CN107673396B - 一种高纯硫化亚铜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高纯硫化亚铜的制备方法，首先将硫酸铜和硫化钠配制为溶液反应沉淀后得到硫化铜，将硫化铜经过滤、真空干燥和研磨后得到硫化铜粉末，其次将硫化铜粉末置于坩埚内，在硅酸钠保护层和氮气气氛的条件下进行高温熔炼，制备出纯净的硫化亚铜，经破碎球磨后得到粒度均匀的硫化亚铜粉末。本发明操作简单，成本低，过程易于控制，制备的硫化亚铜纯度高，杂质少。

Description

一种高纯硫化亚铜的制备方法
技术领域
本发明涉及硫化亚铜的制备技术，具体公开了一种用硫酸铜和硫化钠作为原料制备硫化亚铜的方法。
背景技术
硫化亚铜(Cu2S)在自然界中以辉铜矿的形式存在，是含铜量成分较高的炼铜工业原料之一，在造锍熔炼过程中Cu2S与FeS和其他少量的金属硫化物形成重要的冰铜熔体，同时硫化亚铜作为一种新型的半导体物质，因其具有优良的导电性、催化性和光电性能而广泛应用于催化剂的生产、太阳能电池和光电器件材料等领域。
目前制备硫化亚铜的方法有很多种，如铜硫混合真空加热法、氢和硫化氢混合气体还原硫化铜、硫酸铜和硫代硫酸钠溶液共热—真空煅烧沉淀制备硫化亚铜前驱体等方法，上述方法虽然可以制备出硫化亚铜，但是得到的硫化亚铜中含有未反应铜，伴随有一定量的氧化铜或者氧化亚铜，降低了硫化亚铜的纯度，且工艺过程相对繁琐，成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低的高纯硫化亚铜的制备方法，采用反应沉淀—高温熔炼的技术，以分析纯硫酸铜和硫化钠作为原料，将硫酸铜和硫化钠配置为溶液反应沉淀后，得到的硫化铜经过滤、真空干燥和研磨后在高温下熔炼，反应结束后经破碎球磨得到纯净且粒度均匀的硫化亚铜粉末。
本发明的技术方案：一种高纯硫化亚铜的制备方法，包括以下步骤：(1)将分析纯硫酸铜和硫化钠各配置成溶液反应沉淀，过滤后经真空干燥、研磨得到硫化铜粉末；(2)将步骤(1)得到的硫化铜粉末置于刚玉坩埚内压实，在分析纯硅酸钠熔炼保护层和氮气气氛的条件进行熔炼，温度由室温升高至850～1300℃，在850～1300℃温度保温1～2小时；(3)熔炼结束温度降低至室温后，将步骤(2)得到的硫化亚铜经破碎球磨得到粒度均匀的硫化亚铜粉末。
步骤(1)中分析纯CuSO4·5H2O和Na2S·9H2O各配制成体积为500mL、浓度均为0.2～1mol/L的溶液；然后将Na2S溶液缓慢加入到CuSO4溶液中至混和溶液蓝色消失。
所述CuSO4溶液和Na2S溶液的浓度均优选为0.2～0.5mol/L。
步骤(1)中混和溶液时，CuSO4溶液置于恒温水浴锅内，在温度为20～50℃、转速为200～300r/min的条件下加入Na2S溶液。
步骤(2)中分析纯硅酸钠添加到硫化铜粉末的上面，使硫化铜与硅酸钠在刚玉坩埚内的厚度比在1:1～1:3之间。
硫化铜与硅酸钠的厚度比优选为1:1.5。
步骤(2)中熔炼升温优选为两个阶段：第一阶段由室温升高到850℃，在850℃温度保温30分钟，使硅酸钠完全变成熔体覆盖在硫化铜粉末表面，防止生成氧化铜、氧化亚铜等其他物质；第二阶段由850℃升高到1100℃～1300℃之间，在1100℃～1300℃温度保温1～1.5小时。
步骤(2)中氮气保护在熔炼开始前通入，使得高温炉内不存在氧气，控制氮气通入流量为2～5L/min，且氮气保护持续到温度降低到室温。
步骤(3)中将步骤(2)得到的硫化亚铜经破碎后在滚筒球磨机里球磨，采用氧化锆球珠，球磨时间2小时，得到硫化亚铜粉末的粒度均在74μm。
本发明具有以下优点：(1)本发明采用的原料均为分析纯(纯度均大于99％)，原料容易获得、价格适宜，既保障了反应生成硫化亚铜的纯度，纯度大于99.1％，又降低了硫化亚铜的生产成本；(2)本发明的制备工艺简单，反应易于控制，节约了资源。
附图说明
图1是本发明的实施例三得到的硫化亚铜的X射线衍射图(XRD)。
图2是本发明的实施例三得到的硫化亚铜的形貌扫描电镜图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步的详细描述。
实施例一：
分别配置浓度为500mL 0.2mol/L的CuSO4溶液和Na2S溶液，将Na2S溶液缓慢加入到CuSO4溶液中至混合溶液蓝色消失，得到的硫化铜经抽滤、真空干燥和研磨后得到硫化铜粉末；将硫化铜粉末置于刚玉坩埚内压实，表面填装分析纯硅酸钠，使硫化铜与硅酸钠在坩埚内的厚度比为1:1。
在氮气保护气氛下，控制通入流量为2L/min，将填装好硫化铜和硅酸钠的坩埚放入到高温炉内熔炼，温度由室温升高至1100℃，1100℃保温2小时；熔炼结束温度降低至室温后，将得到的硫化亚铜经破碎后在滚筒球磨机球磨2小时，得到硫化亚铜粉末的粒度为74μm，纯度为99.1％。
实施例二：
分别配置浓度为500mL 0.3mol/L的CuSO4溶液和Na2S溶液，将CuSO4溶液置于恒温水浴锅内，温度为25℃、转速为300r/min的条件下加入Na2S溶液至混合溶液蓝色消失，得到的硫化铜经抽滤、真空干燥和研磨后得到硫化铜粉末；将硫化铜粉末置于刚玉坩埚内压实，表面填装分析纯硅酸钠，使硫化铜与硅酸钠在坩埚内的厚度比为1:3。
在氮气保护气氛下，控制通入流量为3L/min，将填装好硫化铜和硅酸钠的坩埚放入到高温炉内熔炼，温度由室温升高至1300℃，1300℃保温1小时；熔炼结束温度降低至室温后，将得到的硫化亚铜经破碎后在滚筒球磨机球磨2小时，得到硫化亚铜粉末的粒度为74μm，纯度为99.3％。
实施例三：
分别配置浓度为500mL 0.5mol/L的CuSO4溶液和Na2S溶液，将CuSO4溶液置于恒温水浴锅内，温度为50℃、转速为300r/min的条件加入Na2S溶液至混合溶液蓝色消失，得到的硫化铜经抽滤、真空干燥和研磨后得到硫化铜粉末；将硫化铜粉末置于刚玉坩埚内压实，表面填装分析纯硅酸钠，使硫化铜与硅酸钠在坩埚内的厚度比为1:1.5。
在氮气保护气氛下，控制通入流量为5L/min，将填装好硫化铜和硅酸钠的坩埚放入到高温炉内熔炼，升温方式为：①温度由室温升高到850℃，850℃保温30分钟；②由850℃升高到1250℃，1250℃保温1小时；熔炼结束温度降低至室温后，将得到的硫化亚铜经破碎后在滚筒球磨机球磨2小时，得到硫化亚铜粉末粒度为74μm，纯度为99.6％。
本实施例得到的硫化亚铜的X射线衍射图(XRD)见图1，形貌扫描电镜图见图2。

Claims (8)

1.一种高纯硫化亚铜的制备方法，其特征是，包括以下步骤：(1)将分析纯硫酸铜和硫化钠各配置成溶液反应沉淀，过滤后经真空干燥、研磨得到硫化铜粉末；(2)将步骤(1)得到的硫化铜粉末置于刚玉坩埚内压实，在分析纯硅酸钠熔炼保护层和氮气气氛的条件进行熔炼；(3)熔炼结束温度降低至室温后，将步骤(2)得到的硫化亚铜经破碎球磨得到粒度均匀的硫化亚铜粉末；
步骤(2)中的熔炼包括两个阶段：第一阶段由室温升高到850℃，在850℃温度保温30分钟，使硅酸钠完全变成熔体覆盖在硫化铜粉末表面，防止生成氧化铜、氧化亚铜；第二阶段由850℃升高到1100℃～1300℃之间，在1100℃～1300℃温度保温1～1.5小时。
2.根据权利要求1所述的一种高纯硫化亚铜的制备方法，其特征是：步骤(1)中分析纯CuSO4·5H2O和Na2S·9H2O各配制成体积为500mL、浓度均为0.2～1mol/L的溶液；然后将Na2S溶液缓慢加入到CuSO4溶液中至混和溶液蓝色消失。
3.根据权利要求2所述的一种高纯硫化亚铜的制备方法，其特征是：所述CuSO4溶液和Na2S溶液的浓度均优选为0.2～0.5mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种高纯硫化亚铜的制备方法，其特征是：步骤(1)中混和溶液时，CuSO4溶液置于恒温水浴锅内，在温度为20～50℃、转速为200～300r/min的条件下加入Na2S溶液。
5.根据权利要求1所述的一种高纯硫化亚铜的制备方法，其特征是：步骤(2)中分析纯硅酸钠添加到硫化铜粉末的上面，使硫化铜与硅酸钠在刚玉坩埚内的厚度比在1:1～1:3之间。
6.根据权利要求5所述的一种高纯硫化亚铜的制备方法，其特征是：硫化铜与硅酸钠的厚度比优选为1:1.5。
7.根据权利要求1所述的一种高纯硫化亚铜的制备方法，其特征是：步骤(2)中氮气保护在熔炼开始前通入，使得高温炉内不存在氧气，控制氮气通入流量为2～5L/min，且氮气保护持续到温度降低到室温。
8.根据权利要求1所述的一种高纯硫化亚铜的制备方法，其特征是：步骤(3)中将步骤(2)得到的硫化亚铜经破碎后在滚筒球磨机里球磨，采用氧化锆球珠，球磨时间2小时，得到硫化亚铜粉末的粒度均在74μm。
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