一种含锌废料制备导电氧化锌的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种含锌废料制备导电氧化锌的方法，属于无机功能材料领域。
【背景技术】
[0002]许多化工或材料生产中均会产生相应的副产物。这些副产物由于处理相对麻烦，产品附加值较低而成为企业的负担。雕白块生产中就会产生大量的氢氧化锌废料，这些含锌废料一般是做为一些含锌化合物的原料，如用于各种用途的氧化锌粉体制备，附加值不闻。
[0003]导电氧化锌做为一种功能性材料，广泛应用于各种复合材料，既可以改善聚合物基或其它基复合材料的耐磨性、强度或其它性能，又可以作为抗静电剂，能高效赋予材料导电性且长期使用不会下降，在装饰和美观方面又具有优越性；作为一种η型半导体微晶材料，具有优异的电波吸收性能，可用作微波发热体(有良好耐热性，可反复使用)，电波吸收体，也被用于电子照相装置和声学方面。氧化锌导电粉对生产、生活以及国防、军事都具有很大的应用价值。因此，若能将工业生产中所产生的含锌废料直接做成导电氧化锌材料，既提高了产品的附加值，又充分利用了锌资源。
[0004]为了使氧化锌具有良好的导电性，常选用IIIA和IV A中的铝、镓、铟、锗、锡、锑等元素对其进行掺杂，使氧化锌晶体产生缺陷，晶体中原来的Zn2+位置形成新的正电中心，增加载流子量，降低氧化锌晶体的电阻率，大大提高其导电性。
[0005]现有导电氧化锌粉体的制备方法有高温固相法、共沉淀法。一般的高温固相法除了掺杂元素之外，需要氢控制还原性气氛，否则难以形成所需结构的导电材料，导电性不良或不具有导电性。共沉淀法是将锌源用酸溶解、除杂净化，再加入掺杂元素，选用合适的沉淀剂进行共沉淀，经过滤洗涤、干燥获得碱式碳酸锌前驱体，再将前驱体焙烧，冷却后粉碎过筛，获得导电氧化锌粉体。这类方法尽管掺杂元素分布均匀，相对易于在后道焙烧工序中进入晶格，是采用最多的方法。但是，所需方法设备多，场地大，投资高，操作繁琐，周期长，废水需处理,生产成本相对较高。
【发明内容】
[0006]本发明的主要目的就是为了克服导电氧化锌工艺操作繁琐，周期长，有废水排放，或导电性较差的问题，同时充分利用工业生产中的含锌废料，提高产品的附加值。
[0007]本发明的目的是这样实现的，以工业生产中副产的含锌废料为锌源，除常规掺杂元素之外，按一定比例加入助剂，充分混匀，无需采用氢气控制还原性气氛，采用高温固相合成法，制备得到导电氧化锌。
[0008]含锌废料为工艺生产的下脚料氧化锌、氢氧化锌、碱式碳酸锌、碳酸锌；掺杂元素为铝、镓、铟、锗、锡、锑，本发明选择氧化铝、氯化铝、硝酸铝、硫酸铝、冰晶石、氟铝酸钾、偏铝酸钠、氟化铝以及它们的组合为铝源，较佳的为氧化铝、硫酸铝；助剂为本发明的核心，否则将无法形成导电材料；所用助剂为硼酸、硼砂、碳粉、活性炭、石墨、钥酸铵、钥酸钠以及它们的组合，较佳的是采用硼砂、或硼酸。
[0009]先将含锌废料在500?800°C焙烧为氧化锌中间体，再将其与铝源以及其它助剂混合，较佳的是直接采用氢氧化锌废料、碱式碳酸锌废料、碳酸锌废料。
[0010]含锌废料(折算为氧化锌)与铝源(折算为氧化铝)的物质的量之比为/?(氧化锌):/?(氧化铝)=I: 0.00323?0.0241 ;含锌废料(折算为氧化锌)与硼酸的物质的量之比为/?(氧化锌):/?(硼酸)=I: 0.016Γ 0.0483。
[0011]高温焙烧的温度为900?1400°C。
[0012]与现有技术相比，本发明的优点在于:生产工艺简单，无三废排放，成本较低，导电性良好，又实现了含锌废料资源利用的最大化。
【具体实施方式】
[0013]实施例1:
按含锌废料(折算为氧化锌)与氧化铝、硼酸物质的量之比为1: 0.0161: 0.0258准确称取各原料；充分混匀，装料并手工压实；1300°C焙烧3h，随炉降温；测试试块表面、底部、截面电阻，所得产品氧化锌材料表面平均电阻值50kQ，导电性较好。
[0014]实施例2:
按含锌废料(折算为氧化锌)与氧化铝、硼酸物质的量之比为1: 0.0119: 0.0258准确称取各原料；充分混匀，压制成块并装料；1300°C焙烧3h，随炉降温；测试试块表面、底部、截面电阻，所得产品氧化锌材料表面平均电阻值2kQ，导电性较好。
[0015]实施例3:
按含锌废料(折算为氧化锌)与氧化铝、硼酸物质的量之比为1: 0.0126: 0.0387准确称取各原料；充分混匀，装料并手工压实；1300°C焙烧3h，随炉降温；测试试块表面、底部、截面电阻，所得产品氧化锌材料表面平均电阻值300Ω，导电性良好。
[0016]实施例4:
按含锌废料(折算为氧化锌)与氧化铝、硼酸物质的量之比为1: 0.0232: 0.0526准确称取各原料；充分混匀，装料并手工压实；1300°C焙烧3h，随炉降温；测试试块表面、底部、截面电阻，所得产品氧化锌材料表面平均电阻值300 Ω，导电性良好。
【主权项】
1.一种含锌废料制备导电氧化锌的方法，其特征是:以工业生产中副产的含锌废料为锌源，除常规掺杂元素之外，按一定比例加入助剂，充分混匀，无需采用氢气控制还原性气氛，采用高温固相合成法，制备得到导电氧化锌。
2.权利要求1所述的方法，含锌废料为氧化锌、氢氧化锌、碱式碳酸锌、碳酸锌，例如雕白块生产中的含锌废料-氢氧化锌，存放后部分被碳化为碱式碳酸锌；掺杂元素为招、镓、铟、锗、锡、锑，本发明选择氧化铝、氯化铝、硝酸铝、硫酸铝、冰晶石、氟铝酸钾、偏铝酸钠、氟化铝以及它们的组合为铝源，较佳的为氧化铝、硫酸铝。
3.权利要求1所述的方法，其特征是，助剂为硼酸、硼砂、碳粉、活性炭、石墨、钥酸铵、钥酸钠以及它们的组合，较佳的是采用硼砂、或硼酸。
4.权利要求1、2所述的方法，先将含锌废料在500?800°C焙烧为氧化锌中间体，再将其与铝源以及其它助剂混合，较佳的是直接采用氢氧化锌废料、碱式碳酸锌废料、碳酸锌废料。
5.权利要求1所述的方法，含锌废料(折算为氧化锌)与铝源(折算为氧化铝)的物质的量之比为/7 (氧化锌):/?(氧化铝)=I: 0.00323?0.0241 ;含锌废料(折算为氧化锌)与硼酸的物质的量之比为/?(氧化锌):/?(硼酸)=I: 0.016Γ 0.0483。
6.权利要求1所述的方法，焙烧温度为900?1400°C。
【专利摘要】本发明公开一种含锌废料制备导电氧化锌的方法。以工业生产中副产的含锌废料为锌源，除常规掺杂元素之外，按一定比例加入助剂，充分混匀，无需采用氢气控制还原性气氛，采用高温固相合成法，制备得到导电氧化锌。
【IPC分类】C01G9-03
【公开号】CN104743603
【申请号】CN201310725957
【发明人】商少明, 韩非, 蔡阳
【申请人】江南大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2013年12月25日