《武汉工程大学学报》 2009年05期
57-59
出版日期：2009-05-28
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
闪锌矿制取高纯氧化锌的研究
0引言ZnO是一种具有纤锌矿结构的自激活直接宽带隙半导体材料.其特殊的晶体结构决定了ZnO材料具有独特的电、光、磁、机械等性能，在微电子器件和光电器件等领域有广泛的应用前景［1］，同时ZnO在橡胶、陶瓷日用化工、涂料、磁性材料等方面具有广泛的用途，可用来制造气体传感器、荧光体、紫外线遮蔽材料、变阻器、图像记录材料、压敏材料、压电材料、高效催化剂等［25］. 生产氧化锌的方法主要有间接法、直接法和氨浸法等［68］.间接法是将金属锌锭经熔融及高温蒸发、氧化冷却而得到的，但由于它主要以锌锭为原料，成本高，能耗大，生产工艺不合理等而限制了其发展.直接法生产氧化锌是将焙烧矿粉与无烟粉煤混合，压制成块，在锌氧炉内被碳质还原剂还原成锌蒸气，再经氧化而得，该法生产氧化锌产品中常常混入炉气尘埃，产品质量不稳定.氨浸法生产氧化锌是将NH3与普ZnO浸出制取Zn（NH3）4CO3溶液，然后净化除杂，分解得到的ZnCO3，再经过煅烧得到活ZnO产品，该法制备工艺不易控制，制备得到的氧化锌纯度不够.本文采用流变相尿素先驱法［910］从闪锌矿制取高纯氧化锌，该工艺简单有效，且能耗低，制得的氧化锌纯度很高，粒度小，为超细氧化锌的生产提供了一种合理可行的方法.1实验1.1试剂与仪器仪器：岛津AY220电子分析天平，马弗炉，Falcon型X射线能谱仪，XRD6000X射线粉末衍射仪，NICOLETSXB型傅立叶变换型红外光谱仪，JSM5510LV扫描电镜.试剂：闪锌矿（水口山锌矿）；尿素（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）.1.2实验过程分别取闪锌矿原样20 g，置于马弗炉中缓慢加热升温至700、800和950 ℃氧化.将氧化后原料按其中的ZnO与CO（NH3）2的摩尔比1∶2称取CO（NH3）2；将称量后的原料移入研钵中并加入一定量的水充分研磨至流变态；将反应物在150 ℃左右充分反应后得到流状物并过滤；将滤液加热至650 ℃得淡黄色氧化锌.于4 000～400 cm-1范围内记录样品的红外光谱；记录样品的粉末衍射图；在X射线能谱仪上测定样品的成分；用扫描电镜研究样品的表面型貌与粒度分布；通过重量法计算产品的回收率.2结果与讨论2.1闪锌矿成分分析图1为闪锌矿的EDS谱图，从图1可以看到闪锌矿中主要含有Fe、Al、Si等杂质元素.表1列出了矿中各元素的含量.图1闪锌矿EDS谱图
Fig.1EDS spectrum of sphalerite表1闪锌矿的主要成分
Table 1Main composition of sphalerite
元素ZnSFew/%56.2626.981.31元素SiAlOw/%7.140.667.662.2闪锌矿的氧化将闪锌矿分别在一定温度下氧化处理，图2为在各温度下氧化后产物的XRD图，从图上可以看到700 ℃氧化后的产物中已经有氧化锌生成，而且产物中存在一定量杂质.图2氧化后产物的XRD谱图
Fig.2XRD spectrum of oxidized products在700 ℃和800 ℃氧化产物的IR光谱中，700 ℃时还有部分ZnS未分解.氧化物还需与尿素进行反应，因为过高的温度使氧化锌进一步烧结，其反应活性会降低，因此氧化温度不宜过高，800 ℃氧化是合适的.第5期张勇，等：闪锌矿制取高纯氧化锌的研究
武汉工程大学学报第31卷
2.3氧化锌的提取图3为经流变相尿素先驱物法提取后得到的氧化锌的XRD谱图，从图上可以看到产物中衍射除氧化锌的衍射外并无其他杂质.表2给出了EDS能谱仪测定的最终产物中各元素的含量.表中数据进一步证明了产物是高纯度氧化锌.图3最终产物的XRD谱图
Fig.3XRD spectrum of final product表2最终产物的成分
Table 2Composition of final product
元素ZnOSw/%79.32200.68图4为最终产物的SEM照片，从图上可以看到，氧化锌颗粒均为近球体，其粒度在80~160 nm之间，为超细粉体，颗粒与颗粒之间的团聚现象也比较明显.图4最终产物的SEM图
Fig.4SEM photos of final product产品的回收率计算结果为：原料含锌为56.3%，换算氧化锌为70.2%，20 g矿样中最终产品质量为13.4 g，产品的回收率为95.4%.3结语本文使用流变相尿素先驱物法实现了从闪锌矿生产高纯氧化锌的工艺，研究了产物氧化锌的组成、结构及表面形貌与粒度.研究结果表明流变相尿素先驱物法为氧化锌的生产提供了一条合理有效的方法，与传统方法相比，具有工艺简单，能耗低，产品纯度高粒度小的优点.