1.4 Добування за допомогою електролізу
Відомий електрохімічний метод отримання оксиду цинку. Винахід відноситься до технологічних процесів синтезу дрібнодисперсних препаратів і може бути використаний для отримання дрібнодисперсного оксиду цинку, зокрема високочистого, використовуючи цинк промислової чистоти.
Порошки оксиду цинку випускаються промисловістю багатьох країн і знаходять широке застосування в електроніці, медицині та фармації і повинні відповідати певним вимогам чистоти.
Цинк, який переважно добувають з поліметалевих руд, містить домішки ряду хімічних елементів, зокрема кадмій, миш’як, та свинець. Хімічна подібність кадмію до цинку утруднює процес очищення цинку від кадмію і крім того, він є високотоксичним, а тому його наявність у медичних та косметичних препаратах недопустима. Відповідно і препарати, отримані з цинку або його руд, будуть вміщувати в собі відповідні домішки, концентрація яких залежатиме від технології отримання цих препаратів та від ступеня їх очищення.
Між тим, металевий цинк легко очищується не тільки від вище перерахованих домішок, але й від міді, срібла, металів групи заліза та інших перегонкою у вакуумі. Але навіть за наявності високочистого цинку, для отримання високочистих сполук необхідні реагенти відповідної чистоти і складне обладнання. Це утруднює процес виробництва й робить дорогими кінцеві продукти.
Відомий електрохімічний спосіб отримання оксиду цинку, який включає в себе, як електроліз на постійному струмі, так і накладання на постійний струм змінного струму. В результаті електролізу був отриманий оксид цинку невідомої чистоти.
Найбільш близьким до запропонованого є спосіб в якому використовується цинк чистотою 98% в якості аноду і катоду. Отриманий в вищевказаній роботі оксид цинку містить домішки, про наявність яких засвідчує наведена в ній дифрактограма. Крім того, використання описаної в роботі технології призводить до росту на катоді цинкових дендритів, які осипаються з катоду і забруднюють оксид цинку, накопичуючись на дні електролізеру.
Запропонований спосіб отримання дисперсного порошку високо чистого оксиду цинку складається з трьох технологічних етапів. На першому етапі проводиться вакуумна дистиляція цинку в динамічному вакуумі порядку 10-4 мм.рт.ст. з наступним відбором конденсату і переплавкою його в електроди. Виготовлення електродів проводиться на повітрі, оскільки оксид цинку, який може при цьому утворитися, є кінцевим продуктом.
На другому етапі електроди поміщують в електролізер, який містить в якості електроліту розчин хлориду амонію. Концентрація електроліту може змінюватися в межах (1-25 г/л), а його температура повинна бути близькою до 100 0С (при нижчих температурах утворюється Zn(OH)2). Електролізер живиться постійними струмом від джерела напруги з періодичним реверсуванням напряму струму. Період реверсування залежить від величини струму, що протікає через електролізер (більшому значенню струму повинен відповідати менший період). У даному випадку дендрити, що утворюються на катоді, встигають розчинитися за час реверсування і не забруднюють кінцевий продукт.
На третьому етапі проводиться декантація осаду, трикратне промивання гарячою дистильованою водою (50-900С) та сушіння. Після цього отриманий продукт піддається температурному відпалу при температурі 300-500 0С. Така температура достатня для сублімації хлориду амонію та зневоднення продукту.
Приклади реалізації запропонованого процессу .
В якості електроліту використовується розчин NH4Cl із концентрацією 5 г/л. Площа цинкових електродів вибиралася по 30 см2, сила струму – 2А, період реверсування струму – 16 с.В результаті експерименту був отриманий порошок оксиду цинку з розмірами зернин в межах 10-4 – 10-5 см (рис. 1.10).
Рис. 1.10. СЕМ-зображення ZnO добутого за допомогою електролізу.