[发明专利]一种FeS的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种FeS的制备方法，采用FeSO₄·7H₂O与C混合在密封的容器中经高温固相合成得到硫化亚铁产物，属于新材料制备技术领域。

背景技术

硫化亚铁具有与二硫化钼或石墨相似的磷片状结构，硬度低，熔点高达1100℃。它是反铁磁性半导体材料，本身易于沿底面滑移进行塑性变形，其塑性变形能力良好，具有良好的润滑性能，因而被广泛应用于工业上，常作固体润滑剂、电极以及处理含Cr(VI)的废水等。另外，硫化亚铁常作为电极材料用于二次熔盐锂电池中。随着社会的发展，FeS也将会受到越来越多重视与应用。

目前，FeS常用的制备方法主要有：高温固相合成方法和沉淀法。高温固相合成方法是采用光谱纯的Fe和S为原料，将Fe车削成铁屑，采用氢气高温还原装置将铁屑进行还原处理。按化学计量称取Fe和S，封装于充有高纯氩气的石英管中，置于立式高温炉内。反应温度为400～1200℃。冷却后，将样品研磨成粉末，装入石英管后，充入高纯氩气后封装。由于Fe粉与硫反应是一个强烈放热的反应，反应过程中容易生成过硫化物或者反应中出现局部过热“烧结”，从而阻止反应的进一步进行，导致所得产物为非化学计量比的FeS。另一种方法沉淀法是采用硫酸亚铁等二价铁盐与硫离子在水溶液中生成硫化亚铁沉淀，但是由于潮湿的硫化亚铁在空气中非常容易氧化生成四氧化三铁和硫，因此此方法在沉淀过滤、干燥过程中须隔绝空气，过程不好控制且要求较高。

除了上面介绍的合成FeS材料的几种方法外，文献中还报道了一些其它特殊的制备方法，如微乳液法、均相沉淀法、辉光放电法等方法，这些方法虽然FeS产物纯度较高，但原材料、加工设备比较昂贵，且产能低，这里就不再述及。

发明内容

为了获得较优的制备FeS材料的途径，针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种方法简单，过程容易控制，成本低廉的FeS材料制备方法。采用FeSO₄·7H₂O和C混合加热，在高温下SO₄^2-中的S被C还原成S^2-，生成FeS材料。

本发明目的是通过下列方法实现的：

(1)将七水合硫酸亚铁与C粉按质量比为5：0.7～1的比例混合均匀；

(2)将混合物置于密闭的石英装置中加热，在保护气氛(惰性气体)保护下以5～13℃/min的升温速率升温到280～350℃，恒温20～60min；

(3)恒温后在保护气氛(惰性气体)保护下继续加热，以5～8℃/min的升温速率升温到600～800℃，恒温3～8h后在保护气氛(惰性气体)的保护下冷却至室温，即得到硫化亚铁粉末。

在上述的方法中，在步骤(2)中，通过真空干燥脱除七水合硫酸亚铁中的结晶水。

在本发明的方法中，是采用七水合硫酸亚铁作为Fe源和S源，C作为还原剂。其中还原剂C粉选自石墨、活性碳、炭黑中的任一种，优选为活性碳。

本发明的制备FeS的过程中，包括升温、保温、降温的过程中通入保护气氛以隔绝空气，所述的保护气氛为氮气、氩气、氦气中的任一种。

在步骤(2)和步骤(3)中，保护气氛的压力为1×10⁴～5×10⁴Pa。

在步骤(1)和步骤(2)中，还有步骤(2’)，即将混合物在温度为100～130℃的真空下干燥3～5小时。由于本发明的步骤(2)和步骤(3)都是高温固相反应合成，而且时间很长，所以，该步骤(2’)也可以省略。其中，在步骤(2’)中，真空干燥的真空度为133～10⁴Pa。

本发明无需外加硫源，依靠还原剂C将FeSO₄·7H₂O中的六价S还原成S^2-，实现Fe与S摩尔比为1：1的精确配比，从而避免了传统固相法“局部烧结”的缺点和液相沉淀方法中潮湿FeS易氧化的缺点。产品生产设备容易实现，原料易得、成本低廉。

本发明于现有技术相比具有如下优点：

1.操作简单易行，无需控制；

2.产品不易氧化，干燥的FeS在大气中不易氧化；

3.产物物相单一，无其它杂质相存在；

4.设备简单，原料易得，成本低廉；

5.容易实现规模生产。

为进一步了解本发明，下面以实施例为详细说明，并给出附图描述本发明得到的FeS的特性表征。

附图说明