在由SMM主办的2025SMM锌业大会-锌盐氧化锌及锌二次资源发展论坛上，北京化工大学化学工程学院教师、工学博士、副教授 宋云华介绍了其对采用定-转子反应器氨配合法制备活性氧化锌工艺的相关研究。

研究背景

1.1 活性氧化锌简介

活性氧化锌是具有高化学活性和表面反应性的氧化锌，通常为球型或类球型，比表面积大于45m²/g。

优点：高反应活性、高电子迁移率、宽带隙、优良的抗菌性能。

广泛应用于橡胶行业、医药行业、印染行业以及化妆品行业。

1.2 氨配合法简介

无需单独添加沉淀剂，操作简便；

蒸氨过程中产生的NH₃和CO₂能收集重新用做浸出剂；

可用于处理低品位的含锌物料。

1.3 定-转子反应器简介

定-转子反应器作为超重力反应器升级版，可以用于气液固或者液液固多相反应体系的吸收、解吸、混合、萃取等工艺过程，能够极大的强化气液传质和液液微观混合过程。

1.3 定-转子反应器特点

1. 传质效率高，气液接触比表面积4000~6000m2/m3、等板高度20~30mm。

2. 微观混合效果好，微观混合特征时间0.02~0.06ms（搅拌釜一般为30~50ms）。

3. 多层的定子-转子组合结构，使得沿程进料及采出非常容易，便于多股物料参与反应过程。

4. 反应器内部无填料，无阻塞困扰，应用领域更为广泛。

5. 转子具有自清洁效应，且更易维护。

6. 易于工业化放大，甚至是正放大效应。

2、制备前驱体碱式碳酸锌

2.1 实验流程

2.2.1 锌灰成分分析

通过EDTA滴定分析得到锌的质量分数为65.11%。

2.2 浸出过程

2.2.2 浸出条件对浸出率的影响

通过对比不同浸出条件对浸出率的影响得出结论，较优的浸出条件为：

氨与碳酸氢铵摩尔比为2:1、总氨与锌摩尔比为4:1，总氨浓度5.89mol/L，浸出温度40℃，浸出时间为60min，此条件下平均浸出率为93.96%。

2.3 除杂过程

2.3.1 锌氨络合液杂质含量

一段除杂：加入过量20%的H₂O₂，30℃下搅拌1h，以氧化去除Fe、Mn等杂质。

二段除杂：加入过量20%的锌粉，置换去除Pb、Cu、Cd等杂质。以反应温度、反应时间、搅拌速率为变量，考察对Pb²⁺的去除效果。

2.3.3 除杂后锌氨络合液杂质含量

较优条件：加入过量20%的锌粉，反应温度50℃、反应时间3h、搅拌速率600rpm，各杂质元素含量均低于1mg/L。

2.4 采用桨式搅拌反应器蒸氨

此外，其还对比了蒸氨温度、蒸氨时间、初始锌离子浓度、搅拌速率对前驱体制备的不同影响。

最终得出结论，蒸氨温度为85℃、蒸氨时间50min 、初始Zn²⁺ 浓度1.2mol/L、搅拌速率800rpm，此时转化率为98.44%。

2.5 较优条件下样品分析

碱式碳酸锌主要呈类球状，分散性较好。

小结：

1）较优的浸出条件：氨与碳酸氢铵摩尔比为2:1、总氨与锌摩尔比为4:1，总氨浓度5.89mol/L，浸出温度40℃，浸出时间为60min。在此条件下平均浸出率为93.96%；

（2）较优的锌粉除杂条件：锌氨络合液先后使用H₂O₂、锌粉除杂，反应温度为50℃、反应时间为3h，搅拌速率为600rpm。经两段除杂后锌氨络合液中杂质离子的剩余浓度均低于1mg/L。

（3）采用桨式搅拌反应器时较优的蒸氨条件：蒸氨温度为85℃，蒸氨时间为50min，初始Zn2+浓度为1.2mol/L，此条件下Zn2+的平均转化率为98.44%，制备的碱式碳酸锌为类球型，粒径主要集中在5~10μm，粒度分布均匀。

3、采用定-转子反应器制备碱式碳酸锌

3.1 实验流程

3.2 制备工艺对前驱体制备的影响

3.2.1 定-转子反应器中蒸氨温度对前驱体制备的影响

定-转子反应器中制备的碱式碳酸锌前驱体仍为类球状，随着蒸氨温度的升高，碱式碳酸锌前驱体粒径有所减小，粒度分布更均匀。

3.2.2 定-转子反应器中蒸氨时间对前驱体制备的影响

随着蒸氨过程的延续，碱式碳酸锌晶体结构逐渐完整，粒径有所增大。

蒸氨时间过长，晶体部分破碎，分散性变差。

3.2.3 定-转子反应器转速对前驱体制备的影响

随着转速的增大，传质效率提高，溶液的过饱和度增大，晶体更倾向于成核，晶体在定-转子反应器中受到高剪切，转速增大减小了溶液中的浓度和温度梯度，形成的产品粒径小，颗粒分散性好,。

3.2.4 不同反应条件对转化率的影响

结合上述分析，选取较优的定-转子反应器蒸氨条件为：循环量为400L/h、蒸氨温度为100℃、蒸氨时间为60min、转速为2800rpm，此时Zn²⁺转化率为98.49%。

3.3 不同反应器对比分析

桨式搅拌反应器制备的碱式碳酸锌粒径多集中在5~10μm，部分颗粒存在明显团聚。而定-转子反应器制备的前驱体粒径多集中在0.5~1.5μm，颗粒分散性提高。

小结

（1）定-转子反应器时较优的蒸氨条件为：循环量为400L/h、蒸氨温度为100℃、蒸氨时间为60min、转速为2800rpm。制备的碱式碳酸锌为类球状，粒径集中在0.5~1.5μm，分散性好，平均转化率为98.49%。

（2）通过使用不同反应器蒸氨的对比分析，发现使用定-转子反应器制备的碱式碳酸锌粒径显著减小，粒度分布更均匀，团聚现象减少。

（3）相比于使用桨式搅拌反应器蒸氨，定-转子反应器蒸氨能大幅提升脱氨效率，显著降低蒸汽消耗。

4、活性氧化锌的制备及活性测定

4.1 制备工艺对活性氧化锌制备的影响

宋博士还对比了不同煅烧温度、保温时间、升温速率对活性氧化锌制备的影响。

4.2 活性氧化锌活性测定

通过对正交实验结果分析得出结论，较优的煅烧条件为：煅烧温度为450℃、保温时间为1.5h 、升温速率3℃/min ， 在此条件下吸碘值为161.08mg/g，反映制备的活性氧化锌具有较高活性。

小结

（1）较优的煅烧条件：煅烧温度为450℃、保温时间1.5h、升温速率3℃/min。在此条件下制备的活性氧化锌为类球状，粒径介于0.4~1μm，结晶度高，分散性好。

（2）正交实验结果表明：煅烧温度对ZnO的活性影响最大、其次是保温时间、升温速率对其影响最小。最优条件下的所得氧化锌样品吸碘值为161.08mg/g。

（3）活性氧化锌的比表面积为61.45m2/g，各项指标均满足或高于国家标准。

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