·1266· 北京科技大学学报 第33卷 渣是锌含量极高的金属锌再生资源.目前热镀锌渣 产成本，而且对锌资源的直接深度加工和复合材料 的处理方法可分为火法和湿法两种.火法主要有蒸 的制备具有重要的意义 馏法和熔析法，得到的产品分别是锌粉、金属锌和锌 本文以热镀锌渣为原料，以空气为氧源，通过调 基合金)：湿法主要有电解法、化学法和维尔兹 控真空反应室内的真空度来控制体系的氧分压，使 法，得到的产品分别是金属锌和高纯氧化锌、硫酸 锌蒸气在真空条件低氧分压的环境中发生氧化反 锌、碱式碳酸锌和磷锌白等锌盐-围.采用火法来 应，从而制取纳米氧化锌，并对主要杂质元素在不同 处理热镀锌渣，由于含铁较高，现有处理方法除了难 氧化条件下的行为及其对产物品质的影响进行了较 以形成规模外，还都存在回收率低、能耗高和污染重 为详细的研究. 的问题.采用湿法来处理热镀锌渣，由于设备投资 1实验 和能耗比较高，运行稳定性较差，且存在流程长、工 艺复杂、成本高和易造成二次污染等缺点，因此未得 1.1实验原料与设备 到推广.如果采用热镀锌渣为原料直接制备纳米氧 实验以江苏某厂提供的热镀锌渣为原料，其化 化锌，不仅拓宽了纳米氧化锌的原料来源，降低了生 学成分如表1所示. 表1热镀锌渣的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of hot galvanizing dross % Zn Ni Fe Cd Mn Cu Pb N Sn 95.20 0.024 4.70 0.0003 0.0072 0.0038 <0.005 0.038 <0.001 实验设备主要有：TCE-Ⅱ智能温度控制器、 反应条件下得到产物的X射线衍射(XRD)谱见图1. 2XZ-I型旋片式真空泵、DP-AF(真空)精密数字压 从衍射峰的位置和强度来看，图中仅有Z0的衍射 力计、冷凝室和电加热的真空反应室（自制，由热电 峰，且峰型尖锐，表明产物结晶完整、晶体结构为六 偶控温). 方纤锌矿结构，无其他杂质相，产物的纯度很高.进 1.2实验方法 一步分析原料中所含杂质在产物中的含量，结果见 热镀锌渣呈板块状，切成小块后，放入瓷舟中待 表2.产物的纯度≥99.98%，杂质的含量很低. 用.加热真空反应室，使反应室温度控制在800~ 16000 950℃，待反应室温度升到指定温度后，将盛有原料 14000 的瓷舟推入真空反应室内，抽真空，同时通过真空微 12000 调阀控制真空反应室内的真空度，以控制反应室内 10000 8000 气氛的氧含量.保温8~10min后，停止加热，冷却 6000 后对收集的产物进行分析. 4000 实验用岛津XRD6OO0X射线衍射仪分析产物 200 的晶体结构，用JSM-7001F型热场发射扫描电子显 40 50 60 7080 微镜观察和测量产物的形貌和粒度，用电感耦合等 28) 离子体发射光谱仪(IRIS Advantage)和原子吸收光 图1不同反应条件下得到的Z0的XRD谱.(a)800℃：(b) 谱仪(SpectrAA220FS)测定产物中的杂质含量. 870℃：(c)900℃ Fig.1 XRD patterns of ZnO obtained under different reaction condi- 2实验结果与讨论 tions:(a)800℃：(b)870℃：(c)900℃ 2.1产物的X射线衍射分析 2.2反应温度对产物形貌的影响 产物从外观上看，为松软、洁白的絮状物.不同 图2为不同反应温度下得到的产物的形貌图 表2 产物中杂质含量（质量分数） Table 2 Impurity contents of the product % 少 Fe Cd Mn Cu Pb U Sn <0.003 0.0031 0.0004 <0.001 <0.001 <0.003 <0.001 <0.001北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 渣是锌含量极高的金属锌再生资源． 目前热镀锌渣 的处理方法可分为火法和湿法两种． 火法主要有蒸 馏法和熔析法，得到的产品分别是锌粉、金属锌和锌 基合金［6--7］; 湿法主要有电解法、化学法和维尔兹 法，得到的产品分别是金属锌和高纯氧化锌、硫酸 锌、碱式碳酸锌和磷锌白等锌盐［8--13］． 采用火法来 处理热镀锌渣，由于含铁较高，现有处理方法除了难 以形成规模外，还都存在回收率低、能耗高和污染重 的问题． 采用湿法来处理热镀锌渣，由于设备投资 和能耗比较高，运行稳定性较差，且存在流程长、工 艺复杂、成本高和易造成二次污染等缺点，因此未得 到推广． 如果采用热镀锌渣为原料直接制备纳米氧 化锌，不仅拓宽了纳米氧化锌的原料来源，降低了生 产成本，而且对锌资源的直接深度加工和复合材料 的制备具有重要的意义． 本文以热镀锌渣为原料，以空气为氧源，通过调 控真空反应室内的真空度来控制体系的氧分压，使 锌蒸气在真空条件低氧分压的环境中发生氧化反 应，从而制取纳米氧化锌，并对主要杂质元素在不同 氧化条件下的行为及其对产物品质的影响进行了较 为详细的研究． 1 实验 1. 1 实验原料与设备 实验以江苏某厂提供的热镀锌渣为原料，其化 学成分如表 1 所示． 表 1 热镀锌渣的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of hot galvanizing dross % Zn Ni Fe Cd Mn Cu Pb Al Sn 95. 20 0. 024 4. 70 0. 000 3 0. 007 2 0. 003 8 ＜ 0. 005 0. 038 ＜ 0. 001 实验设备主要有: TCE--Ⅱ智能温度控制 器、 2XZ--Ⅰ型旋片式真空泵、DP--AF( 真空) 精密数字压 力计、冷凝室和电加热的真空反应室( 自制，由热电 偶控温) ． 1. 2 实验方法 热镀锌渣呈板块状，切成小块后，放入瓷舟中待 用． 加热真空反应室，使反应室温度控制在 800 ～ 950 ℃，待反应室温度升到指定温度后，将盛有原料 的瓷舟推入真空反应室内，抽真空，同时通过真空微 调阀控制真空反应室内的真空度，以控制反应室内 气氛的氧含量． 保温 8 ～ 10 min 后，停止加热，冷却 后对收集的产物进行分析． 实验用岛津 XRD--6000 X 射线衍射仪分析产物 的晶体结构，用 JSM--7001F 型热场发射扫描电子显 微镜观察和测量产物的形貌和粒度，用电感耦合等 离子体发射光谱仪( IRIS Advantage) 和原子吸收光 谱仪( SpectrAA 220FS) 测定产物中的杂质含量． 2 实验结果与讨论 2. 1 产物的 X 射线衍射分析 产物从外观上看，为松软、洁白的絮状物． 不同 反应条件下得到产物的 X 射线衍射( XRD) 谱见图 1． 从衍射峰的位置和强度来看，图中仅有 ZnO 的衍射 峰，且峰型尖锐，表明产物结晶完整、晶体结构为六 方纤锌矿结构，无其他杂质相，产物的纯度很高． 进 一步分析原料中所含杂质在产物中的含量，结果见 表 2． 产物的纯度≥99. 98% ，杂质的含量很低． 图 1 不同反应条件下得到的 ZnO 的 XRD 谱． ( a) 800 ℃ ; ( b) 870 ℃ ; ( c) 900 ℃ Fig． 1 XRD patterns of ZnO obtained under different reaction condi￾tions: ( a) 800 ℃ ; ( b) 870 ℃ ; ( c) 900 ℃ 2. 2 反应温度对产物形貌的影响 图 2 为不同反应温度下得到的产物的形貌图． 表 2 产物中杂质含量( 质量分数) Table 2 Impurity contents of the product % Ni Fe Cd Mn Cu Pb Al Sn ＜ 0. 003 0. 003 1 0. 000 4 ＜ 0. 001 ＜ 0. 001 ＜ 0. 003 ＜ 0. 001 ＜ 0. 001 ·1266·