1314-98-3 / 硫化鋅的制備

背景及概述^[1][2]

硫化鋅化學(xué)式ZnS。Zn，S間化學(xué)鍵性質(zhì)偏向共價鍵型。晶體有3種不同構(gòu)型：低溫型，即閃鋅礦結(jié)構(gòu)，自然界大量存在，無色立方晶體，Zn，S配位數(shù)均為4，相對密度為4.10，在1 020℃時轉(zhuǎn)為高溫型；高溫型，即纖維鋅礦結(jié)構(gòu)，無色六方晶體，Zn，S配位數(shù)均為4，相對密度為3.98，熔點(diǎn)約為1700℃，是硫化鋅高溫穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；高壓型，即氯化鈉結(jié)構(gòu)，Zn，S配位數(shù)均為6，相對密度為5.21。

還有含水化合物ZnS·H₂O，為白色粉末，相對密度為3.98，熔點(diǎn)為1049℃。硫化鋅不溶于水和稀堿，也不溶于醋酸，但易溶于鹽酸等低濃度強(qiáng)酸，放出硫化氫。在強(qiáng)酸性的鋅鹽溶液中，通入硫化氫氣體，得不到硫化鋅沉淀。在鋅鹽溶液中，通入硫化氫氣體，可以得到硫化鋅沉淀，但沉淀不完全。用硫化銨溶液作為沉淀劑，可使鋅鹽溶液中鋅離子完全沉淀成硫化鋅，因硫化銨溶液顯堿性，可減少體系酸度。

工業(yè)上用上述方法制取，需在隔絕空氣情況下操作。白色硫化鋅見光變暗，在空氣中易被氧化成硫酸鋅。硫化鋅本身或與氧化鋅混合可用做白色油漆顏料。純的硫化鋅并不發(fā)光，若在硫化鋅晶體中加入微量的錳、銅、銀做活化劑，經(jīng)光照射后，可發(fā)出不同顏色的螢光，被稱做螢光粉，用于制作螢光屏、發(fā)光油漆。硫化鋅還用于制革、搪瓷、橡膠、染料等工業(yè)。

應(yīng)用^[2][3]

硫化鋅是一種重要的半導(dǎo)體材料，由于具有熒光、磷光和紅外透明等特性而廣泛應(yīng)用于發(fā)光、傳感、紅外窗口材料、光催化等諸多領(lǐng)域。摻雜硫化鋅是應(yīng)用廣泛的發(fā)光材料，如熒光粉(ZnS：Cu，Al)，電致發(fā)光材料(ZnS：Mn)，光致發(fā)光材料(ZnS：Cu，Er)等。硫化鋅用作白色無機(jī)顏料、熒光顏料，可產(chǎn)生美麗的光輝，近紫外線反射率高，磨損性及吸油性低，流變性優(yōu)良，對光熱穩(wěn)定，對容易起反應(yīng)的有機(jī)顏料和聚合物，不會產(chǎn)生有害的催化作用。

可用于涂料、印刷油墨、塑料、熱塑性及熱固性樹脂、樹脂彈性體、合成纖維、紙張、潤滑油、油漆、玻璃、橡膠等方面；在硫化鋅中若含微量銅、銀離子，能產(chǎn)生熒光顏色，這一性能可用于電視機(jī)、示波器和X射線器的元件、各種標(biāo)志牌。熒光粉用的硫化鋅大多采用溶液法制成，它的特點(diǎn)是產(chǎn)量大、成本低。用元素直接經(jīng)氣相合成的高純硫化鋅呈針狀結(jié)晶，用來制備高性能的鍍膜材料和單晶原料。

用高壓單晶爐和化學(xué)氣相輸運(yùn)法(CVD)可以生長硫化鋅單晶。用熱壓成型法和CVD法可以制備光學(xué)材料用硫化鋅片，廣泛地用在激光器的窗口材料中。近年來，制備硫化鋅薄膜材料大多采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法，因生長溫度低，生成的薄膜完整性好，缺陷少，易于制備異質(zhì)結(jié)光電子器件。

制備^[2][4]

方法1：在鋅鹽溶液中加入硫化銨、可制得硫化鋅的白色沉淀，再經(jīng)重結(jié)晶精制。

方法2：在硫酸鋅溶液中加入乙酸銨，在pH= 2～3時通入硫化氫，產(chǎn)生沉淀，將沉淀在隔絕空氣下過濾及干燥，可得到良好的白色結(jié)晶硫化鋅。

方法3：一種閉路循環(huán)制備精細(xì)硫化鋅的方法，其包括以下步驟：

步驟1、將ZnO固體粉末與H₂SO₄溶液混合加入第一反應(yīng)釜中，其中ZnO固體粉末與H₂SO₄溶液質(zhì)量比為1：1.5～2.5，H₂SO4質(zhì)量百分比濃度為20～25％，在65～75℃溫度條件下反應(yīng)25～35min后，調(diào)節(jié)反應(yīng)后溶液PH值為5.0～5.5，得到摻雜的ZnSO₄溶液；然后，對摻雜的ZnSO₄溶液進(jìn)行除雜處理，除去ZnSO₄溶液中的雜質(zhì)鎳、鉬、鉻、銅、鉛和鐵，得到雜質(zhì)含量小于0.02％的純凈的ZnSO4 溶液；

步驟2、將步驟1中得到的純凈的ZnSO₄溶液與Na₂S溶液加入第二反應(yīng)釜中，其中ZnSO₄溶液與Na₂S溶液質(zhì)量比為2～2.5：1，Na2S質(zhì)量百分比濃度為20～25％，反應(yīng)產(chǎn)物采用壓濾機(jī)進(jìn)行第一次壓濾分離，得到濾餅水分不大于30％、且Na₂SO₄含量不大于5％的固體粗硫化鋅；

步驟3、在洗滌槽中用清水清洗粗硫化鋅，清洗后的溶液比重控制在0～0.2 之間，其中Na₂SO₄含量小于0.15％；

步驟4、洗滌槽中的混合液采用壓濾機(jī)進(jìn)行第二次壓濾分離，提取的固體硫化鋅在溫度100～110℃條件下干燥，745～755℃高溫下培燒30～50min，再用氣流粉碎機(jī)進(jìn)行高度粉碎，得到粒度為1000～1500目的精細(xì)硫化鋅產(chǎn)品；

步驟5、洗滌槽中的混合液采用壓濾機(jī)進(jìn)行第二次壓濾分離后，滲析出來的液體，即含有質(zhì)量百分含量0.7～1.7％硫酸鈉和質(zhì)量百分含量0.75～0.85％硫化鋅的廢水送入第一反應(yīng)釜中，與ZnO固體粉末與H₂SO₄溶液混合，實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)。

主要參考資料

[1] 中國中學(xué)教學(xué)百科全書·化學(xué)卷

[2] 實(shí)用精細(xì)化工辭典

[3] 中國冶金百科全書·金屬材料

[4] 陸巧芳；李中義；游賢德；魏宇生.一種閉路循環(huán)制備精細(xì)硫化鋅的方法.CN201310167170.4，申請日20130508