Способ получения сульфида цинка Советский патент 1993 года по МПК C01G9/08 

Изобретение относится к способам получения сульфида цинка, который может быть использован для изготовления люминесци- рующих устройств, поликристаллических материалов, оптической керамики.

Цель изобретения - интенсификации процесса осаждения и получение осадка с регулируемым размером частиц сульфида цинка в диапазоне 1,5 - 2,75 мкм.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем осаждение сульфида цинка из кислого раствора сульфата цинка газообразным сероводородом при интенсивном перемешивании, при числе Рейкольдсз 40000 - 100000, согласно изобретению, осаждение ведут из эмульсии обратного типа., содержащей 40 - 45% дисперсной фазы, стабилизированной 4,8 - 6,3% поверхностно-активного вещества.

Предлагаемый способ обеспечивает получение сульфида цинка в виде однородных монодисперсных осадков с регулируемым размером частиц 1,5 - 2,75 мкм, который может быть использован для изготовления поликристаллических материалов, оптической керамики, прозрачной в ИК-об- ласти спектра.

Процесс интенсификации благодаря уменьшению потерь полученного продукта за счет ведения сероводородного осаждения в определенном замкнутом объеме, тем самым исключая недостаточность сероводорода в реакционном объеме, что в свою очередь уменьшает неравномерность реакции осаждения, Получение сульфида цинка узкого мснодиспарсного состава способствует повышению выхода продукта с единицы заданного объема.

Использование -гон центрирован ной эмульсии обратного типа с. содержанием 40 - 45% дисперсной фазы для ведения сероводородного осаждения позволяет получить сульфид цинка в виде кристаллов или поликристаллов за счет возможности управления процессом образования и роста кристаллов начиная со стадии осаждения, так как появляется возможность управления количеством образовавшихся зародышей и , процесс в капле идет главным образом в направлении роста уже образовавшихся кристаллов и тем самым обеспечивает стабильность продукта по дисперсности.

Проведение процесса с концентрированной эмульсией обратного типа с содержанием 30% дисперсной фазы для ведения сероводородного осаждения не позволяет получить ZnS заданного дисперсного состава, получая более мелкие частицы, мы непрерывно увеличиваем ею суммарную поверхность, сохраняя неизменным суммарный объем и массу. В случае увеличения содержания дисперсности увеличивается и удельная поверхность,- приходящаяся на единицу массы, что также не позволяет получить ZnS заданного дисперсного состава, В заявляемом интервале содержания дисперсной фазы из концентрированной эмульсии при сероводородном осаждении . получают монодисперсвую суспензию, в которой зсз образовавшиеся частицы сульфида цинка движутся с одинаковой скоростью и между оседающей суспензией и чистом средой возникает четкая граница,

При выборе условий осаждения учитывалось их влияние как ка рост микрокристаллов, образующих ядра первичных частиц, так и на процесс коагуляции с образованием более крупных агрегатов. С этих позиций можно объяснить весьмй резкое влияние состава среды на дисперсность и химический состав осадка.

Агрегативная неустойчивость концентрированных эмульсий проявляется в самопроизвольном слиянии отдельных капелек дисперсной фазы, в результате чего происходит расслаивание эмульсии на дза несмешивающихся слоя. Такие системы не могут быть устойчивы без стабилизации. Для обеспечения агрегативной устойчивости концентрированной эмульсии обратного типа необходима стабилизация, связанная с образованием адсорбционно-сольватного или адгезионного слоя на межфазной границе. Добавляя поверхностно-активные вещества, увеличивают продолжительность существования эмульсии (до расслоения), а также времени жизни отдельной капли. 8 качестве ПАВ используют 4,8 - 6,3 мзс.%

олеат} цинка ипи пальмитата цинка, так как они обладают высокой эмульгирующей способностью за счет длины цепи (с 15 и 18 атомами углерода). При этом не происходит загрязнение образующегося вещества за счет введения в водный раствор одноименного иона. Пальнитат цинка или олеат цинка здсобируется на межфазной границе и образует вследствие сильной боковой когезии

неполярный цепей структуировзнные ориентированные слои. -Эти слои обращены ионогенными группами к воде, а неполярными цепями к маслу.

Принятое содержание (концентрация) эмульгатора обеспечивает необходимую продолжительность существования эмульсии и время жизни одной капли, стабилизи- руя определенное количество дисперсной Фазы, тем самым обеспечивая получение ча- стиц сульфида цинка заданного гранулометрического состава.

При меньшем содержании эмульгатора а результате потери устойчивости возникают коагуляты, представляющие собой осад- к и различной структуры (плотные, творожистые, хлопьевидные).

Введение большего содержания эмульгатора нецелесообразно, так как избыток

ПАВ приводит к образованию капли размером мзньше микрона га диаметре, а также мз- за химических свойств выбранного ПАВ (возможности химического взаимодействия).

Одна из заключительных технологичеслшх операций в производстве сульфида

цинка - промывка его от образующихся в

процессе осаждения остатков серной кис.поты м остатков сульфида цинка. Основным

показателем степени промывки служит, остаточиое содержание сульфат-ионов. Удаление маточного раствора из сульфида цинка путем промывки сопровождается внесением в полученный продукт нежелательных примесей, в частности железа, для

ослабления этого эффекта нами исполь- завали противоточная многоступенчатая репульпационная отмывка с комбинированной схемой движения контактирующих фаз и отмывочной жидкости в сочетании с промежуточным прямотоком из стадии репульпацим каждой ступени, В промытой пасте сульфат-ионы содержатся в основном внутри частиц в количестве 1,2%, в отличие от сульфида цинка, полученного по прототипу, 5 с содержанием сульфат-ионов 1,8-2,0%.

Дальнейшая обработка суспензии сульфида цинка этиловым спиртом при массовом соотношении сульфида цинка к этиловому спирту 1 : 2,5 и температуре 35 - 40°С позволяет перевести сульфаты в сложные эфиры и тем самым снизить содержание их до 0,9 - 1,0% за счет вытеснения сульфат-иона изнутри пор.

Полученный авторами сульфид цинка по предлагаемому способу промывается быстрее, имеет повышенное содержание основного вещества до 87,5 - 93,1, узкого монодисперсного состава, пригоден для получения оптической керамики.

Для лучшего понимания предлагаемого изобретения приведены примеры конкретного выполнения.

П р i: м е р 1 (прототип). В реактор с герметическим, приводом типа Р-А5-24 емкостъю 0,074 м залипают 0,065 м 10%-ного раствора сернокислого, цинка, имеющего кислотность по свободной серной кислоте 4,4 г/л. Раствор подвергают интенсивному перемешиванию со скоростью 1400 об/мин, при числе Рейнольдса 40000 и пропускают через него равномерно газообразный сероводород, содержащий 5% инертных примесей. Последующий процесс осаждения сульфида цинка ведут при рабо- чем давлении 0,7 атм, температуре 50°С, концентрации HaS 85% в течение 20 мин при непрерывном выводе из рабочего объема инертных газов с помощью внешнего циркуляционного контура,.включающего го- ризонтэлькый сепаратор и переточные трубы.

В результате такого процесса осаждения получают однородный мелкодисперсный порошок с размером частиц 3-6 мкм, выход порядка 80 - 90% от теоретически рассчитанного.

Пример 2. К I л 20%-ного раствора сернокислого цинка добавляют 4,73 г (4,8%) олеата цинка при перемешивании. Полученный раствор постепенно вводят в емкость, содержащую 1,5 л толуола, не прекращая перемешивания. Полученную эмульсию заливают в аппарат с мешалкой и пропускают газообразный сероводород при перемешивании со скоростью 1050 об/мин.при числе Рейнольдса 80000. Последующий процесс осаждения сульфида цинка ведут при рабочем давлении 0,7 атм, при температуре 20°С, концентрации l-teS 85%-ной в течение 20 мин.

В результате такого процесса осаждения получается осадок сульфида цинка узкого монодисперсного состава с размером частиц 1,5 - 2,75 мкм.

Пример 3. К 1л 20%-ного раствора сернокислого Цинка добавляют 5,51 (5,6%) олеата цинка при перемешивании. Полученный раствор постепенно гшодяг в емкость, содержащую 1,5 толуола, не прекращая перемешивания. Полученную концентрированную эмульсию зэлквают в аппарат с мешалкой п пропускают газообразный сероводород при леремешмпзнми со скоростью 1050 об/мин при числе Реймольдса 80000. Последующий процесс осаждения сульфида цинка ведут при рабочем давлении 0,7 атм, при температуре 20°С, концентрации H.S 85%-нпй в течение 20 мин.

В результате такого процесса осаждения получается осадок сульфг-тда цинка узкого монодисперсного состала с размером частиц 1,5 - 2,75 мкм. Выход продукта 90 - 91,3% от теоретического рассчитанного.

В табл.1 приведены данные по дисперсности сульфида цинка в зависимости от режима ведения процесса, при стабилизации эмульсии олеатом цинка.

В табл.2 приведены данные по дисперсности сульфида цинка в зависимости от режима ведения процесса осаждения при стабилизации эмульсии пальмитатом цинка.

Предлагаемый способ получения сульфида цинка, позволяющий получить продукт узкого монодисперсного состава, опробован на лабораторной установке. Наработанные экспериментальные партии переданы для изготовления промышленных образцов оптической керамики.Сульфид цинка, полученный по заявляемой технологии, пригоден для изготовления оптической керамики с высокой прозрачностью в ПК-области спектра.

Формула изобретения

1. Способ получения сульфида цинка, включающий осаждение его из кислого раствора сульфата цинка, газообразным сероводородом при перемешивании при числе Рейнольдса 40000 - 100000, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода продукта с размером частиц 1,5 - 2,75 мкм и обеспечения возможности использования его для получения оптической керамики, раствор сульфата цинка используют в виде эмульсии обратного типа с дисперсной средой из растворителя ряда бензола, содержащей 40 -45 мае.% диспер- сной фазы, стабилизированной поверхностно-активным веществом в количестве 4,8 - 6,3 мас.%.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, в качестве поверхностно-активного вещества используют олезт или пэльмитат цинка.

Таблица 1

Изобретение относится к способам получения сульфида цинка, используемого в производстве оптической керамики, полмкристаллических материалов, для изготовления люминесцирующих устройств. Сущность способа заключается в том. что сульфид цинка осаждают из раствора сульфата цинка газообразным сероводородом, причем, исходный раствор используют в виде эмульсии обратного типа с дисперсной средой из растворителя ряда бензола, содержащей 40 - 45 мае. % дисперсной фазы, стабилизированной поверхностно-активным веществом в количестве 4,8 - 6,3 мае. %. При этом в качестве ПАВ берут олеат или пальмитат цинка. В результате получают осадок ZnS узкого монодисперсного состава с размером частиц 1,5 - 2,75 мкм. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Сравнительные данные о размере частиц и процентном содержании сульфида цинка в зависимости от условий ведения процесса

Сравнительные данные о размере частиц и процентном содержании сульфида цинка в зависимости от условий ведения процесса

Т а б л и ц а 2