粗顆粒乙酸鎳的研制

張 慶， 湯森進(jìn)

(江西省核工業(yè)地質(zhì)局測試研究中心，江西南昌 330002)

粗顆粒乙酸鎳的研制

張 慶， 湯森進(jìn)

(江西省核工業(yè)地質(zhì)局測試研究中心，江西南昌 330002)

通過改善物料濃度，反應(yīng)溫度，加熱溫度，降溫梯度及攪拌速率來優(yōu)化生產(chǎn)乙酸鎳的工藝條件，研制出顆粒度達(dá)到80目以粗的粗顆粒乙酸鎳。粗顆粒的乙酸鎳由于晶核少，包裹的雜質(zhì)少，提高了產(chǎn)品的品質(zhì);其在生產(chǎn)和使用時(shí)，與細(xì)顆粒乙酸鎳產(chǎn)品相比，有效地減少了粉塵污染。此外粗顆粒的乙酸鎳在干燥時(shí)也大大節(jié)省了甩干和干燥時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

結(jié)晶;乙酸鎳;粗顆粒

乙酸鎳是可溶的綠色結(jié)晶體或粉末，溶于水和乙醇(全國化學(xué)試劑產(chǎn)品目錄組，1998)。主要用作催化劑，也用作制取鋁合金型材的封閉劑、油漆涂料的干燥劑、印染劑、玻璃鋼固化促進(jìn)劑和隱顯墨水等?，F(xiàn)還應(yīng)用于精密電鍍、高端電子材料的電鍍等(杜小光等，2008)。

隨著社會的發(fā)展，環(huán)境問題已經(jīng)成為一個(gè)不可避免的問題。各國政府對環(huán)境問題也日益重視，通過技術(shù)革新減少工業(yè)對環(huán)境的影響。在生產(chǎn)和使用粉末狀或細(xì)結(jié)晶狀的乙酸鎳時(shí)，由于粉塵大，污染嚴(yán)重，特別對操作人員的呼吸系統(tǒng)有很大的危害，甚至誘發(fā)職業(yè)病，使勞動(dòng)者和用人單位都付出極大的代價(jià)，也影響了社會的和諧發(fā)展。目前，國外已經(jīng)開始生產(chǎn)并運(yùn)用粗顆粒的乙酸鎳，而國內(nèi)絕大多數(shù)還是使用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的粉末狀或細(xì)顆粒狀乙酸鎳。本研究通過改善生產(chǎn)乙酸鎳的工藝條件，成功研制出粗顆粒的乙酸鎳，提高了產(chǎn)品的品質(zhì)和生產(chǎn)效率，減少了污染，并且為今后的結(jié)晶工業(yè)研究提供了一些參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 乙酸鎳的制備工藝流程

乙酸鎳，分子式Ni(CH3COO)2·4H2O，分子量248.71，相對密度1.744，綠色結(jié)晶體或粉末，溶于水和乙醇(天津化工研究院，1996)。

本工藝是用氫氧化鎳與冰乙酸進(jìn)行反應(yīng)，其反應(yīng)化學(xué)方程式:

圖1 乙酸鎳工藝流程圖Fig.1 The process flow of nickel acetate

1.2 試驗(yàn)方法

取一定量乙酸鎳母液(也可以用去離子水代替)放入1 000 mL燒杯中，加入一定量的冰乙酸，在攪拌中緩慢加入一定量的氫氧化鎳進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完成后，調(diào)節(jié)pH，加熱至一定溫度，再緩慢降至室溫，結(jié)晶再進(jìn)行抽濾、烘干，得粗顆粒乙酸鎳產(chǎn)品。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

通過反復(fù)試驗(yàn)基礎(chǔ)上，確定了影響結(jié)晶顆粒的因素有乙酸鎳的濃度、反應(yīng)溫度、加熱溫度、降溫梯度、攪拌速率等(葉鐵林，2003)。本試驗(yàn)首先對單因素進(jìn)行了考察，在此基礎(chǔ)上，綜合各項(xiàng)因素，試驗(yàn)篩選最佳工藝條件。

2.1 乙酸鎳濃度選擇試驗(yàn)

濃度是影響結(jié)晶的重要因素，不同濃度下，溶液的相對過飽和度不同，則晶體的成核速率與長大速率不同，只有在晶體長大的速率大于晶體成核速率，晶體才能越長越粗(武漢大學(xué)，2003)。

濃度選擇試驗(yàn)指的是在500 g氫氧化鎳與320 g冰乙酸反應(yīng)中，通過加入乙酸鎳母液來調(diào)節(jié)體系內(nèi)乙酸鎳的濃度，待按照工藝流程生產(chǎn)出產(chǎn)品后分析結(jié)晶顆粒的大小，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如(表1)。

表1 濃度對結(jié)晶顆粒的影響Table 1 The effect of concentration on the crystalline particles

從表1可以看出，加入母液量越多，得出的乙酸鎳可以越粗，在母液量加入到150 mL以上時(shí)，顆粒增大不明顯，而且由于母液量加的越多，體系體積增大，加大了過濾的時(shí)間，生產(chǎn)效率降低，因此決定加入150 mL母液較為合適。

2.2 反應(yīng)溫度的選擇

升高溫度會推動(dòng)反應(yīng)向正方向進(jìn)行，從而加快反應(yīng)速率(方裕勛等，1997)。試驗(yàn)中，為了加快反應(yīng)的進(jìn)行，在加入氫氧化鎳前將冰乙酸與乙酸鎳母液的混合液進(jìn)行加熱處理，以觀察反應(yīng)速度和結(jié)晶情況，加熱后發(fā)現(xiàn)，溫度越高反應(yīng)速率越快，使得乙酸鎳的濃度在反應(yīng)初期快速增大，晶體的成核速率遠(yuǎn)大于晶體的長大速率，不利于析出粗顆粒的乙酸鎳。故選擇在常溫下進(jìn)行反應(yīng)。

2.3 加熱溫度的選擇

在氫氧化鎳與冰乙酸反應(yīng)制備乙酸鎳的合成反應(yīng)中，為了得出較粗顆粒的乙酸鎳晶體，對反應(yīng)完成后的乙酸鎳進(jìn)行加熱溶解再結(jié)晶，分別加熱至不同溫度，其它條件不變，觀察乙酸鎳結(jié)晶情況。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)加熱溫度對該合成反應(yīng)的反應(yīng)速率有較大影響，隨著加熱溫度的不斷升高，乙酸鎳的重結(jié)晶后的顆粒越來越粗，但到80℃以上，顆粒增加不明顯，且溫度過高，成本增加，且因設(shè)備原因，升溫較慢效率低。綜合考慮，可加熱至80℃后重結(jié)晶，較為理想(表2)。

表2 加熱溫度對結(jié)晶顆粒的影響Table 2 The heating effect of temperature on the crystalline particles

2.4降溫梯度對結(jié)晶的影響

在乙酸鎳的重結(jié)晶過程中，將體系加熱至80℃，根據(jù)乙酸鎳在不同溫度下的溶解情況，通過控制其降溫梯度，來控制乙酸鎳析晶速度，使得乙酸鎳的成核速率小于其晶體長大速度，以達(dá)到制取粗顆粒乙酸鎳的目的。試驗(yàn)對比研究了不同的降溫梯度對乙酸鎳結(jié)晶的影響，并將不同速度結(jié)晶出的產(chǎn)品進(jìn)行了篩分處理，最后選定降溫梯度為1.5℃/h(表3)。

表3 降溫梯度對結(jié)晶的影響Table 3 Temperature gradient effect on the crystalline particles

2.5 攪拌速率對結(jié)晶的影響

加入了數(shù)顯變頻攪拌來控制乙酸鎳重結(jié)晶時(shí)的攪拌速率。在堿式碳酸鎳與冰乙酸反應(yīng)結(jié)束后，升溫至80℃，在降溫過程中，調(diào)節(jié)攪拌頻率改變攪拌速率，來觀察晶體情況，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)攪拌頻率越低，乙酸鎳結(jié)晶顆粒越粗，但當(dāng)?shù)椭?0 r/min以下時(shí)，攪拌速度太慢，結(jié)晶出來的乙酸鎳顆粒很難被攪起，而沉于容器底部，使得結(jié)出的顆粒粒度越不均勻，因此選定60 r/min為最佳的攪拌速度(表4)。

表4 攪拌速率對結(jié)晶的影響Table 4 The stirring rate effect on the crystalline particles

2.6 研制出的新工藝與傳統(tǒng)工藝的比較

在原有合成乙酸鎳工藝的基礎(chǔ)上，進(jìn)行工藝條件優(yōu)化，實(shí)踐證明該工藝操作簡單;在后處理上，甩干時(shí)間縮短了30%，烘干時(shí)間縮短了50%，提高了工作效率;粉塵少，產(chǎn)品不易結(jié)團(tuán)，以前在烘干和包裝時(shí)，顆粒細(xì)，粉塵到處飛揚(yáng)，且產(chǎn)品放置一段時(shí)間后會結(jié)成團(tuán)，優(yōu)化后的新工藝徹底的解決了這方面問題。與未優(yōu)化前的生產(chǎn)工藝相比，該新工藝是一種對環(huán)境友好的綠色工藝。

3 結(jié)論

本論文研究的是在原有乙酸鎳生產(chǎn)工藝上進(jìn)行條件優(yōu)化的新工藝。這種乙酸鎳工藝條件的優(yōu)化研究文獻(xiàn)上尚未見報(bào)道。本次試驗(yàn)優(yōu)化出較佳的合成工藝條件，提高產(chǎn)品的顆粒度。同時(shí)對優(yōu)化前后兩種工藝進(jìn)行了甩干和烘干時(shí)間對比，大大的縮短了后期操作時(shí)間，并解決了環(huán)境污染問題。

通過本次試驗(yàn)，得到了制取粗顆粒乙酸鎳的最佳工藝條件:在500 g氫氧化鎳與320 g冰乙酸反應(yīng)中，加入0.150 L乙酸鎳母液調(diào)節(jié)濃度;反應(yīng)溫度為常溫;加熱溫度為80℃;降溫梯度為1.5℃/h;攪拌速率為60 r/min。

在優(yōu)化后的最佳工藝條件下進(jìn)行了多次重復(fù)性試驗(yàn)，試驗(yàn)的再現(xiàn)性良好。

方裕勛，羅新.1997.幾個(gè)溫度有關(guān)的平衡關(guān)系式的簡便推導(dǎo)［J］.華東地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，20(2):168-172.

杜小光，牛振江，李則林，等.2008.電沉積條件對乙酸鎳鍍層織構(gòu)的影響［J］.電鍍與涂飾，23:6-9.

全國化學(xué)試劑產(chǎn)品目錄組.1998.全國化學(xué)試劑產(chǎn)品目錄［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.

天津化工研究院.1996.無機(jī)鹽工業(yè)手冊(下冊)［M］.2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.

武漢大學(xué).2003.分析化學(xué)［M］.4版.北京:高等教育出版社.

葉鐵林.2003.化學(xué)結(jié)晶過程原理及應(yīng)用［M］.北京:北京工業(yè)大學(xué)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

張慶，湯森進(jìn).2011.粗顆粒乙酸鎳的研制［J］.東華理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)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; 責(zé)任編輯:吳志猛

江西省核工業(yè)地質(zhì)局科技創(chuàng)新項(xiàng)目

張 慶(1982—)，助理工程師，從事精細(xì)化工方面的科研工作。E-mail:21796447@qq.com