硫化锌的制备

背景及概述^[1][2]

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。

应用^[2][3] 

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。 

制备^[2][4]

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％硫化锌的废水送入反应釜中，与ZnO固体粉末与H₂SO₄溶液混合，实现闭路循 环。

主要参考资料

[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