南岳化学与材料科学系09级应用化学班邓谷微
摘要本文介绍了直接法、间接法、湿法等方法生产氧化锌的生产原理及工艺，其中直接法氧化锌占10%-20%，间接法氧化锌占70%气80%，而湿法氧化锌只占1%-2%[1]。因此介绍了三种方法的进展，并介绍了最新的改进工艺以及对我国氧化锌工业的发展提出了建议。关键字：直接法；间接法；湿法；氧化锌的发展；生产工艺；活性氧化锌；纳米氧化锌
1前言
氧化锌是用途广泛的冶金化工产品。冶金与化工行业均可提供这种产品，并已形成了我国氧化锌工业体系。冶炼厂主要以锌矿砂为原料直接生产氧化锌（ 直接法） 。而化工厂则以商品锌为原料生产氧化锌（ 间接法） 。随着生产工艺技术的发展，出现了湿法。湿法是以ZnSO4或Z nCl2为原料，经去除杂质，加入Na2CO3溶液，生成Zn2(OH)2CO3沉淀，，再经过漂洗、过滤、干燥，将所得干粉焙烧得ZnO。所制得的ZnO具有较大的比表面积，所以也有称其为活性ZnO。其反应式如下: ZnSO4+Na2CO3=ZnCO3+Na2SO4
沉淀中可能含有一定量的Zn(OH)2，焙烧后释放出CO2和水蒸气，而得到ZnO。随着生产技术的发展，
自1992年起，精馏法氧化锌在我国主要火法炼锌厂相继建成投产，短短三年时间已形成13000吨/年的能力。精馏法氧化锌以其纯度高、能耗低、60000吨 不包括冶炼厂副产的次氧化锌 ，所以氧化锌工业繁荣发展，加上氧化锌产品应用领域越来越广，氧化锌的产量不断增大以及在技术方面不断提高。
2 氧化锌的性质、用途以及常见的生产方法
2.1氧化锌的性质
氧化锌粉末氧化锌[3]（英文：Zinc Oxide），俗称锌白，化学式为ZnO，是锌的一种氧化物。难溶于水，可溶于酸和强碱。氧化锌是一种常用的化学添加剂，广泛地应用于塑料、陶瓷、玻璃、水泥制品、合成橡胶、润滑油、油漆、药膏、粘合剂、密封剂、颜料、食品、电池、阻燃剂等产品的制作中。自然界中的氧化锌存在于红锌矿中，但工业生产中使用的氧化锌通常以燃烧锌或焙烧闪锌矿的方式取得。
氧化锌也是一种半导体材料。氧化锌的能带隙和激子束缚能较大，透明度高，有优异的常温发光性能，在液晶显示器、隔热玻璃、薄膜晶体管、发光二极管等产品中均有应用。
CAS编号：1314-13-2
化学式：ZnO
杏蜜
分子量：81.37
外观：白固体
相对密度：5.606
熔点：1975 °C（分解）
沸点：2360 °C
在水中溶解度：0.16 mg / 100 mL（30 °C）
能带隙：3.3eV
标准摩尔生成焓：-348.0 kJ / mol
标准摩尔熵：43.9 J / (K ·mol)
MSDS编号：ICSC 0208
EU分类：对环境有害（N）
警示性质标准词：R50/53（对水生生物有剧毒，可能对水生环境造成长期的不良影响）
安全建议标准词：S60（物质及容器必须按危险废物放置）、S61（防止排向环境）、闪点：1436 °C
2.1.1 氧化锌的化学性质
氧化锌主要以白粉末或红锌矿石的形式存在。红锌矿中含有的少量锰元素等杂质使得矿石呈现黄或红。氧化锌晶体受热时，会有少量氧原子溢出（800 °C时溢出氧原子占总数0.007%），使得物质显现黄。当温度下降后晶体则恢复白。
当温度达1975C时氧化锌会分解产生锌蒸气和氧气。单质碳可用于氧化锌中锌的还原，在高温条件下发生反应：
ZnO + C →Zn + CO
氧化锌是一种两性氧化物，难溶于水或乙醇，但可溶于大多数酸，例如盐酸：ZnO + 2HCl →ZnCl2 + H2O
同时可以与强碱反应生成可溶性锌酸盐，例如与氢氧化钠反应：
ZnO + 2NaOH + H2O →Na2[Zn(OH)4]
氧化锌在脂肪酸中可发生缓慢的反应，生成相应的羧酸盐，如油酸盐和硬脂酸盐。氧化锌可以与硫化氢发生反应，在工业生产中该反应常用来除去混合气体中的硫化氢：
ZnO + H2S →ZnS + H2O
氧化锌与浓氯化锌水溶液混合时生成碱式氯化锌，具有类似水泥的硬化性质，常用于牙科手术。氧化锌和磷酸反应生成的四水合磷酸锌（Zn3(PO4)2·4H2O）也具有相同的性质。氧化锌与镁粉、铝粉、氯化橡胶、亚麻籽油接触会发生剧烈反应，发生起火或爆炸的危险。含有氧化锌的软膏与水混合暴露在紫外线光下则可产生过氧化氢。
微波真空烧结炉
2.1.2 氧化锌的物理性质
它的晶体结构被认为与化合物原子的非整比性有关，而对纯净氧化锌的研究则成为一个反例。使用铝、镓、铟等第III主族元素或氯、碘等卤素可以调节其N 型半导体性能。而要将氧化锌制成P型半导体则存在一定的难度。可用的添加剂包括锂、纳、钾等碱金属元素，氮、磷、砷等第V主族元素，铜、银等金属，但都需要在特殊氧化锌两种晶体结构氧化锌晶体有三种结构：六边纤锌矿结构、立 方闪锌矿结构，以及比较罕见的氯化钠式八面体结构。纤锌矿结构在三者中稳定性最高，因而最常见。立方闪锌矿结构可由逐渐在表面生成氧化锌的方式获得。在两种晶体中，每个锌或氧原子都与相
邻原子组成以其为中心的正四面体结构。八面体结构则只曾在100亿帕斯卡的高压条件下被观察到。纤锌矿结构、闪锌矿结构有中心对称性，但都没有轴对称性。晶体的对称性质使得纤锌矿结构具有压电效应和焦热点效应，闪锌矿结构具有压电效应。
纤锌矿结构的点为6mm（国际符号表示），空间是P63mc。晶格常量中，a = 3.25 埃，c = 5.2 埃；c/a比率约为1.60，接近1.633的理想六边形比例。在半导体材料中，锌、氧多以离子键结合，是其压电性高的原因之一。
2.1.3 氧化锌的力学性能骑马机
氧化锌的硬度约为4.5，是一种相对较软的材料。氧化锌的弹性常数比氮化镓等III-V族族半导体材料要小。氧化锌的热稳定性和热传导性较好，而且沸点高，热膨胀系数低，在陶瓷材料领域有用武之地。在各种具有四面体结构的半导体材料中，氧化锌有着最高的压电张量。该特性使得氧化锌成为机械电耦合重要的材料之一。
2.1.4 氧化锌的电学性质
电机风罩在室温下，氧化锌的能带隙约为3.3 eV，因此，纯净的氧化锌是无透明的。高能带隙为氧化锌带来击穿电压高、维持电场能力强、电子噪声小、可承受功率高等优点。氧化锌混入一定比例的氧化镁或氧化镉，会使能带隙在3-4 eV之间变化。
即使没有掺入任何其它物质，氧化锌具有N型半导体的特征。N型半导体特征曾条件下才具有效用。
2.2 氧化锌的用途
氧化锌是橡胶和轮胎工业必不可少的添加剂，也用作天然橡胶、合成橡胶及胶乳的硫化活性剂和补强剂以及着剂。纳米氧化锌用于橡胶中可以充分发挥硫化促进作用，提高橡胶的性能，其用量仅为普通氧化锌的30%～50%。
氧化锌也是一种常用的化学添加剂，广泛地应用于塑料、硅酸盐制品、合成橡胶、润滑油、油漆涂料、药膏、粘合剂、食品、电池、阻燃剂等产品的制作中。氧化锌的用途主要集中在橡胶制造；硅酸盐工业；医药卫生；着材料；电子领域。
在化学工业中，氧化锌被广泛用作催化剂、脱硫剂，如合成甲醇时作催化剂，合成氨时作脱硫剂；纳米氧化锌的表面高活性可以提高催化剂的选择性能和催化效率，具有广泛的潜在应用市场。
在涂料工业中，氧化锌除了具有着力和遮盖力外，又是涂料中的防腐剂和发光剂；此外，纳米氧化锌优异的紫外线屏蔽能力使其在涂料的抗老化等方面具有较为突出的特性。
在医药卫生和食品工业中，氧化锌具有拔毒、止血、生肌收敛的功能，也用于橡皮膏原料，而且对于促进儿童智力发育具有帮助；纳米氧化锌用于食品卫生行业的需求在逐步扩大，但是产品要求也比较
自动点火器严格，尤其是有害的重金属元素含量。在玻璃工业中，氧化锌用在特种玻璃制品中；在陶瓷工业中，氧化锌用作助熔剂；在印染工业中，氧化锌用作防染剂；纳米氧化锌由于颗粒细、活性高，可以
降低玻璃和陶瓷的烧结温度，此外利用纳米氧化锌制备的陶瓷釉面更加光洁，而且具有抗菌、防酶、除臭等功效。
在电子工业中，氧化锌既是压敏电阻的主原料，也是磁性、光学等材料的主要添加剂。采用纳米氧化锌制备压敏电阻，不仅具有较低的烧结温度，而且压敏电阻性能得到提高，如通流能力、非线性系数等。纳米氧化锌在光学器件中的应用将随着纳米氧化锌光学性能的深入研究会取得比较大的突破。
2.2 氧化锌的常见的生产方法
火法是在高温下，将含锌物料直接还原，产出的锌蒸气再氧化得氧化锌；或以金属锌为原料经挥发氧化得氧化锌的过程。前者称为直接法，后者称为间接法。湿法是以ZnSO4或ZnCl2为原料，经去除杂质，加入Na2CO3溶液，生成
Zn2(OH)2CO3沉淀，，再经过漂洗、过滤、干燥，将所得干粉焙烧得ZnO。所制得的ZnO具有较大的比表面积，所以也有称其为活性ZnO。其反应式如下:
ZnSO4+Na2CO3=ZnCO3+Na2SO4
沉淀中可能含有一定量的Zn(OH)2，焙烧后释放出CO2和水蒸气，而得到Zn O。
3 直接法氧化锌[2]
3.1直接法氧化锌的生产原理
以锌精矿为原料，经高温氧化焙烧脱除铅、镉、硫等杂质后，配以还原煤并压制成团，再在炉内高温还原，挥发出的锌蒸气与炉气中的CO2和引入的空气直接氧化成氧化锌。中国湖南衡阳国泰颜料厂自1941年开始采用固定式韦氏炉直接生产氧化锌，其工艺流程如图1。韦氏炉为长方形炉，炉床面积10m2，日处理团矿15～20t，日产氧化锌(ZnO≥99.5％)4～7t。生产过程中锌的直接回收率为71％；冶炼回收率为88％；每吨氧化锌产品的还原煤单耗为1.6～2.1t，电
单耗为300～400kW•h。直接法产出的氧化锌通常呈针状或棒状结晶，颗粒较粗。产品质量除与所采用的工艺和锌精矿的质量有关外，还与还原煤的质量有关，因挥发出的锌蒸气直接受到还原煤燃烧产物的污染。
3.2 氧化锌的工艺流程
采用浮选硫化锌精矿，经沸腾炉焙烧得拱砂，经制团、还原、氧化、冷却收粉、烘粉、包装等工序，获得商品氧化锌(见图1 )
防喷器试压
3.3原料和半成品、成品技术要求
3.3.1锌精矿直接法氧化锌系采用锌焙烧矿还原氧化而制得。因此锌精矿质量的好坏，直接影响到产品的质量，其具体要求见表。
3.3.2对无烟煤的要求(见表2 )
3.3.3烘砂
锌精矿采用高温沸腾焙烧，其目的在于最大限度地脱除铅、镐、砷、硫、汞它杂质，获得优质烘砂，而焙烧烟尘净化后料酸。对烘砂的技术规程要求如表3。
3.3.4 团矿
团矿在锌氧妒经还原氧化后进入冷却收粉系统，得待处理氧化锌，或直接包装成
商品氧化锌，其质量指标GB34驰一83。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议