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磷酸锌的制备

发信人: vivian123 版面: 人文学术浏览: 44285 回复: 0

1 楼 vivian123 发表于: 2016/5/24 10:42:28 编辑

磷酸锌，为正磷酸盐，市售产品通常是含有一定结晶水的白色固体物，其在无机化工领域有广泛的用途。比如，表面处理过程中的钢材磷化，医药行业的营养与微量元素补充以及药物嵌入。此外，由于磷酸锌晶体具有类似沸石般的开放性介观微孔结构，所以在材料领域它也可以一展所长，不但可以作为催化材料、气体分离与吸附剂、离子交换剂等，还可用于石油与天然气加工、精细化工、环境与核废料处理等方面。当然比较普遍的用途是防锈颜料方面（参看《磷酸锌与防锈》，它能够有效替代含有重金属铅、铬的传统防锈颜料，还可用作醇酸、酚醛、环氧树脂等各类涂料的基料。今天我们简单介绍一下它的制备过程。
简单概述

磷酸锌的制备思路主流的有两种，笼统的说，就是所谓的直接法与间接法。以名释意，直接法就是磷酸与氧化锌直接进行液一固反应制备磷酸锌的方法（不要问为什么不是锌粉与磷酸直接反应）。直接法的优势在于工艺简单、无副产品、无废水废渣废气产生，是目前常用的生产方法。不过缺点也很明显，如氧化锌的纯度要高，氧化锌转化率低，产物中含有磷酸二氢锌杂质，粒度控制较为困难。由于直接法应用广泛，工艺工程师们已经找到了一套行之有效地克服其缺点的方法，如采用复合溶剂净化低纯度氧化锌，利用微波加热技术改善工艺过程。另外，在氧化锌与磷酸直接法合成磷酸锌的基础上，采用水解沉淀法和有机溶剂沉淀法来改变磷酸锌产品的颗粒大小、形貌和去杂质等，都可以提高直接法生产磷酸锌的质量，以提高它的应用性能。
另一种是间接法的思路，即采用可溶性磷酸盐和锌盐反应制备磷酸锌，此法反应速度快，但是生成的副产物较多，且不易除去，并在生产中将会腐蚀设备，不利于生产，同时产品颗粒大，严重影响产品的应用效果，加上工艺复杂，质量不易控制，因此，国内外很少采用间接法，多以直接法为主。
化学原理

在化学化工领域，无论合成什么物质，都是以化学反应（氧化还原、复分解、置换、分解、歧化、加成、聚合、异构等等）为基础的。
直接法以磷酸和氧化锌反应生成磷酸锌的过程如下:
    3ZnO+2H3PO4+nH2O—Zn3（PO4）2·nH2O
工艺设计时，以该化学反应为基础，以物料流量与流率为限制条件，并考虑安全因素，来设计工艺过程与设备选取。当然，想要得到磷酸锌产品，还需要后续的沉淀、过滤、烘干等操作才行。

复分解反应示意图
间接法（复分解法）以锌盐（大多为可溶锌盐，如ZnCl2、ZnSO4等）与磷酸盐（如磷酸钠或磷酸氢钠）为原料制备磷酸锌：
    3Zn2++4HPO42- +nH2O—Zn3（P04）2·nH2O+2H2PO4
    3Zn2++2PO43-+nH2O—Zn3（P04）2·nH2O
此为还有水解法，属于直接法的一个改进的过程，利用氧化锌与过量的磷酸溶液反应得到磷酸氢锌，并将其趁热倒入于数倍冷水中，有白色絮状物质生成，白色沉淀即为磷酸锌，其反应方程式如下：
          ZnO+H3PO4=ZnHPO4+H2O
        ZnHPO4+nH2O=Zn3（PO4）2·nH2O+H+
直接法后记
磷酸锌生产中主要采用直接法的思路，在国外，为改进磷酸锌产品的细度和粒度分布，常采用机械法和化学法。机械法主要是在高速搅拌或超声波搅拌下反应，也有在球磨机中研磨反应。化学法是指通过添加表面活性剂的办法来获得微细颗粒和均匀粒度分布。由于直接法的反应过程为液—固反应，显然扩散过程很容易成为反应的“速控步”，且反应需要加热，磷酸锌几乎不溶于水，生成的磷酸锌容易覆盖在氧化锌表面，导致氧化锌反应不完全。改进的方法是可以在反应液中加入表面活性剂，同时表面活性剂还可以改变产物的形态，以获得优质的磷酸锌产品。
表面活性剂的机理：大部分无机不溶性物质具有相互吸引并趋向于保持一个水分子的表面，其微粒分散体系在热力学上不稳定，在布朗运动和外来振动作用下相互碰撞的微粒就会凝聚。使用定向的表面活性剂吸附在它们表面，使其表面张力下降，在界面上形成双电层，粒子表面由于亲水吸附层的空间位阻而相互排斥，致使无机纳米粒子分离。从而达到促进粒子细化，防止杂晶生成。
此外，表面活性剂的类型会对磷酸锌微晶的形貌有很大的影响，当然，在某些工艺方法中，通过改变溶液pH值以及是否添加油酸（一种不饱和脂肪酸）也可以控制磷酸锌的微晶形貌。
今天就到这里了，我们下周见。

参考资料：
1.好磷网—磷字典
2.好磷资讯
3.百度百科
4.郭仁庭磷酸锌生产技术现状及发展趋势