锌酸钠最终达到饱 和，并 且 由 于 Na + 的浓度过高而产生同离子效 应［14--15］，Na2O 质量分数越高，锌酸钠晶体就析出越 多，液相 ZnO 含量下降． 图 2 Na2O--Al2O3 --H2O 系相平衡图［13］ Fig． 2 Equilibrium phase diagram of the Na2O-Al2O3 -H2O sys￾tem［13］ 2 对Na2O--ZnO--H2O 体系的氧化锌生产 循环构想 在实验中发现，可以在不加晶种的情况下对 100 ℃，Na2O 质量分数为 27. 69% 、ZnO 质量分数为 16. 94% 的 Na2O--ZnO--H2O 体系，质量上用蒸馏水 稀释至原来的 2、4、6 和 10 倍，保温 75 ℃，待体系平 衡后( 72 h) ，测 得 各 体 系 中 ZnO 的 含 量，如 表 1 所示． 表 1 平衡体系中 ZnO 含量和析出率 Table 1 Content and crystallization rate of zinc oxide in the equilibrium system 稀释倍数( 相对 原体系质量) 平衡后溶液体系中 ZnO 质量分数/% ZnO 析出 率，η /% 2 3. 571 59. 980 4 0. 775 82. 338 6 0. 402 86. 118 10 0. 108 93. 726 ·813·