白色或微黄色微细球型粉末,比重5.5-6.5g/cm3,比表面积8 m2/g,粒度0.15-0.7μm,折光指数为1.95-2.05,在20℃时比热为0.0915卡/g℃,熔点1973℃,氧化锌在1000℃时有蒸发现象。
间接法,直接法含量99.7%,主要应用于医药,陶瓷,电镀等行业。
制备途径 自然界的红锌矿中存在氧化锌,但纯度不高。工业生产中使用的氧化锌通常以燃烧锌或焙烧闪锌矿的方式取得。全球氧化锌的年产量在1000万吨左右,有以下几种生产方法。
间接法间接法的原材料是经过冶炼得到的金属锌锭或锌渣。锌在石墨坩埚内于1000 °C的高温下转换为锌蒸汽,随后被鼓入的空气氧化生成氧化锌,并在冷却管后收集得氧化锌颗粒。间接法是于1844年由法国科学家勒克莱尔(LeClaire)推广的,因此又称为法国法。间接法生产氧化锌的工艺技术简单,成本受原料的影响较大。
间接法生产的氧化锌颗粒直径在0.1-10微米左右,纯度在99.5%-99.7%之间。按总产量计算,间接法是生产氧化锌最主要的方法。间接法生产的氧化锌可用于橡胶、压敏电阻、油漆等产业。锌锭或锌渣的重金属含量直接影响产物的重金属杂质含量,重金属含量低的产品,还可用于家畜饲料、药品、医疗保健等产业。
直接法直接法以各种含锌矿物或杂物为原料。氧化锌在与焦炭加热反应时,被还原成金属锌被蒸汽,同时再被空气中的氧气氧化为氧化锌,以除去大部分杂质。直接法获得的氧化锌颗粒粗,产品纯度在75%-95%之间,一般用于要求较低的橡胶、陶瓷行业。
湿化学法湿化学法大体可分为两类:酸法与氨法。二者分别使用酸或碱与原料反应,而后制备碳酸锌或氢氧化锌沉淀。经过过滤、洗涤、烘干和800°C的煅烧后,最终得到粒径在1~100纳米的高纯度轻质氧化锌。
酸法通常是将含锌原料与硫酸反应,得到含有重金属离子的非纯净的硫酸锌溶液。然后经过氧化除杂、还原除杂,以及多次沉淀,用色可赛思萃淋树脂除去大量的铁、锰、铜、铅、镉、砷等离子,得到纯净的硫酸锌溶液。将此溶液与纯碱中和,得到固体的碱式碳酸锌。用色可赛思萃淋树脂锌液除氟去氯。碱式碳酸锌经洗涤、烘干及煅烧,得到轻质氧化锌。酸法生产的产品质量较高。
氨法通常是用氨水及碳铵与含锌原料反应,得到锌氨络合物,然后除杂,得到合格的锌氨络合溶液,然后经过蒸氨,使锌氨络合物转换为碱式碳酸锌。最后经烘干、煅烧而得到轻质氧化锌。氨法的成本相对较低。
水热合成法水热合成法是指在密闭的反应器(高压釜)中,通过将反应体系水溶液加热至临界温度,从而产生高压环境并进行无机合成的一种生产方法。该方法获得的氧化锌晶粒半径小,且结晶完好。将水热法与模板技术相结合,则能获得不同形态、不同尺寸的纳米氧化锌粉体。该方法目前还仅停留在试验阶段,尚存在工艺设备复杂、成本较高的问题,但也被认为是一种很有产业化潜力的方法。
喷雾热分解法喷雾热解法是将金属盐溶液以雾状喷入高温气氛中,通过溶剂的蒸发及随后的金属盐热分解,直接获得纳米氧化物粉体;或者是将溶液喷入高温气氛中干燥,然后经热处理形成粉体的生产方法。该法制备的纳米粉体纯度高,分散性好,粒径分布均匀,化学活性好,并且工艺操作简单,易于控制,设备造价低廉,是最具产业化潜力的纳米级别氧化锌粉体的制备方法之一。
应用领域橡胶制造
工业生产的氧化锌有50%流向橡胶工业。氧化锌和硬脂酸作为橡胶硫化的重要反应物,是橡胶制造的原料之一。氧化锌和硬脂酸的混合加强了橡胶的硬化度。氧化锌也是汽车轮胎的重要添加剂。除了硫化作用,氧化锌能大大提高橡胶的热传导性能,从而有助于轮胎的散热,保证行车安全。氧化锌添加剂同时也阻止了霉菌生物或紫外线对橡胶的侵蚀。
氧化锌在硅橡胶中的作用,主要起到交联促进剂作用,同时有补强作用。在硅橡胶硫化初期氧化锌能加速硫化反应、在硫化后期延迟硫化反应,可提高其最低扭矩和最高扭矩。同时硫化胶的硬度也会增加,拉伸强度增大。氧化锌也可以提高耐温性能。碳酸锌和氧化锌的作用相比,大体相同,只不过做出来的制品外观上比较透明。
陶瓷工业
氧化锌又名锌白,是一种重要的陶瓷化工熔剂原料,在陶瓷业中氧化锌被广泛用于砖瓦釉及粗陶的半透明釉和工艺餐具的透明粗釉后熟釉。特别在建筑陶瓷墙地砖釉料与低温瓷釉料用量较多。
氧化锌在釉中的作用与用途:氧化锌在釉中有较强的助熔作用,能够降低釉的膨胀系数,提高产品的热稳定性,同时能增加釉面的光泽与白度,提高釉的弹性。在扩大熔融范围的同时能够增加釉色的光彩。不过在含有铬的黑釉中不宜使用。
概括地讲氧化锌主要用于以下几个方面。
一.用作熔剂:氧化锌在低温熔块釉中作为熔剂使用时,一般用量在5%~10%之间,在低温生料釉中用量普通为5%左右。
二.用作乳浊剂:在含有Al2O3较高的釉料中加入氧化锌,可提高釉面的乳浊性。因为氧化锌能与Al2O3生成锌尖晶石ZnO·Al2O3 晶体。在含锌乳浊釉中,Al2O3能够提高釉面的白度和乳浊度。SiO2则可以提高釉面的光泽。
三.用作结晶剂:在艺术釉结晶釉中,氧化锌是不可缺少的结晶剂,在熔釉急冷却时,就形成为较大的晶体花纹,非常漂亮。在结晶釉中、氧化锌的用量高达20~30%。
四.用以制作钴天蓝釉:氧化锌在钴天蓝釉中是非常重要的助熔剂,它能够使氧化钴在釉中形成美丽的天蓝色。
五.用作陶瓷颜料:由于具有较强的助熔作用,氧化锌可以作为陶瓷颜料的助熔剂,矿化剂及釉料载体。
氧化锌在使用中应该注意以下几点:
1.在使用前须经过高温煅烧,煅烧温度在1200℃左右。如果不煅烧直接加入生釉中,将会影响釉料的工艺性能。在加入熔块料中则无需煅烧。
2.氧化锌在釉料中用量过大将会影响釉面光泽。
3.氧化锌对某些色釉有不佳影响,尤其是铬釉。
玻璃工业
在玻璃工业中,氧化锌用在特种玻璃制品中。玻璃中加入氧化锌,用作助熔剂,可增加透明度、光亮度和抗张力变形,可减少热膨胀系数,在光学玻璃、电气玻璃及低熔点玻璃中得到了新的作用。
纳米氧化锌由于颗粒细、活性高,可以降低玻璃的烧结温度。
添加铝、镓和氮的氧化锌的透明度达90%,可用作玻璃涂料,让可见光通过的同时反射红外线。涂料可涂在窗户玻璃的内或外,以达到保温或隔热的效果。
磷化液
磷化液用氧化锌一般采用间接法生产ZnO99.7%,而氧化锌需要用0#锌锭生产。氧化锌最关键要性能稳定,溶解后清澈透明。在磷化液中主要是提供锌离子,是形成磷化膜的主成分。
氧化锌与磷酸反应,制得磷酸锌,可用于金属表面的防腐、防锈,即在金属表面形成锌-铁-磷酸盐涂层,作为防锈颜料。
磷化液的反应式:磷酸+氧化锌→磷酸二氢锌+水
硝酸+氧化锌→硝酸锌+水
在生产过程中必须有效控制生产制造中的磷酸二氢锌的浓度才能达到目的。
硅酸盐工业氧化锌是水泥的一种添加剂,能缩减水泥的硬化时间,并提高水泥的防水性能。在玻璃、陶瓷的制作中,氧化锌可用作助熔剂,降低玻璃和陶瓷的烧结温度。
添加铝、镓和氮的氧化锌的透明度达90%,可用作玻璃涂料,让可见光通过的同时反射红外线。涂料可涂在窗户玻璃的内或外,以达到保温或隔热的效果。
医药卫生氧化锌具有除臭、抗菌的功能,因而常被添加入棉织物、橡胶、食品包装等。在食品中添加的氧化锌不仅具有一定的防腐作用,更能作为锌源为人体补充必需的锌元素。
氧化锌可用于改良皮肤健康状况,如婴儿爽身粉、尿布疹药膏、锌膏、抗头屑洗发水和防腐药剂。混有约0.5%氧化铁的氧化锌被称为炉甘石,制造用于治疗急性瘙痒性皮肤病的炉甘石洗剂。一些运动绷带也掺入了氧化锌,防止运动员在运动中发生软组织损伤。
氧化锌吸收波长280-400nm的紫外线的能力格外强,因此常应用于各种防晒霜产品中,以防止晒伤和其他由紫外线引起的皮肤病。
以氧化锌为原料的丁香油氧化锌粘固粉可用作补牙材料或窝洞封闭材料,而氧化锌常作为丁香油氧化锌粘固粉的简称。
氧化锌是香烟过滤嘴的一种添加物,混合氧化锌和氧化铁的木炭过滤嘴能够除去烟雾中的大量氰化氢和硫化氢,而不会影响其香味。
着色材料 
锌白颜料
氧化锌在颜料中称为锌白,其透明度介于立德粉和二氧化钛之间。中国白是一种特殊的锌白,是画家绘画的一种颜料。锌白相对于传统的白铅,在阳光下能保持永久,它不会受含硫空气的污染,而且无毒、价廉。
含有氧化锌的油漆是传统的金属防腐涂料,对镀锌铁效果尤佳。相比有机涂料,氧化锌的着色力和遮盖力强,而且能够防霉菌、防紫外线辐射,具有更好的防腐效果。
电子领域氧化锌在常温下的能带隙很高,因此常用来制造激光二极管和发光二极管。而相对于能带隙同样很高的氮化镓,氧化锌具有更大的激子结合能(室温下约60meV),因而发光亮度更高。此外,氧化锌在高能射线和湿化学腐蚀下的稳定性也是其被广泛应用的重要原因。
掺有铝元素的氧化锌被用作透明电极,该复合材料的成本和毒性比传统的氧化铟锡要小得多。氧化锌已经在太阳能电池和液晶显示屏上得到应用。
氧化锌也可以用来制造透明薄膜晶体管(TTFT),由于其属于场效应管,元件并不需要PN结,从而避免了氧化锌难以制成P型半导体的问题。
化妆品领域
氧化锌具有奇特的“表面效应 ,在阳光(尤其是在紫外线)照射下,能自行分解出自由移动的带负电的电子,同时留下带正电的空穴。这种空穴可以激活空气中的氧变为活性氧,有极强的化学活性,能与多种有机化合物反应(包括细菌内的有机物),从而把大多数病菌和病毒杀死。
因为可见光的波长为400~700 nm,故纳米级的粉体材料对可见光是透明的,从而可把纳米氧化锌制成分散液,再配加到日用化妆品中,对皮肤能起到非常好的保护作用。