一種含鋅廢料制備導電氧化鋅的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種含鋅廢料制備導電氧化鋅的方法，屬于無機功能材料領域。
【背景技術】
[0002]許多化工或材料生產中均會產生相應的副產物。這些副產物由于處理相對麻煩，產品附加值較低而成為企業的負擔。雕白塊生產中就會產生大量的氫氧化鋅廢料，這些含鋅廢料一般是做為一些含鋅化合物的原料，如用于各種用途的氧化鋅粉體制備，附加值不聞。
[0003]導電氧化鋅做為一種功能性材料，廣泛應用于各種復合材料，既可以改善聚合物基或其它基復合材料的耐磨性、強度或其它性能，又可以作為抗靜電劑，能高效賦予材料導電性且長期使用不會下降，在裝飾和美觀方面又具有優越性；作為一種η型半導體微晶材料，具有優異的電波吸收性能，可用作微波發熱體(有良好耐熱性，可反復使用)，電波吸收體，也被用于電子照相裝置和聲學方面。氧化鋅導電粉對生產、生活以及國防、軍事都具有很大的應用價值。因此，若能將工業生產中所產生的含鋅廢料直接做成導電氧化鋅材料，既提高了產品的附加值，又充分利用了鋅資源。
[0004]為了使氧化鋅具有良好的導電性，常選用IIIA和IV A中的鋁、鎵、銦、鍺、錫、銻等元素對其進行摻雜，使氧化鋅晶體產生缺陷，晶體中原來的Zn2+位置形成新的正電中心，增加載流子量，降低氧化鋅晶體的電阻率，大大提高其導電性。
[0005]現有導電氧化鋅粉體的制備方法有高溫固相法、共沉淀法。一般的高溫固相法除了摻雜元素之外，需要氫控制還原性氣氛，否則難以形成所需結構的導電材料，導電性不良或不具有導電性。共沉淀法是將鋅源用酸溶解、除雜凈化，再加入摻雜元素，選用合適的沉淀劑進行共沉淀，經過濾洗滌、干燥獲得堿式碳酸鋅前驅體，再將前驅體焙燒，冷卻后粉碎過篩，獲得導電氧化鋅粉體。這類方法盡管摻雜元素分布均勻，相對易于在后道焙燒工序中進入晶格，是采用最多的方法。但是，所需方法設備多，場地大，投資高，操作繁瑣，周期長，廢水需處理,生產成本相對較高。
【發明內容】
[0006]本發明的主要目的就是為了克服導電氧化鋅工藝操作繁瑣，周期長，有廢水排放，或導電性較差的問題，同時充分利用工業生產中的含鋅廢料，提高產品的附加值。
[0007]本發明的目的是這樣實現的，以工業生產中副產的含鋅廢料為鋅源，除常規摻雜元素之外，按一定比例加入助劑，充分混勻，無需采用氫氣控制還原性氣氛，采用高溫固相合成法，制備得到導電氧化鋅。
[0008]含鋅廢料為工藝生產的下腳料氧化鋅、氫氧化鋅、堿式碳酸鋅、碳酸鋅；摻雜元素為鋁、鎵、銦、鍺、錫、銻，本發明選擇氧化鋁、氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁、冰晶石、氟鋁酸鉀、偏鋁酸鈉、氟化鋁以及它們的組合為鋁源，較佳的為氧化鋁、硫酸鋁；助劑為本發明的核心，否則將無法形成導電材料；所用助劑為硼酸、硼砂、碳粉、活性炭、石墨、鑰酸銨、鑰酸鈉以及它們的組合，較佳的是采用硼砂、或硼酸。
[0009]先將含鋅廢料在500?800°C焙燒為氧化鋅中間體，再將其與鋁源以及其它助劑混合，較佳的是直接采用氫氧化鋅廢料、堿式碳酸鋅廢料、碳酸鋅廢料。
[0010]含鋅廢料(折算為氧化鋅)與鋁源(折算為氧化鋁)的物質的量之比為/?(氧化鋅):/?(氧化鋁)=I: 0.00323?0.0241 ;含鋅廢料(折算為氧化鋅)與硼酸的物質的量之比為/?(氧化鋅):/?(硼酸)=I: 0.016Γ 0.0483。
[0011]高溫焙燒的溫度為900?1400°C。
[0012]與現有技術相比，本發明的優點在于:生產工藝簡單，無三廢排放，成本較低，導電性良好，又實現了含鋅廢料資源利用的最大化。
【具體實施方式】
[0013]實施例1:
按含鋅廢料(折算為氧化鋅)與氧化鋁、硼酸物質的量之比為1: 0.0161: 0.0258準確稱取各原料；充分混勻，裝料并手工壓實；1300°C焙燒3h，隨爐降溫；測試試塊表面、底部、截面電阻，所得產品氧化鋅材料表面平均電阻值50kQ，導電性較好。
[0014]實施例2:
按含鋅廢料(折算為氧化鋅)與氧化鋁、硼酸物質的量之比為1: 0.0119: 0.0258準確稱取各原料；充分混勻，壓制成塊并裝料；1300°C焙燒3h，隨爐降溫；測試試塊表面、底部、截面電阻，所得產品氧化鋅材料表面平均電阻值2kQ，導電性較好。
[0015]實施例3:
按含鋅廢料(折算為氧化鋅)與氧化鋁、硼酸物質的量之比為1: 0.0126: 0.0387準確稱取各原料；充分混勻，裝料并手工壓實；1300°C焙燒3h，隨爐降溫；測試試塊表面、底部、截面電阻，所得產品氧化鋅材料表面平均電阻值300Ω，導電性良好。
[0016]實施例4:
按含鋅廢料(折算為氧化鋅)與氧化鋁、硼酸物質的量之比為1: 0.0232: 0.0526準確稱取各原料；充分混勻，裝料并手工壓實；1300°C焙燒3h，隨爐降溫；測試試塊表面、底部、截面電阻，所得產品氧化鋅材料表面平均電阻值300 Ω，導電性良好。
【主權項】
1.一種含鋅廢料制備導電氧化鋅的方法，其特征是:以工業生產中副產的含鋅廢料為鋅源，除常規摻雜元素之外，按一定比例加入助劑，充分混勻，無需采用氫氣控制還原性氣氛，采用高溫固相合成法，制備得到導電氧化鋅。
2.權利要求1所述的方法，含鋅廢料為氧化鋅、氫氧化鋅、堿式碳酸鋅、碳酸鋅，例如雕白塊生產中的含鋅廢料-氫氧化鋅，存放后部分被碳化為堿式碳酸鋅；摻雜元素為招、鎵、銦、鍺、錫、銻，本發明選擇氧化鋁、氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁、冰晶石、氟鋁酸鉀、偏鋁酸鈉、氟化鋁以及它們的組合為鋁源，較佳的為氧化鋁、硫酸鋁。
3.權利要求1所述的方法，其特征是，助劑為硼酸、硼砂、碳粉、活性炭、石墨、鑰酸銨、鑰酸鈉以及它們的組合，較佳的是采用硼砂、或硼酸。
4.權利要求1、2所述的方法，先將含鋅廢料在500?800°C焙燒為氧化鋅中間體，再將其與鋁源以及其它助劑混合，較佳的是直接采用氫氧化鋅廢料、堿式碳酸鋅廢料、碳酸鋅廢料。
5.權利要求1所述的方法，含鋅廢料(折算為氧化鋅)與鋁源(折算為氧化鋁)的物質的量之比為/7 (氧化鋅):/?(氧化鋁)=I: 0.00323?0.0241 ;含鋅廢料(折算為氧化鋅)與硼酸的物質的量之比為/?(氧化鋅):/?(硼酸)=I: 0.016Γ 0.0483。
6.權利要求1所述的方法，焙燒溫度為900?1400°C。
【專利摘要】本發明公開一種含鋅廢料制備導電氧化鋅的方法。以工業生產中副產的含鋅廢料為鋅源，除常規摻雜元素之外，按一定比例加入助劑，充分混勻，無需采用氫氣控制還原性氣氛，采用高溫固相合成法，制備得到導電氧化鋅。
【IPC分類】C01G9-03
【公開號】CN104743603
【申請號】CN201310725957
【發明人】商少明, 韓非, 蔡陽
【申請人】江南大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2013年12月25日