堿式碳酸鋅的制備及性能研究

堿式碳酸鋅的制備及性能研究

鈣是含有營養(yǎng)素的飼料添加劑，是維持毛發(fā)生長、皮膚健康和組織修復(fù)所必需的元素。常用的補鋅飼料添加劑主要有氧化鋅、硫酸鋅和蛋氨酸鋅等。和其它補鋅添加劑相比,氧化鋅具有含鋅量高、成本低、穩(wěn)定性好的優(yōu)點,它對飼料中維生素的影響小,儲存時間長,易被畜禽吸收等優(yōu)點,是高鋅飼料的良好鋅源。目前,飼料級氧化鋅主要由鋅粉法保險粉和雕白塊的副產(chǎn)品氫氧化鋅為主要原料進(jìn)行生產(chǎn),由于工藝采用由氫氧化鋅直接分解,經(jīng)高溫焙燒生產(chǎn),產(chǎn)品堆積密度大,比表面積小,使其分散性較差。產(chǎn)品與石粉和載體組分如沸石粉的物理特性數(shù)據(jù),如堆積密度和比表面積等的差異較大,影響氧化鋅在預(yù)混合飼料中的均勻混合效果。目前普遍使用仔豬高劑量鋅微量元素預(yù)混料,如果混合不均勻會使局部鋅超標(biāo),給動物帶來毒性作用。因此,為改善飼料級氧化鋅的應(yīng)用性能,通過改善其生產(chǎn)工藝,使產(chǎn)品物理特性數(shù)據(jù)與石粉和沸石粉等組分的差異變小,提高預(yù)混合飼料的混合效果。根據(jù)原飼料級氧化鋅分散性差等特點,針對飼料行業(yè)對使用氧化鋅的要求,試驗采用以鋅粉法保險粉的副產(chǎn)品氫氧化鋅為主要原料,和碳酸氫銨一步法合成堿式碳酸鋅的新工藝技術(shù),通過熱分解堿式碳酸鋅加工而成具有較好分散性的飼料級氧化鋅產(chǎn)品;并通過正交試驗,探討了碳酸氫銨與氫氧化鋅的摩爾比、反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度等因素對合成堿式碳酸鋅的影響,同時對制得的飼料級氧化鋅樣品進(jìn)行了性能對比測試。1材料和方法1.1oh2測定鋅粉法保險粉副產(chǎn)品氫氧化鋅[Zn(OH)2]含量≥98%(干計);農(nóng)用碳酸氫銨,優(yōu)等品級,氮含量17.2%;雙氧水,工業(yè)級,含量27.5%。1.2測試方法1.2.1氫氧化鋅法保險粉法飼料級氧化鋅新工藝通過堿式碳酸鋅熱分解制得,其中堿式碳酸鋅是以氫氧化鋅為特定原料,該原料不需轉(zhuǎn)為硫酸鋅溶液,直接與碳酸氫銨一步反應(yīng)而成。工藝是利用氫氧化鋅易溶于碳酸氫銨溶液這一特性。其中鋅原料氫氧化鋅則取材于鋅粉法保險粉生產(chǎn)中的副產(chǎn)品,由于在保險粉生產(chǎn)中采用的鋅粉經(jīng)除鉛和除鎘工藝精餾制得,重金屬雜質(zhì)極少,工藝不存在復(fù)雜的除雜操作;合成母液可返回浸取系統(tǒng)循環(huán)使用,副產(chǎn)品氨經(jīng)水吸收和補充煅燒產(chǎn)生的二氧化碳后生成碳酸氫銨返回浸取系統(tǒng),即可實現(xiàn)近于完全的閉路循環(huán),其主要反應(yīng)方程式為:1.2.2堿式碳酸鋅的合成將一定質(zhì)量的氫氧化鋅加入水中,攪拌分散均勻后,加入雙氧水氧化除去氫氧化鋅中殘留的少量鋅粉,水洗過濾后,向氫氧化鋅懸浮液中分批加入碳酸氫銨,通過改變碳酸氫銨與氫氧化鋅的摩爾比、反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度,利用正交試驗,確定合成堿式碳酸鋅的最佳工藝條件。將合成液過濾,洗滌除去可溶性鹽,然后120℃干燥,得到堿式碳酸鋅粉體。將堿式碳酸鋅在850℃下煅燒,得到飼料級氧化鋅產(chǎn)品,工藝流程見圖1。1.3分散性能的評價樣品中的堿式碳酸鋅含鋅量用EDTA法滴定(HG/T2523—2007),灼燒減量測定方法(HG/T2523—2007);飼料級氧化鋅含量用EDTA法滴定(HG2792—1996),鉛含量測定方法GB/T13080—1991、鎘含量測定方法GB/T13082—1991,砷含量測定方法按GB/T610.1—1988的第6章操作;樣品的比表面積測試在SA3100型比表面積測試儀(美國貝克曼庫爾特公司)上進(jìn)行,以液氮物理吸附測定樣品的比表面積。樣品的分散性能的評價方法采用200目(74μm)標(biāo)準(zhǔn)試驗篩進(jìn)行測試,用試驗篩評價產(chǎn)品的篩余物,可對物料的分散性能好壞或差別進(jìn)行區(qū)分。分散性能的測定裝置采用SY-300標(biāo)準(zhǔn)分析篩,裝置有200目分樣篩、底盤、蓋和電磁振蕩器組成。將篩子洗凈烤干,用天平稱取10g干燥樣品放在200目篩子上,下面連接底盤,加蓋后放置在電磁振蕩器上振蕩20min然后稱量篩子上殘留的粉體樣品(篩余物)的質(zhì)量,篩余物的計算公式:篩子上殘留樣品質(zhì)量/起始質(zhì)量×100%。篩余物越小,說明樣品的分散性能越好。2結(jié)果與討論2.1堿性碳酸鋅的合成2.1.1最佳工藝條件的確定與試驗驗證通過單因素試驗對影響堿式碳酸鋅產(chǎn)品的灼燒失量指標(biāo)作為主要因素進(jìn)行正交試驗,采用3因素3水平,3因素分別碳酸氫銨與氫氧化鋅的摩爾比A,反應(yīng)時間B(h)和反應(yīng)溫度C(℃)。以堿式碳酸鋅產(chǎn)品的灼燒失量指標(biāo)作為評價指標(biāo),正交試驗結(jié)果與分析見表1。分析表1可知,影響堿式碳酸鋅的灼燒失量指標(biāo)的主次因素是A、B、C;最佳水平是A2B3C2;最大的影響因素是碳酸氫銨與氫氧化鋅的摩爾比,其次是反應(yīng)時間,影響最小的是反應(yīng)溫度。得出的最佳工藝條件為:碳酸氫銨與氫氧化鋅的摩爾比0.5、反應(yīng)時間4h、反應(yīng)溫度30℃。在最佳工藝條件下進(jìn)行2次重復(fù)試驗,對制得的樣品進(jìn)行鋅含量和灼燒失量指標(biāo)的測試。重現(xiàn)結(jié)果較為理想(見表2)。表2可見,在最佳工藝條件下再進(jìn)行重復(fù)試驗,制得的樣品性能測定結(jié)果符合堿式碳酸鋅HG/T2523—2007(優(yōu)等品)的指標(biāo),為合格中間體。2.1.2氫氧化鋅的注意事項以氫氧化鋅為特定原料,與碳酸氫銨一步反應(yīng)合成堿式碳酸鋅的工藝需加強技術(shù)條件控制,注意以下問題:(1)原料鋅粉中,鉛、鎘和鐵等重金屬雜質(zhì)的含量已很低,需避免鋅粉和氫氧化鋅的二次污染;(2)合成前氫氧化鋅的水洗須到位,硫酸根(SO42-)要求小于0.2%;(3)合成時加料順序、攪拌速度將影響產(chǎn)品的堆積密度,其波動范圍可在0.35～0.40g/cm3,為取得較小的堆積密度,加料時必須先將氫氧化鋅打漿,后分批加入碳酸氫銨的方法,攪拌速度須大于80r/min。2.2飼料級鋅粉質(zhì)量指標(biāo)的確定將堿式碳酸鋅在850℃的高溫下煅燒,分解得到飼料級氧化鋅產(chǎn)品。飼料級氧化鋅的主要指標(biāo)是對機體有毒有害物鉛、鎘含量的控制,為此保險粉生產(chǎn)原料用鋅粉的生產(chǎn)中增加了除鉛塔和除鎘塔,以確保飼料級氧化鋅的重金屬鉛、鎘含量指標(biāo)的達(dá)標(biāo),因而工藝不需要復(fù)雜的除鉛、鎘的操作。制得的飼料級氧化鋅樣品的質(zhì)量指標(biāo)見表3。表3樣品測試數(shù)據(jù)表明,飼料氧化鋅產(chǎn)品的氧化鋅含量和重金屬(鉛、鎘和砷)含量都符合飼料氧化鋅HG2792—1996標(biāo)準(zhǔn)。2.3與普通飼料級氧化鋅樣品的性能比較2.3.1不同飼料級鋅的分散性能將試驗樣品與由氫氧化鋅制得的普通飼料級氧化鋅樣品進(jìn)行分散性能測試對比,測試結(jié)果見表4。由表4對比數(shù)據(jù)可見,試驗樣品的200目篩余物減少,表明粉體的分散性能較好,這說明由堿式碳酸鋅分解制得的飼料級氧化鋅分散性能得到了改善。這是由于堿式碳酸鋅分解制得的飼料級氧化鋅的活性和流動性能較好,降低了粉體流動時的摩擦阻力,從而提高了粉體的分散性能。2.3.2不同飼料級鋅對堆積密度的影響分別測定試驗樣品和由氫氧化鋅制得的普通飼料級氧化鋅樣品的比表面積和堆積密度,并同時測定石粉的比表面積和堆積密度進(jìn)行對比。樣品的堆積密度的測定方法:在100ml量筒中裝滿樣品,然后稱量量筒內(nèi)所裝樣品的質(zhì)量。樣品質(zhì)量與量筒體積之比為堆積密度,結(jié)果見表5。從表5中數(shù)據(jù)可知,試驗樣品的比表面積比普通飼料級氧化鋅樣品有明顯的提高,而堆積密度有明顯的減小,表明試驗樣品在物理特性數(shù)據(jù)性能方面優(yōu)于普通產(chǎn)品。試驗樣品的比表面積和堆積密度等物理特性數(shù)據(jù)與石粉的差異變小,這將有助于提高飼料級氧化鋅在預(yù)混合飼料中的混合效果。2.4循環(huán)使用工藝工藝采用堿式碳酸鋅熱分解制得飼料級氧化鋅,由于在堿式碳酸鋅用碳酸氫銨一步法合成新工藝過程中,其合成母液可重復(fù)循環(huán)利用,無廢水直接排放,從工藝本身來說,就大大減少了環(huán)境污染物的產(chǎn)生。本工藝氨氣主要產(chǎn)生于合成系統(tǒng),可直接導(dǎo)入氨回收鍋用合成濾餅洗滌液進(jìn)行吸收,回收的濃氨水送碳化鍋與煅燒產(chǎn)生的二氧化碳反應(yīng)后生成碳酸氫銨返回合成工序循環(huán)使用。由于工藝無硫酸銨或硫酸鈉廢物產(chǎn)生,因此可實現(xiàn)廢水的零排放。3堿式碳酸鋅的