[发明专利]一种稀土硫化物的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体而言，本发明涉及一种稀土硫化物的制备方法。

背景技术

稀土元素具有特殊的4f电子结构，有着独特的物理和化学性质，其在光、声、电、磁、热和催化等方面都有广泛的应用。稀土硫化物是一类结构复杂、性能丰富、应用广泛的功能材料，其在无机颜料、热电材料、光学材料及磁性材料等领域有着广阔的应用前景和独特的优势，已成为材料科学领域的研究热点之一。

由于稀土硫化物具有很大的氧亲和力，因而合成高纯度的稀土硫化物比较困难。目前主要是通过直接合成法、微波法、还原法这三种方法来合成稀土硫化物。

1、直接合成法是指将稀土金属单质与硫单质按照化学计量比进行均匀混合后，在高温条件下，隔绝空气，将稀土单质与硫蒸汽反应，得到目标产物Ln₂S₃。反应方程式为：

2Ln（s）+3S（g）→Ln₂S₃(s)

此方法可以制得γ-Ln₂S₃，Sleight和Prewitt利用直接合成法，用硫单质和稀土金属单质（La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ho、Er、Y）反应，得到相应的稀土硫化物，并通过XRD分析和研究了其晶型结构。

直接合成法的优点是产物的晶型较好，产物纯度较高；缺点是稀土单质的价格较高，硫单质由固态到气态使反应管内压强增大，容易使石英管炸裂，同时有很大的腐蚀性，而且反应效率较低，该方法目前没有得到广泛应用。

2、微波法是通过微波加热物质，使其发生化学反应的方法。微波法分为固相微波法和液相微波法。该方法与直接合成法相近，即：将稀土金属单质与硫单质按照化学计量比进行混合，在微波下加热反应，当达到反应温度时，稀土金属单质与硫蒸汽剧烈反应，可得到稀土硫化物Ln₂S₃。该方法的优点是加热速度快且反应均匀，反应速率大且耗能低，而且可以有选择的加热物体。缺点是对于制备稀土硫化物，由于真空度低，得到的产物往往是非纯相，多为稀土硫氧化物的杂相。

3、还原法是指稀土氧化物或者是含有稀土的碳元素盐（碳酸盐、草酸盐）与具有还原性的气体（H₂S和CS₂）在高温下反应，得到相应的稀土硫化物。H₂S不是有效的硫源，毒性比CS₂要大，还原性不如CS₂。此外，H₂S在低温时的热分解效应对合成稀土硫化物不利，H₂S在高温时反应不完全或者含有杂质，其在后期处理过程中不易除去，严重影响稀土硫化物的应用。CS₂作为硫源的优点在于：具有更强的硫化能力；合成温度低；用时短。目前还原法中大多使用CS₂作为硫源。

发明内容

基于稀土硫化物现有的制备方法，本发明的目的是提供一种稀土硫化物的制备方法。相比之下，本发明的制备方法安全可靠、成本低廉，其产品合成率与纯度更高。

本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的：

一种稀土硫化物的制备方法，该制备方法包括下述步骤：

（1）将稀土金属和硫化锌混合，在800～1500℃和真空下反应；

（2）在真空下，将步骤（1）得到的反应混合物在1000～1400℃下保温。

优选地，所述稀土金属为钐；

优选地，所述稀土金属和硫化锌分别经真空加热脱水处理；更优选地，所述真空加热脱水处理的条件包括真空度为0.01～0.1MPa，优选为0.03～0.05MPa；温度为500～1000℃，优选为500～800℃；升温速率为1～20℃/min，优选为3～15℃/min；处理时间为0～5小时，优选为0.5～3小时；

优选地，所述稀土金属与硫化锌的摩尔比1：（1～10），更优选为1：（1～3）；

优选地，所述步骤（1）中的真空度为0.05～0.10Pa，优选为0.07～0.09Pa；

优选地，所述步骤（1）中的反应在保护气氛下进行；优选地，所述保护气为氮气、氦气、氩气等，优选为氩气；优选地，所述保护气氛下的真空度为0.02～0.05MPa，优选为0.03～0.04MPa；

优选地，所述步骤（1）中的反应温度为1000～1400℃；

优选地，所述步骤（1）中的反应时间为0～8小时，更优选为1～3小时；