闪锌矿型硫化锌的制备及相变为纤锌矿型硫化锌的工艺研究

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ZnS被广泛用于荧光体、分析试剂、光导体材料、染料、颜料、涂料、固化油和玻璃等的制造。与闪锌矿结构的β-ZnS相比,纤锌矿结构的α-ZnS具有更宽的禁带与更好的光学性能,具有很大的市场前景。为了充分利用广西某企业生产沉淀硫酸钡的硫资源和广西的锌资源,本文在对几种液相法制备硫化锌比较的基础上,选择了适宜的锌源与硫源,首先研究了一条减污染、可循环的合成p型硫化锌的最佳工艺,然后在隔绝空气的高温条件下,研究了使立方晶型的β-ZnS相变为六方晶型的α-ZnS的较优工艺条件;最后利用副产的醋酸铵制备醋酸锌,研究了资源化、循环化利用硫锌资源的优化工艺。研究结果如下:(1)在锌源(硫酸锌和醋酸锌)和硫源(硫化氢、硫化钠和硫化铵)的几种组合方案中,以硫化铵为硫源、醋酸锌为锌源,在120℃真空干燥下,硫化锌包裹的主要杂质醋酸铵分解,制备的硫化锌纯度最高,可达97.21%。(2)以硫化铵和醋酸锌为原料液相法制备硫化锌(β-ZnS),干燥温度与干燥时间对β-ZnS的纯度影响最大。制备β-ZnS的较优工艺条件为:锌和硫摩尔比及浓度比均为1:1、浓度为0.3 mol/L、干燥温度为120℃、干燥时间为6d、搅拌速度为400 r/min、反应时间为10 min、反应温度为50℃。此时β-ZnS的纯度最高,可达97%以上。(3)在β-ZnS高温相变为α-ZnS的过程中,相变时间和温度是主要影响因素。当相变温度低于1000℃时,β-ZnS不能相变为α-ZnS;当相变温度在1000℃至1150℃范围内增加时,α-ZnS的含量增大;当相变温度高于1150℃时,β-ZnS可完全相变为α-ZnS。在相变温度为1150℃、相变时间超过60min时,β-ZnS可完全相变为α-ZnS。(4)当相变时间一定时,相变温度越高,α-ZnS的含量越高,混合晶型ZnS的颗粒越大。可以通过改变相变温度来控制α-ZnS的含量及混合晶型ZnS的颗粒大小。(5)在醋酸铵和氧化锌反应制备醋酸锌的实验过程中,各因素对反应的影响均较大。较优的工艺条件为:NH4Ac浓度为1.3mol/L、反应温度为70℃、反应时间为80min、搅拌速度为500r/min。在该优化条件下,Zn(Ac)2的浓度高于0.5529 mol/L,可作为锌源返回体系。
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