專(zhuān)利名稱(chēng)：一種制取氧化鋅晶須的方法
專(zhuān)利說(shuō)明一種制取氧化鋅晶須的方法 本發(fā)明涉及材料研究領(lǐng)域，特別涉及單晶材料制備領(lǐng)域。目前，四針狀氧化鋅晶須的制備主要有以下方法第一種方法是由日本松下公司報(bào)道的，其主要內(nèi)容是先將鋅粉在特制的溶液中處理，使其表面氧化，再將這種鋅粉在950℃左右氧化1小時(shí)，制備出氧化鋅晶須，產(chǎn)率達(dá)原料的40～75％，四針狀晶須達(dá)60％以上。第二種方法是中國(guó)專(zhuān)利ZL94111823.1公開(kāi)的制備方法，其特點(diǎn)是將金屬鋅粉與碳粉混合，利用碳消耗部分氧氣，在大氣環(huán)境下制備氧化鋅晶須。第三種方法是中國(guó)專(zhuān)利ZL94107349.1公開(kāi)的制備方法，其特點(diǎn)是將鋅粉放入一端開(kāi)口的管式爐中，利用在爐管內(nèi)形成溫度梯度的方法，制備氧化鋅晶須。第四種方法是中國(guó)專(zhuān)利ZL97107607.1公開(kāi)的制備方法，其特點(diǎn)是利用空氣受熱膨脹的原理，依照爐子的體積控制鋅粉的加入量，使鋅粉在相對(duì)缺氧的條件下氧化生成氧化鋅晶須，產(chǎn)率為原料的90％以上，晶須純度大于96％。
以上制備方法，各有特點(diǎn)，但都普遍存在晶須轉(zhuǎn)化率低及均勻性差的問(wèn)題，而且對(duì)原料鋅粉的純度(≥99.8％)和粒度(≤76μm)要求嚴(yán)格，T-ZnO晶須的制備成本較高。為了克服以上缺陷，特提出本發(fā)明。
本發(fā)明的目的由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)本發(fā)明采用粒度小于3mm的熱鍍鋅渣為原料，在爐溫升高至850-1000℃時(shí)，再將盛有原料的反應(yīng)器放入爐內(nèi)，同時(shí)通入氧氣和氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣氛，保溫時(shí)間15-25分鐘，即可制備外觀為白色疏松的四針狀氧化鋅晶須。
本發(fā)明所述的熱鍍鋅渣系指各種鋼材、鋼件熱鍍鋅后的底渣，含Zn≥90％，含F(xiàn)e≤10％。
反應(yīng)氣氛還可以是空氣—氮?dú)鈿夥眨騼H用空氣作氧化氣體。
所述反應(yīng)器的高度和底面的直徑之比為1～4，反應(yīng)器體積和原料裝入量之比為15-150ml/g鋅渣。
通過(guò)控制不同的氧氣流量，本發(fā)明所用原料和反應(yīng)器還可制備多針狀氧化鋅晶須。
鋅的平衡蒸氣壓和溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系從750℃起，平衡蒸氣壓隨溫度升高而急劇增大，在907℃時(shí)，平衡蒸氣壓達(dá)到101KPa。但在大氣壓下鋅蒸氣氧化反應(yīng)的平衡蒸氣壓不可能超過(guò)101KPa，因此，溫度應(yīng)控制在750-1050℃之間。
鋅的蒸氣壓除了與溫度有關(guān)外，還和反應(yīng)器的容積有關(guān)系。在有一定高度的反應(yīng)器中，降低氧的分壓，鋅的蒸發(fā)速度減小，鋅蒸氣可以上升到較高的位置才與氧發(fā)生反應(yīng)，若提高氧的分壓，鋅的蒸發(fā)速度將增大，氧化反應(yīng)發(fā)生在液態(tài)鋅的表面上，生成的氧化膜將阻礙鋅蒸氣的蒸發(fā)，使氧化反應(yīng)終止。
熱鍍鋅渣中的主要雜質(zhì)Fe和Pb的熔點(diǎn)分別是1536℃和327℃，在750-1050℃溫度下，鋅基本上可全部揮發(fā)，鐵、鉛等雜質(zhì)的絕大部分將富集在殘?jiān)?，雜質(zhì)元素只有極微量的揮發(fā)，不影響晶須的純度本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明直接采用工業(yè)固體廢物——熱鍍鋅渣為原料，對(duì)粒度和純度沒(méi)有特定要求，不僅大大拓寬了制備氧化鋅晶須的原料來(lái)源、顯著降低了生產(chǎn)成本，而且為熱鍍鋅渣提供一種簡(jiǎn)單易行、效益很高的回收利用方法；晶須的制備在常壓和較低的溫度下進(jìn)行，原料破碎后無(wú)需進(jìn)一步處理，無(wú)須添加其它輔料，鋅的直接回收率達(dá)90％以上，晶須純度大于98％，且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

圖1本發(fā)明制備的四針狀氧化鋅晶須的掃描電鏡(SEM)形貌；其中圖1-a四針狀氧化鋅晶須，圖1-b單個(gè)四針狀氧化鋅晶須。
圖2本發(fā)明制備的多針狀氧化鋅晶須的掃描電鏡(SEM)形貌。其中圖2-a多針狀氧化鋅晶須，圖2-b單個(gè)多針狀氧化鋅晶須。
圖3本發(fā)明制備的氧化鋅晶須的XRD圖譜。實(shí)施例1稱(chēng)取粒度小于3mm的碎熱鍍鋅渣5g，熱鍍鋅渣的化學(xué)成分如表一所示，置于高度和直徑之比為2.5，體積為80ml的坩鍋內(nèi)，再將坩鍋放入已預(yù)先加熱至850～1000℃的管狀電爐中，通入氧氣和氮?dú)?，流量控制是氧?0～30l.h-1；氮?dú)?20～260l.h-1；反應(yīng)15～25分鐘即得到白色疏松的的氧化鋅晶須，產(chǎn)量約4.5g，制備的氧化鋅晶須的雜質(zhì)含量如表二所示。
合成晶須的形貌如圖1所示，晶須為規(guī)整四針狀，從中心體向外伸出四個(gè)空間角度不同的針狀體，針體部分是平整光滑的細(xì)長(zhǎng)六方錐狀晶體，任意兩個(gè)針狀體之間的夾角大約109°，合成晶須的尺寸均勻，中心體邊長(zhǎng)5～6μm，針狀體長(zhǎng)100～130μm，是尺度較大的晶須。針狀體之間沒(méi)有出現(xiàn)二次生長(zhǎng)的片晶，也沒(méi)有顆粒狀的ZnO出現(xiàn)。
表一 熱鍍鋅渣的化學(xué)成分％樣品 Zn Fe Pb As Sb Cu Co Ni In1 93.74.22 0.57 0.0050 0.027 0.015 0.0031 0.0047 0.0912 94.33 4.91 0.038 0.0025 0.0031 0.012 0.013 0.051 /表二 本發(fā)明制備的氧化鋅晶須的雜質(zhì)含量×10-4％樣品 Fe Pb As Sb Cu Co Ni In1 44.5 560.4 7.7230.8 0.99.5 14.8 /2 32.9 302.2 8.6237.4 1.18.4 13.4 /實(shí)施例2稱(chēng)取粒度約為1cm的碎熱鍍鋅渣10g，置于高度和直徑之比為1.8，體積為0.9升的容器內(nèi)，其余同實(shí)施例1。產(chǎn)量約9.2g，晶須的形貌如圖1所示。
實(shí)施例3稱(chēng)取粒度小于3mm的碎熱鍍鋅渣5g，置于高度和直徑之比為2.5，體積為80ml的坩鍋內(nèi)，再將坩鍋放入已預(yù)先加熱至850-1000℃的管狀電爐中，通入氧氣和氮?dú)?，流量控制是氧?～10l.h-1；氮?dú)?20～260l.h-1；反應(yīng)15-25分鐘即得到白色疏松的的氧化鋅晶須，產(chǎn)量約4.5g。
合成晶須的形貌如圖2所示，晶須為多針狀體。
實(shí)施例4稱(chēng)取粒度約為1cm的碎熱鍍鋅渣10g，置于高度和直徑之比為1.8，體積為0.9升的容器內(nèi)，其余同實(shí)施例2。產(chǎn)量約9.2g，晶須的形貌如圖2所示。
權(quán)利要求
1一種氧化鋅晶須的制備方法，其特征在于直接以熱鍍鋅渣為原料，在爐溫升高至850-1000℃時(shí)，再將盛有原料的反應(yīng)器放入爐內(nèi)，同時(shí)通入氧氣和氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣氛，保溫時(shí)間15-25分鐘。
2根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述原料--熱鍍鋅渣系指各種鋼材、鋼件熱鍍鋅后的底渣，含Zn≥90％，含F(xiàn)e≤10％。
3根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述反應(yīng)氣氛還可以是空氣—氮?dú)鈿夥?，或僅用空氣作氧化氣體。
4根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述反應(yīng)器的高度和底面的直徑之比為1～4，反應(yīng)器體積和原料裝入量之比為15-150ml/g鋅渣。
5根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過(guò)控制不同的氧氣流量，還可制備多針狀氧化鋅晶須。
全文摘要
本發(fā)明涉及氧化鋅晶須的一種制備方法，屬于無(wú)機(jī)材料制備領(lǐng)域。該制備方法利用鋅蒸氣壓與溫度的關(guān)系，直接以熱鍍鋅渣為原料，將裝有鋅渣的反應(yīng)器置于特制的電爐內(nèi)，在一定的氣氛中反應(yīng)相應(yīng)的時(shí)間，即生成外觀為白色疏松的的氧化鋅晶須，本發(fā)明具有原料要求低、設(shè)備簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)率達(dá)90％以上，晶須ZnO含量大于98％，對(duì)鋅資源的直接深度加工和復(fù)合材料的制備具有重要的意義。本發(fā)明還可制備多針狀氧化鋅晶須。
文檔編號(hào)C01G9/00GK1566417SQ0312455
公開(kāi)日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2003年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月17日
發(fā)明者陳藝峰, 唐謨堂, 楊聲海, 唐朝波, 姚維義, 何靜 申請(qǐng)人:中南大學(xué)