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(yíng)養(yǎng)素的飼料添加劑，是維持毛發(fā)生長(zhǎng)、皮膚健康和組織修復(fù)所必需的元素。常用的補(bǔ)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(bǔ)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(diǎn),它對(duì)飼料中維生素的影響小,儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng),易被畜禽吸收等優(yōu)點(diǎn),是高鋅飼料的良好鋅源。目前,飼料級(jí)氧化鋅主要由鋅粉法保險(xiǎn)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(huì)使局部鋅超標(biāo),給動(dòng)物帶來(lái)毒性作用。因此,為改善飼料級(jí)氧化鋅的應(yīng)用性能,通過(guò)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(jí)氧化鋅分散性差等特點(diǎn),針對(duì)飼料行業(yè)對(duì)使用氧化鋅的要求,試驗(yàn)采用以鋅粉法保險(xiǎn)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(guò)熱分解堿式碳酸鋅加工而成具有較好分散性的飼料級(jí)氧化鋅產(chǎn)品;并通過(guò)正交試驗(yàn),探討了碳酸氫銨與氫氧化鋅的摩爾比、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度等因素對(duì)合成堿式碳酸鋅的影響,同時(shí)對(duì)制得的飼料級(jí)氧化鋅樣品進(jìn)行了性能對(duì)比測(cè)試。1材料和方法1.1oh2測(cè)定鋅粉法保險(xiǎn)粉副產(chǎn)品氫氧化鋅[Zn(OH)2]含量≥98%(干計(jì));農(nóng)用碳酸氫銨,優(yōu)等品級(jí),氮含量17.2%;雙氧水,工業(yè)級(jí),含量27.5%。1.2測(cè)試方法1.2.1氫氧化鋅法保險(xiǎn)粉法飼料級(jí)氧化鋅新工藝通過(guò)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(xiǎn)粉生產(chǎn)中的副產(chǎn)品,由于在保險(xiǎn)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(bǔ)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(shí)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(guò)濾后,向氫氧化鋅懸浮液中分批加入碳酸氫銨,通過(guò)改變碳酸氫銨與氫氧化鋅的摩爾比、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度,利用正交試驗(yàn),確定合成堿式碳酸鋅的最佳工藝條件。將合成液過(guò)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(jí)氧化鋅產(chǎn)品,工藝流程見(jiàn)圖1。1.3分散性能的評(píng)價(jià)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(cè)定方法(HG/T2523—2007);飼料級(jí)氧化鋅含量用EDTA法滴定(HG2792—1996),鉛含量測(cè)定方法GB/T13080—1991、鎘含量測(cè)定方法GB/T13082—1991,砷含量測(cè)定方法按GB/T610.1—1988的第6章操作;樣品的比表面積測(cè)試在SA3100型比表面積測(cè)試儀(美國(guó)貝克曼庫(kù)爾特公司)上進(jìn)行,以液氮物理吸附測(cè)定樣品的比表面積。樣品的分散性能的評(píng)價(jià)方法采用200目(74μm)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)篩進(jìn)行測(cè)試,用試驗(yàn)篩評(píng)價(jià)產(chǎn)品的篩余物,可對(duì)物料的分散性能好壞或差別進(jìn)行區(qū)分。分散性能的測(cè)定裝置采用SY-300標(biāo)準(zhǔn)分析篩,裝置有200目分樣篩、底盤(pán)、蓋和電磁振蕩器組成。將篩子洗凈烤干,用天平稱(chēng)取10g干燥樣品放在200目篩子上,下面連接底盤(pán),加蓋后放置在電磁振蕩器上振蕩20min然后稱(chēng)量篩子上殘留的粉體樣品(篩余物)的質(zhì)量,篩余物的計(jì)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(shuō)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(yàn)驗(yàn)證通過(guò)單因素試驗(yàn)對(duì)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(yàn),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(shí)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(píng)價(jià)指標(biāo),正交試驗(yàn)結(jié)果與分析見(jiàn)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(shí)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(shí)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(yàn),對(duì)制得的樣品進(jìn)行鋅含量和灼燒失量指標(biāo)的測(cè)試。重現(xiàn)結(jié)果較為理想(見(jiàn)表2)。表2可見(jiàn),在最佳工藝條件下再進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn),制得的樣品性能測(cè)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(xiàng)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(qiáng)技術(shù)條件控制,注意以下問(wèn)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(shí)加料順序、攪拌速度將影響產(chǎn)品的堆積密度,其波動(dòng)范圍可在0.35～0.40g/cm3,為取得較小的堆積密度,加料時(shí)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(jí)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(jí)氧化鋅產(chǎn)品。飼料級(jí)氧化鋅的主要指標(biāo)是對(duì)機(jī)體有毒有害物鉛、鎘含量的控制,為此保險(xiǎn)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(jí)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(jí)氧化鋅樣品的質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表3。表3樣品測(cè)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(jí)氧化鋅樣品的性能比較2.3.1不同飼料級(jí)鋅的分散性能將試驗(yàn)樣品與由氫氧化鋅制得的普通飼料級(jí)氧化鋅樣品進(jìn)行分散性能測(cè)試對(duì)比,測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。由表4對(duì)比數(shù)據(jù)可見(jiàn),試驗(yàn)樣品的200目篩余物減少,表明粉體的分散性能較好,這說(shuō)明由堿式碳酸鋅分解制得的飼料級(jí)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(jí)氧化鋅的活性和流動(dòng)性能較好,降低了粉體流動(dòng)時(shí)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(jí)鋅對(duì)堆積密度的影響分別測(cè)定試驗(yàn)樣品和由氫氧化鋅制得的普通飼料級(jí)氧化鋅樣品的比表面積和堆積密度,并同時(shí)測(cè)定石粉的比表面積和堆積密度進(jìn)行對(duì)比。樣品的堆積密度的測(cè)定方法:在100ml量筒中裝滿(mǎn)樣品,然后稱(chēng)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(jiàn)表5。從表5中數(shù)據(jù)可知,試驗(yàn)樣品的比表面積比普通飼料級(jí)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(yàn)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(yàn)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(jí)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(jí)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(guò)程中,其合成母液可重復(fù)循環(huán)利用,無(wú)廢水直接排放,從工藝本身來(lái)說(shuō),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(wú)硫酸銨或硫酸鈉廢物產(chǎn)生,因此可實(shí)現(xiàn)廢水的零排放。3堿式碳酸鋅的