张 庆, 汤森进
(江西省核工业地质局测试研究中心,江西南昌 330002)
粗颗粒乙酸镍的研制
张 庆, 汤森进
(江西省核工业地质局测试研究中心,江西南昌 330002)
通过改善物料浓度,反应温度,加热温度,降温梯度及搅拌速率来优化生产乙酸镍的工艺条件,研制出颗粒度达到80目以粗的粗颗粒乙酸镍。粗颗粒的乙酸镍由于晶核少,包裹的杂质少,提高了产品的品质;其在生产和使用时,与细颗粒乙酸镍产品相比,有效地减少了粉尘污染。此外粗颗粒的乙酸镍在干燥时也大大节省了甩干和干燥时间,提高了生产效率。
结晶;乙酸镍;粗颗粒
乙酸镍是可溶的绿色结晶体或粉末,溶于水和乙醇(全国化学试剂产品目录组,1998)。主要用作催化剂,也用作制取铝合金型材的封闭剂、油漆涂料的干燥剂、印染剂、玻璃钢固化促进剂和隐显墨水等。现还应用于精密电镀、高端电子材料的电镀等(杜小光等,2008)。
随着社会的发展,环境问题已经成为一个不可避免的问题。各国政府对环境问题也日益重视,通过技术革新减少工业对环境的影响。在生产和使用粉末状或细结晶状的乙酸镍时,由于粉尘大,污染严重,特别对操作人员的呼吸系统有很大的危害,甚至诱发职业病,使劳动者和用人单位都付出极大的代价,也影响了社会的和谐发展。目前,国外已经开始生产并运用粗颗粒的乙酸镍,而国内绝大多数还是使用传统工艺生产的粉末状或细颗粒状乙酸镍。本研究通过改善生产乙酸镍的工艺条件,成功研制出粗颗粒的乙酸镍,提高了产品的品质和生产效率,减少了污染,并且为今后的结晶工业研究提供了一些参考。
乙酸镍,分子式Ni(CH3COO)2·4H2O,分子量248.71,相对密度1.744,绿色结晶体或粉末,溶于水和乙醇(天津化工研究院,1996)。
本工艺是用氢氧化镍与冰乙酸进行反应,其反应化学方程式:
图1 乙酸镍工艺流程图Fig.1 The process flow of nickel acetate
取一定量乙酸镍母液(也可以用去离子水代替)放入1 000 mL烧杯中,加入一定量的冰乙酸,在搅拌中缓慢加入一定量的氢氧化镍进行反应,反应完成后,调节pH,加热至一定温度,再缓慢降至室温,结晶再进行抽滤、烘干,得粗颗粒乙酸镍产品。
通过反复试验基础上,确定了影响结晶颗粒的因素有乙酸镍的浓度、反应温度、加热温度、降温梯度、搅拌速率等(叶铁林,2003)。本试验首先对单因素进行了考察,在此基础上,综合各项因素,试验筛选最佳工艺条件。
浓度是影响结晶的重要因素,不同浓度下,溶液的相对过饱和度不同,则晶体的成核速率与长大速率不同,只有在晶体长大的速率大于晶体成核速率,晶体才能越长越粗(武汉大学,2003)。
浓度选择试验指的是在500 g氢氧化镍与320 g冰乙酸反应中,通过加入乙酸镍母液来调节体系内乙酸镍的浓度,待按照工艺流程生产出产品后分析结晶颗粒的大小,具体试验数据如(表1)。
表1 浓度对结晶颗粒的影响Table 1 The effect of concentration on the crystalline particles
从表1可以看出,加入母液量越多,得出的乙酸镍可以越粗,在母液量加入到150 mL以上时,颗粒增大不明显,而且由于母液量加的越多,体系体积增大,加大了过滤的时间,生产效率降低,因此决定加入150 mL母液较为合适。
升高温度会推动反应向正方向进行,从而加快反应速率(方裕勋等,1997)。试验中,为了加快反应的进行,在加入氢氧化镍前将冰乙酸与乙酸镍母液的混合液进行加热处理,以观察反应速度和结晶情况,加热后发现,温度越高反应速率越快,使得乙酸镍的浓度在反应初期快速增大,晶体的成核速率远大于晶体的长大速率,不利于析出粗颗粒的乙酸镍。故选择在常温下进行反应。
在氢氧化镍与冰乙酸反应制备乙酸镍的合成反应中,为了得出较粗颗粒的乙酸镍晶体,对反应完成后的乙酸镍进行加热溶解再结晶,分别加热至不同温度,其它条件不变,观察乙酸镍结晶情况。试验发现加热温度对该合成反应的反应速率有较大影响,随着加热温度的不断升高,乙酸镍的重结晶后的颗粒越来越粗,但到80℃以上,颗粒增加不明显,且温度过高,成本增加,且因设备原因,升温较慢效率低。综合考虑,可加热至80℃后重结晶,较为理想(表2)。
表2 加热温度对结晶颗粒的影响Table 2 The heating effect of temperature on the crystalline particles
在乙酸镍的重结晶过程中,将体系加热至80℃,根据乙酸镍在不同温度下的溶解情况,通过控制其降温梯度,来控制乙酸镍析晶速度,使得乙酸镍的成核速率小于其晶体长大速度,以达到制取粗颗粒乙酸镍的目的。试验对比研究了不同的降温梯度对乙酸镍结晶的影响,并将不同速度结晶出的产品进行了筛分处理,最后选定降温梯度为1.5℃/h(表3)。
表3 降温梯度对结晶的影响Table 3 Temperature gradient effect on the crystalline particles
加入了数显变频搅拌来控制乙酸镍重结晶时的搅拌速率。在碱式碳酸镍与冰乙酸反应结束后,升温至80℃,在降温过程中,调节搅拌频率改变搅拌速率,来观察晶体情况,试验发现当搅拌频率越低,乙酸镍结晶颗粒越粗,但当低至60 r/min以下时,搅拌速度太慢,结晶出来的乙酸镍颗粒很难被搅起,而沉于容器底部,使得结出的颗粒粒度越不均匀,因此选定60 r/min为最佳的搅拌速度(表4)。
表4 搅拌速率对结晶的影响Table 4 The stirring rate effect on the crystalline particles
在原有合成乙酸镍工艺的基础上,进行工艺条件优化,实践证明该工艺操作简单;在后处理上,甩干时间缩短了30%,烘干时间缩短了50%,提高了工作效率;粉尘少,产品不易结团,以前在烘干和包装时,颗粒细,粉尘到处飞扬,且产品放置一段时间后会结成团,优化后的新工艺彻底的解决了这方面问题。与未优化前的生产工艺相比,该新工艺是一种对环境友好的绿色工艺。
本论文研究的是在原有乙酸镍生产工艺上进行条件优化的新工艺。这种乙酸镍工艺条件的优化研究文献上尚未见报道。本次试验优化出较佳的合成工艺条件,提高产品的颗粒度。同时对优化前后两种工艺进行了甩干和烘干时间对比,大大的缩短了后期操作时间,并解决了环境污染问题。
通过本次试验,得到了制取粗颗粒乙酸镍的最佳工艺条件:在500 g氢氧化镍与320 g冰乙酸反应中,加入0.150 L乙酸镍母液调节浓度;反应温度为常温;加热温度为80℃;降温梯度为1.5℃/h;搅拌速率为60 r/min。
在优化后的最佳工艺条件下进行了多次重复性试验,试验的再现性良好。
方裕勋,罗新.1997.几个温度有关的平衡关系式的简便推导[J].华东地质学院学报,20(2):168-172.
杜小光,牛振江,李则林,等.2008.电沉积条件对乙酸镍镀层织构的影响[J].电镀与涂饰,23:6-9.
全国化学试剂产品目录组.1998.全国化学试剂产品目录[M].北京:化学工业出版社.
天津化工研究院.1996.无机盐工业手册(下册)[M].2版.北京:化学工业出版社.
武汉大学.2003.分析化学[M].4版.北京:高等教育出版社.
叶铁林.2003.化学结晶过程原理及应用[M].北京:北京工业大学出版社.
Manufacturing of Coarse Nickel Acetate
ZHANG Qing, TANG Sen-jin
(Analytical Center,Jiangxi Bureau of Nuclear Industry Geology,Nanchang,JX 330002,China)
The coarse nickel acetate with particles size over 80 meshes are developed through improving the material concentration,reaction temperature,heating temperature,temperature gradient and stirring rate.The product quality of coarse nickel acetate are improved with fewer nucleus and less impurity.Compared with the fine particles,it reduces the dust pollution in the processs of production and using application greatly.In addition,the coarse particles of nickel acetate can reduce the drying time and improve the production efficiency.
crystal;nickel acetate;coarse particle
O621.3
A
1674-3504(2011)04-0389-03
张庆,汤森进.2011.粗颗粒乙酸镍的研制[J].东华理工大学学报:自然科学版,34(4):389-391. Zhang Qing,Tang Sen-jin.2011.Manufacturing of coarse nickel acetate[J].Journal of East China Institute of Technology(Natural Science),34(4):389-391.
10.3969/j.issn.1674-3504.2011.04.014
2011-09-04; 责任编辑:吴志猛
江西省核工业地质局科技创新项目
张 庆(1982—),助理工程师,从事精细化工方面的科研工作。E-mail:21796447@qq.com