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硫化锌化学式ZnS。Zn,S间化学键性质偏向共价键型。晶体有3种不同构型:低温型,即闪锌矿结构,自然界大量存在,无色立方晶体,Zn,S配位数均为4,相对密度为4.10,在1 020℃时转为高温型;高温型,即纤维锌矿结构,无色六方晶体,Zn,S配位数均为4,相对密度为3.98,熔点约为1700℃,是硫化锌高温稳定结构;高压型,即氯化钠结构,Zn,S配位数均为6,相对密度为5.21。
还有含水化合物ZnS·H2O,为白色粉末,相对密度为3.98,熔点为1049℃。硫化锌不溶于水和稀碱,也不溶于醋酸,但易溶于盐酸等低浓度强酸,放出硫化氢。在强酸性的锌盐溶液中,通入硫化氢气体,得不到硫化锌沉淀。在锌盐溶液中,通入硫化氢气体,可以得到硫化锌沉淀,但沉淀不完全。用硫化铵溶液作为沉淀剂,可使锌盐溶液中锌离子完全沉淀成硫化锌,因硫化铵溶液显碱性,可减少体系酸度。
工业上用上述方法制取,需在隔绝空气情况下操作。白色硫化锌见光变暗,在空气中易被氧化成硫酸锌。硫化锌本身或与氧化锌混合可用做白色油漆颜料。纯的硫化锌并不发光,若在硫化锌晶体中加入微量的锰、铜、银做活化剂,经光照射后,可发出不同颜色的萤光,被称做萤光粉,用于制作萤光屏、发光油漆。硫化锌还用于制革、搪瓷、橡胶、染料等工业。
硫化锌是一种重要的半导体材料,由于具有荧光、磷光和红外透明等特性而广泛应用于发光、传感、红外窗口材料、光催化等诸多领域。掺杂硫化锌是应用广泛的发光材料,如荧光粉(ZnS:Cu,Al),电致发光材料(ZnS:Mn),光致发光材料(ZnS:Cu,Er)等。硫化锌用作白色无机颜料、荧光颜料,可产生美丽的光辉,近紫外线反射率高,磨损性及吸油性低,流变性优良,对光热稳定,对容易起反应的有机颜料和聚合物,不会产生有害的催化作用。
可用于涂料、印刷油墨、塑料、热塑性及热固性树脂、树脂弹性体、合成纤维、纸张、润滑油、油漆、玻璃、橡胶等方面;在硫化锌中若含微量铜、银离子,能产生荧光颜色,这一性能可用于电视机、示波器和X射线器的元件、各种标志牌。荧光粉用的硫化锌大多采用溶液法制成,它的特点是产量大、成本低。用元素直接经气相合成的高纯硫化锌呈针状结晶,用来制备高性能的镀膜材料和单晶原料。
用高压单晶炉和化学气相输运法(CVD)可以生长硫化锌单晶。用热压成型法和CVD法可以制备光学材料用硫化锌片,广泛地用在激光器的窗口材料中。近年来,制备硫化锌薄膜材料大多采用金属有机化学气相沉积法,因生长温度低,生成的薄膜完整性好,缺陷少,易于制备异质结光电子器件。
方法1:在锌盐溶液中加入硫化铵、可制得硫化锌的白色沉淀,再经重结晶精制。
方法2:在硫酸锌溶液中加入乙酸铵,在pH= 2~3时通入硫化氢,产生沉淀,将沉淀在隔绝空气下过滤及干燥,可得到良好的白色结晶硫化锌。
方法3:一种闭路循环制备精细硫化锌的方法,其包括以下步骤:
步骤1、将ZnO固体粉末与H2SO4溶液混合加入第一反应釜中,其中ZnO固体粉末与H2SO4溶液质量比为1:1.5~2.5,H2SO4质量百分比浓度为20~25%,在65~75℃温度条件下反应25~35min后,调节反应后溶液PH值为5.0~5.5,得到掺杂的ZnSO4溶液;然后,对掺杂的ZnSO4溶液进行除杂处理,除去ZnSO4溶液中的杂质镍、钼、铬、铜、铅和铁,得到杂质含量小于0.02%的纯净的ZnSO4 溶液;
步骤2、将步骤1中得到的纯净的ZnSO4溶液与Na2S溶液加入第二反应釜中,其中ZnSO4溶液与Na2S溶液质量比为2~2.5:1,Na2S质量百分比浓度为20~25%,反应产物采用压滤机进行第一次压滤分离,得到滤饼水分不大于30%、且Na2SO4含量不大于5%的固体粗硫化锌;
步骤3、在洗涤槽中用清水清洗粗硫化锌,清洗后的溶液比重控制在0~0.2 之间,其中Na2SO4含量小于0.15%;
步骤4、洗涤槽中的混合液采用压滤机进行第二次压滤分离,提取的固体硫化锌在温度100~110℃条件下干燥,745~755℃高温下培烧30~50min,再用气流粉碎机进行高度粉碎,得到粒度为1000~1500目的精细硫化锌产品;
步骤5、洗涤槽中的混合液采用压滤机进行第二次压滤分离后,渗析出来的液体,即含有质量百分含量0.7~1.7%硫酸钠和质量百分含量0.75~0.85%硫化锌的废水送入第一反应釜中,与ZnO固体粉末与H2SO4溶液混合,实现闭路循环。
[1] 中国中学教学百科全书·化学卷
[2] 实用精细化工辞典
[3] 中国冶金百科全书·金属材料
[4] 陆巧芳;李中义;游贤德;魏宇生.一种闭路循环制备精细硫化锌的方法.CN201310167170.4,申请日20130508