七水硫酸鋅的制備工藝綜述

摘 要：七水硫酸鋅（ZnSO4·7H2O）作為制造鋅鋇白和鋅鹽的主要原料，在電鍍、電解工業(yè)等工業(yè)中有著非常重要的作用。ZnSO4·7H2O的傳統(tǒng)制備工藝主要以閃鋅礦為原料，配置成飽和硫酸鋅溶液的方式進行制備，但是由于原料中存在大量的粉塵而不符合綠色化學的要求。因此，如何優(yōu)化ZnSO4·7H2O制備工藝以保證環(huán)境的綠色化以及產(chǎn)品高純度化成為一大熱點。本文在綜述ZnSO4·7H2O的性質(zhì)及其常見制備方法的基礎(chǔ)上，綜合幾種新型制備工藝，比較剖析了制備方法的優(yōu)缺點，并對制備的產(chǎn)物的原成分和產(chǎn)物純度分析等進行簡要概述。

關(guān)鍵詞：制備；七水硫酸鋅（ZnSO4·7H2O）；傳統(tǒng)工藝；新型工藝

一、引言

ZnSO4·7H2O作為一種常見的穩(wěn)定性化學物質(zhì)，在人造纖維、涂料、電解、電鍍、農(nóng)藥、化學試劑、醫(yī)藥等工業(yè)中具有廣泛的用途，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，需要量逐年增長。制備得到硫酸鋅溶液，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，簡單地抽濾后即可得到ZnSO4·7H2O。制備得到的ZnSO4·7H2O常存在粒徑不均一，色澤不光亮等現(xiàn)象，晶體形貌還有待改善，在精細化工上純度上并未達到要求。

長期以來，利用傳統(tǒng)工藝制備ZnSO4·7H2O的方案不斷地得到優(yōu)化。新型制備工藝主要從原料、反應(yīng)條件，以及結(jié)晶方式等方面進行優(yōu)化。

二、ZnSO4·7H2O的性質(zhì)

1. ZnSO4·7H2O的性質(zhì)

ZnSO4·7H2O是一種常見的化學藥品，它的俗稱有鋅礬、皓礬。分子量為287.56。常溫下易溶于水，微溶于乙醇。置于干燥空氣中逐步風化，39℃時失去一個結(jié)晶水，280℃時脫水為無水物，加熱至717℃時則分解為ZnO和SO3。室溫下為無色晶體，呈小針狀或粒狀晶體粉末，無臭澀的金屬味道。

2. ZnSO4·7H2O的用途

ZnSO4·7H2O在工業(yè)上主要用作印染媒染劑，木材和皮革的保存劑，醫(yī)藥催吐劑。、粗制的ZnSO4·7H2O廣泛應(yīng)用于人造絲制造食品補充動物飼料媒染劑，木材防腐劑，分析試藥。在生物醫(yī)學應(yīng)用方面，它能夠使有機體組織收縮，減少腺體的分泌。

三、ZnSO4·7H2O的傳統(tǒng)制備工藝

1. ZnSO4·7H2O的傳統(tǒng)制備工藝流程

傳統(tǒng)的七水硫酸鋅制備工藝流程通常是經(jīng)過焙燒、浸取、除雜、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到產(chǎn)品。而這類制備方法的原料有閃鋅礦、菱鋅礦等等。

（1）以閃鋅礦為原料

以閃鋅礦為原料經(jīng)高溫煅燒后加入硫酸，制得硫酸鋅溶液，通過調(diào)節(jié)PH除去雜質(zhì)。分離沉淀后，經(jīng)自然蒸發(fā)除去水分，即得到白色七水硫酸鋅。而焙燒的溫度對Zn浸出率影響較大，經(jīng)研究，隨著煅燒溫度的升高，Zn的浸出率增加，但當溫度超過750℃以后，浸出率升高不明顯。因此，閃鋅礦的傳統(tǒng)制備方法最佳的焙燒溫度在750℃，浸出率達98%。[1]

（2）以菱鋅礦為原料

以菱鋅礦為原料在850℃高溫焙燒后，再經(jīng)球磨機磨碎成鋅焙砂后加入浸出劑硫酸，分離沉淀后得到粗硫酸鋅溶液。濾液通過氧化除鐵，再由置換除銅、鎘，得到硫酸鋅溶液蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶后，獲得產(chǎn)物七水硫酸鋅晶體。[2]

2. 傳統(tǒng)工藝的分析

傳統(tǒng)的七水硫酸鋅制備方法缺點在于：一、在焙燒過程中產(chǎn)生大量的煙塵和二氧化硫氣體，致使勞動條件惡化，并造成環(huán)境污染。二、有的廠家用堿液回收二氧化硫，這又需要增加龐大的凈化除塵設(shè)備，使生產(chǎn)成本增加。三、在高溫煅燒過程中，一部分鋅能生成溶解度很小的鐵酸鋅，致使原料利用率降低。四、工業(yè)生產(chǎn)中，冷卻熱飽和溶液消耗時間長，影響產(chǎn)能。

四、ZnSO4·7H2O的新型制備工藝

1.直接—全濕化學法

（1）以閃鋅礦為原料

以閃鋅礦為原料，用硫酸和硫酸鐵溶液作浸取劑，經(jīng)直接—全濕化學法制備七水合硫酸鋅。

（2）以鋅灰泥為原料

以鋅灰泥為原料，以硫酸為浸取液，分離得到粗硫酸鋅溶液。以H2O2為氧化劑、氨水pH調(diào)節(jié)劑除去鐵陽離子、鋁離子，之后加入（NH4）2CO3除去鋅離子。分離沉淀后粗產(chǎn)品水蒸汽浴蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，得到七水硫酸鋅。

（3）條件優(yōu)化法

鄧培紅等人[3]提出利用鋼鐵廠鋅灰和過氧碳酸鈉快速脫除高砷氧化鋅中砷并制備得到ZnSO4·7H2O的方法。具體過程包括根據(jù)高砷氧化鋅和鋼鐵廠鋅灰兩種原料的砷、鐵、鋅元素化驗結(jié)果，計算兩種原料的使用量，并配好原料，經(jīng)過漿化、浸出、調(diào)pH值、氧凈氧化除鐵砷、中和、壓濾、凈化后再進行蒸發(fā)結(jié)晶，最終得到合格的硫酸鋅產(chǎn)品。

2.新型冷卻結(jié)晶系統(tǒng)

由于七水硫酸鋅在正常生產(chǎn)過程中，冷卻飽和液，結(jié)晶工序耗費時間長，是影響產(chǎn)能的瓶頸之一，改進冷卻系統(tǒng)，極為重要。黃逸強[4]經(jīng)研究公開了一種七水硫酸鋅冷卻結(jié)晶系統(tǒng)，其特征是它包括母液冷卻器、硫酸鋅飽和溶液冷卻器和七水硫酸鋅離心脫水裝置及管道連接裝置；

五、各類ZnSO4·7H2O制備工藝的比較

傳統(tǒng)工藝與新型工藝都旨在制備純度高、產(chǎn)率高的ZnSO4·7H2O，相較于傳統(tǒng)工藝，ZnSO4·7H2O的新型制備工藝主要從原料、結(jié)晶方式、制備條件，如濕度、反應(yīng)體系組分[5]等方面進行了優(yōu)化，實現(xiàn)了綠色化學并提高了產(chǎn)率。

六、小結(jié)

七水硫酸鋅其生產(chǎn)生產(chǎn)方法大多是用硫酸溶解含有鋅或鋅離子的物料來制備硫酸鋅，主要原料有金屬鋅、含有金屬鋅或鋅離子的工業(yè)廢物和含鋅礦石。其中，由于受金屬鋅的價格影響，其原料主要集中在工業(yè)廢物及含鋅礦石上。[6]傳統(tǒng)的制備方法主要經(jīng)過焙燒、浸取、除雜、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到產(chǎn)品，而新型的制備主要從原料、結(jié)晶方式、制備條件，如濕度、反應(yīng)體系組分等方面進行了優(yōu)化。

參考文獻

[1]羅志臣，任國鳳，丁元生.閃鋅礦生產(chǎn)七水硫酸鋅生產(chǎn)工藝研究[J].遼寧化工，2004（33）：377-378.

[2]石曉安.利用菱鋅礦生產(chǎn)七水硫酸鋅[J].新建有色金屬，2006（4）：32-35.

[3]鄧培紅，杜紅，張復興.一種利用鋼鐵廠鋅灰和過氧碳酸鈉快速脫除高砷氧化鋅中砷和生產(chǎn)硫酸鋅的方法（P）.CN：201310241076，2013-09-04.

[4]劉向東.七水硫酸鋅冷卻結(jié)晶系統(tǒng)：CN：201110443399，2011-12-27.

[5]姚銀壽.銅轉(zhuǎn)爐煙灰生產(chǎn)七水硫酸鋅的實踐[J].有色冶煉，2003（3）：41-43.

[6]萬球菊.高純七水硫酸鋅生產(chǎn)工藝的改進[J].湖南化工，1996（2）：33-35.

（作者單位：浙江師范大學）