CN102020320A - 一种二硫化钴的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种二硫化钴的合成方法，步骤如下：取一定量的金属钴粉置于一个一端封闭、中部弯曲的石英管中；在石英管另一端装入一个事先压紧硫磺粉末的且一端封闭的小石英管，所述硫磺用量为理论用量的1-1.5倍；将上述石英管高温真空封闭，然后将该石英管置于管式扩散炉中，金属钴粉端在450~700℃，硫磺端在200~440℃条件下热处理5~50小时；冷却至室温后粉碎至200目，得钴硫化合物粗制品；将初步所得到的钴硫化物粗制品，置于一根新的一端封闭、中部弯曲的石英管中，重复上述步骤,冷却至室温，即得到二硫化钴。经过二次硫化处理得到的二硫化钴纯度大于99%。本发明方法相对于现有技术更安全、环保、快速，并可以较大量并安全地制备二硫化钴，降低生产成本。

Description

一种二硫化钴的合成方法
技术领域
 本发明涉及无机合成领域，具体涉及一种黄铁矿结构的二硫化钴的合成方法。
背景技术
二硫化钴具有黄铁矿结构，有独特的催化性能及电、磁性能，同时在高功率锂电池及热电池中可以用作正极材料或正极材料的添加剂。现有的合成方法有：
1. 硫酸钴和硫化氢350℃反应合成，但硫化氢气体毒性大，对环境安全有一定威胁。
2. 在有机或水溶剂中低温反应合成二硫化钴，反应产物的结晶度低、杂质含量高，并且其过程都使用了有毒的甲苯、肼等化学品。
3．金属钴粉末与硫磺混合后密封于石英管中在700℃反应72小时得到硫化钴粗品，将硫化钴粗品粉碎后再与硫磺混合并密封于石英管中，在700℃反应168小时得到二硫化钴。由于钴粉与硫磺反应是放热反应易造成反应器内的温度高于444℃，反应温度高于硫磺的沸点444℃后，从理论上可以知道，如果石英管中的钴粉与硫磺过多，当温度高于硫的沸点后，将会造成石英管中的压力在短时间内增加，容易爆炸，所以每次的制备量不大。
4. 中国专利CN1594108A公开了一种常压体系合成高纯二硫化钴粉末的方法，将金属钴粉与硫磺粉混合均匀，放入耐高温石英管容器中，真空脱气后在氩气或氮气保护下置于有温度梯度的马弗炉内，常压下100~700℃保持1~20天热处理，冷却至室温，经破碎得到粗品；将粉碎后的粗品再与硫磺混合，然后置于耐高温石英管容器中，真空脱气后在氩气或氮气保护下常压下100~700℃保持1~20天，得到纯度99%二硫化钴。该方法为了避免硫磺与钴的剧烈反应发生爆炸，需要硫与钴在较低的100~200℃条件下长时间反应，前后分两次硫化，每次硫化的时间都在8天以上，制备时间过长。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种既安全快速又能批量地合成二硫化钴的方法。
本发明一种二硫化钴的合成方法，包括如下步骤：
1．取一定量的金属钴粉置于一个一端封闭、中部弯曲的石英管的封闭端；
2．在石英管另一端装入一个事先压紧硫磺粉末的且一端封闭的小石英管，所述硫磺用量为理论用量的1-1.5倍；
3．将上述石英管高温真空封闭，然后将该石英管置于管式扩散炉中，金属钴粉端在450~700℃，硫磺端在200~440℃条件下热处理5~50小时；冷却至室温后粉碎至200目，得钴硫化合物粗制品；
4．重复步骤1-3，但用步骤3所得粗制品代替步骤1的金属钴粉，钴硫化合物粗制品端在450~700℃，硫磺端在200~440℃条件下热处理5~50小时，冷却至室温，即得到二硫化钴,纯度大于99%。
实现上述方法的装置：一种合成二硫化钴的石英管，包括石英管本体，与现有技术不同是，石英管本体中部设置成弧形或倒“v”字形管，其中一端封闭。
本发明与现有的合成方法相比，整个合成过程未使用对环境有重大污染的试剂，不需要在高压反应釜中进行；使用中部弯曲的石英管，将钴粉与固态或液态硫磺分离，避免了温度大于400℃后钴粉与硫磺反应放出大量热，使得其中尚未反应的硫磺迅速升华为气态，造成石英管中的压力在短时间内增加引起爆炸。由于固态钴与气态硫磺反应所处位置可以设置到较高温度，有利于钴的硫化反应快速、完全，而硫磺所处温度略低于其沸点，反应管中的压力始终低于1个大气压强，使得反应器不会爆炸。
本发明所用的石英管中部弯曲，将钴粉与固态或液态硫磺分离，避免了温度大于400℃后钴粉与硫磺反应放出大量热，使得其中尚未反应的硫磺迅速升华为气态，造成石英管中的压力在短时间内增加引起爆炸。
本发明方法相对于现有技术更安全、环保、快速，并可以批量制备二硫化钴，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明合成二硫化钴的石英管高温封闭后的结构示意图。
图中1．石英管    2.金属钴粉    3.硫磺    4.小石英管。
具体实施方式
实施例1
 称取99%钴粉2（200目）8.1克置于一个一端封闭、中部弯曲的石英管1中，在石英管1另一端装入一个事先压紧11.4克硫磺3粉末的且一端封闭的小石英管4，所述硫磺3用量为理论用量的1.3倍；抽真空至0.001Pa后高温封闭石英管1，然后置石英管1于管式扩散炉中，金属钴粉2端在700℃，硫磺3端处于400℃条件下热处理10小时；冷却至室温后粉碎至200目，得到钴硫化合物粗制品。将初步所得到的钴硫化物粗制品，置于一根新的一端封闭、中部弯曲的石英管中，重复上述步骤,冷却至室温，即得到二硫化钴16.3克。经XRD衍射分析，该钴硫化合物为二硫化钴单相结构，经定量化学分析，钴硫原子比为1：2，二硫化钴纯度大于99%，以反应的金属钴计算，二硫化钴的得率为96%，产率损失是由于在粉碎过程造成。
实施例2   
按照与实施例1同样的物料和步骤，称取99%钴粉2（200目）12.3克置于一个一端封闭、中部弯曲的石英管1中，在石英管1另一端装入一个事先压紧21克硫磺3粉末的且一端封闭的小石英管4，所述硫磺3用量为理论用量的1.5倍；抽真空至0.001Pa并高温封闭石英管1，然后置石英管1于管式扩散炉中，金属钴粉2端在700℃，硫磺3端处于420℃条件下热处理20小时；冷却至室温后粉碎至200目，得到钴硫化合物粗制品。将初步所得到的钴硫化物粗制品，置于一根新的一端封闭、中部弯曲的石英管中，重复上述步骤,冷却至室温，即得到二硫化钴24.8克。经XRD衍射分析，该钴硫化合物为二硫化钴单相结构，经定量化学分析，钴硫原子比为1：2，二硫化钴纯度大于99%，以反应的金属钴计算，二硫化钴的得率为96%，产率损失是由于在粉碎过程造成。

Claims (2)

1.一种二硫化钴的合成方法，包括如下步骤：
（1）取一定量的金属钴粉置于一个一端封闭、中部弯曲的石英管的封闭端；
（2） 在石英管另一端装入一个事先压紧硫磺粉末的且一端封闭的小石英管，所述硫磺用量为理论用量的1-1.5倍；
（3）将上述石英管真空高温封闭，然后将该石英管置于管式扩散炉中，金属钴粉端在450~700℃，硫磺端在200~440℃条件下热处理5~50小时；冷却至室温后粉碎至200目，得到钴硫化合物粗制品；
（4）重复步骤（1）-（3），但用步骤（3）所得粗制品代替步骤（1）的金属钴粉，钴硫化合物粗制品端在450~700℃，硫磺端在200~440℃条件下热处理5~50小时，冷却至室温，即得到二硫化钴,纯度大于99%。
2.实现上述方法的装置一种合成二硫化钴的石英管，包括石英管本体，其特征是，石英管本体中部设置成弧形或倒“v”字形管，其中一端封闭。
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