氧化锌综述

氧化锌综述

活性氧化锌的制备

摘要：本综述主要介绍了活性氧化锌的发展现状，以及酸法和碱法制备活性氧化锌的方法和其发展方向。目前活性氧化锌的应用非常广阔，活性氧化锌是橡胶、搪瓷、电缆、医药及化工工业的重要原料。纳米Zn0是一种新型高功能精细无机产品，与普通ZnO相比，因其特有的表面效应、体积效应、量子效应和介电限域效应等，在防晒化妆品、催化剂和光催化剂、电化学等多领域已经开始应用。

关键词：氧化锌制备

正文

氧化锌（ZnO），俗称锌白，是锌的一种氧化物。难溶于水，可溶于酸和强碱。活性氧化锌是橡胶、油漆、搪瓷、电缆、医药及化学工业的重要原料。易于分散在橡胶和乳胶中，是天然橡胶和合成橡胶的优良补强剂及活化剂。胶料中加入活性氧化锌可有效地改善橡胶中频的耐磨性、耐撕裂性和弹性，是橡胶产品中不可取代的基本原料。[1]随着我国工业的发展，氧化锌的需求量将会日益增加。纳米微粒是颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒，其本身具有量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等，因而展现出许多特有的性质和功能。随着对纳米粉体性能研究的深入，纳米粉体的制备方法应

运而生，概括起来可分为物理法和化学法，化学法主要有溶胶-凝胶法、微

乳法、化学沉淀法、醇解法等将重点对活性氧化锌的制备工艺，是以锌焙砂为原料，以硫酸浸取法和氨一碳酸浸取法制各活性氧化锌。[2]

一、活性氧化锌的现状

纳米氧化锌是一种应用前景广阔的新型功能材料。目前，纳米氧化锌的常用制备方法主要有溶胶-凝胶法、直接沉淀法、微乳液法和水热法等.目前，国内外多以火法选冶低级氧化锌或闪锌矿锌焙砂为原料，采用酸解浸取工艺或氨-碳酸铵浸取工艺生产活性氧化锌。[3]其中，我国生产活性氧化性的传统方法是酸浸法，这种方法是以低品级的氧化锌或锌矿砂为原料与稀硫酸反应，得到粗氧化锌，再经过氧化、还原除去杂质后，制得精硫酸锌溶液，经中和反应后得碱式碳酸锌，再经过滤、干燥、焙烧制得活性氧化锌。[4]

氨一碳酸氢铵混合溶液浸取法是使矿石中的锌化合物与氨一碳酸氢铵混合溶液络合反应形成高纯度的锌氨络合离子。经一系列除杂后得到较纯的锌盐溶液。再加纯碱或碳酸氢铵中和得到碱式碳酸锌，经洗涤、脱水、干燥、煅烧即可制得活性氧化锌。此种方法的锌列用率高达95％以上。由于氨浸法具有很强的选择性，引入的杂质离子较少，除杂过程较上述酸浸法简单，且氨浸法锌的利用率较高，浸取剂可回收循环使用，所良目前大多数都采用氨浸法生产活性氧化锌。[5]

二、活性氧化锌的制备

（一）硫酸浸取法

1、酸解

称取生产活性氧化锌的原料锌焙砂10g与250ml锥形瓶中，加入3mol/l的硫酸溶液35ml,置于80℃的水浴锅中，2-3分钟摇一次，加热50分钟，使锌与硫酸充分反应。50分钟后，取出，加15ml去离子水，加热煮沸后过滤。酸浸时，除生成硫酸锌外，铁、铜、铅、镉等金属也以硫酸盐形式转入溶液中，酸浸的主、副反应为：

ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

ZnS+ H2SO4 = ZnSO4 + H2S

Fe3O4 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + H2O

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

PbO + H2SO4 = PbSO4 + H2O

CdO + H2SO4 = CdSO4 + H2O

在反应过程中，产生H2等混合气体，故应在通风环境中进行。

2、除铁

在合适的浓度、温度、时间下，绝大多数锌，包括难溶的铁酸锌，都可溶解，锌浸出率高达95％以上。但许多杂质，如Fe、Mn、As、Pb、Cu、Cd均同时被溶下。以Fe为例，在pH<2时，会与Zn同时转入溶液[6-7].因此，硫酸锌溶液中含有许多杂质，除去铁时，向溶液中加入0.1mol的KMnO4溶液（滴加时，直至KMnO4溶液不退色，停止滴加），KMnO4为强氧化剂，将二价铁氧化为三价铁，又因为Fe(OH)3的溶度积很小， Fe(OH)3溶液很容易发生沉淀，在pH>2.6时完全沉淀，控制溶液pH在4-5之间，把溶液煮沸3分钟，减压过滤除去Fe。

3、除重金属

除重金属可用黄铵铁矾法、置换法和硫化物沉淀法，其中置换法：利用各金属电极电位的差异，溶液中加人锌粉，将上述金属离子置换还原沉淀出来。此法不会引入新的杂质，但因是液固反应不够彻底，锌粉耗量较理论量多5倍以上。[7]

加锌粉0.1g，80℃水浴加热、搅拌10分钟，过滤，即可除去重金属离子。

3、制备氧化锌

加水将溶液稀释至100ml，在低于35℃的条件下，向溶液中分批加入

9gNaHCO3,不断搅拌，10分钟后，减压过滤，充分洗涤滤饼，洗去其他离子。将洗涤后得滤饼在烘箱中烘干。烘干后置于高温炉内2h，常温600℃，冷却3h。

4、对硫酸浸取法的评价

此种方法流程长，酸对设备的腐蚀严重，致使生产成本较高；三废排放物多，对环境污染严重；且由于采取酸浸，大部分杂质离子是可溶的，敌引入的

杂质较多，除杂能耗大，除杂不完全、产品质量难以保证。

（二）碳铵一氨水浸取法

流程为：原料一氨浸一除杂净化一沉锌一干燥煅烧一产品。

粗氧化锌的主要成分为ZnO，并有少量杂质，用氨- 碳酸氢铵浸取,pH值为8-10.5，发生如下主反应：

ZnO + NH4HCO3 +（i - 1）NH3 =［Zn（NH3）i］CO3 + H2O

其反应流程为：

然后除Fe、Mn和重金属，沉锌（主要方法：蒸氨法、水解沉锌、酸化沉锌）对氨浸法的评价

优点：不经硫酸锌阶段，不用硫酸，工序较简单，尤其是铁带入量少，净化负荷小，产品质量高。此法还可浸取硫化矿，不必事先焙烧。

缺点：氨的回收困难，需要增加氨回收装置。如果用蒸氨法沉锌，其能耗很大，要将溶液中络合物内的NH3、CO及过量的NH3蒸出来，同时蒸发大量水

分，设备易漏，易堵。若用水解法沉锌，锌沉淀率很低，仅为60％，而母液氨浓度稀释10倍，需要另设精馏塔回收，而且还易造成环境污染。

三、氧化锌纳米材料的研究方向展望

目前，氧化锌纳米材料的研究已取得较大进展，但制备研究与工业化规模生产尚有相当大的差距。不同形貌的氧化锌纳米材料的性能及应用研究也是近年来的热点之一，这方面的研究发展迅速，取得了许多可喜的成果，但研究的程度仍然有限，系统性仍然不强。

要实现简单、方便、低成本的工业化生产面临的任务有：(1)进一步完善适合工业化的制备方法、反应机理研究与工艺技术等；(2)加强控制工程方面的研究，包括颗粒尺寸、形状、表面及微结构的控制，表面改性与修饰技术等；(3)如何针对不同用途的需要，设计与制备出专用的纳米氧化锌材料。