[发明专利]一种在高温高压下制备菱铁矿的方法

说明书

技术领域：

本发明属于功能材料合成领域，尤其涉及一种在高温高压下制备菱铁矿的方法。

背景技术：

地球的碳循环问题一直被广泛关注，而深部碳循环的研究尤其重要。在地球内部，碳的存在形式主要为碳酸盐、碳化铁、金刚石等，其中菱镁矿(MgCO₃)被认为是在下地幔的温度压力条件下最为稳定的碳储备的主要形式。研究表明，在下地幔存在的菱镁矿(MgCO₃)往往和菱铁矿(FeCO₃)类质同象形成铁菱镁矿(Mg_1-xFe_xCO₃)，而铁菱镁矿在高温高压下的自旋相变等物理性质对下地幔弹性、地震波波速的研究有着重要的价值；作为一个重要的端元矿物，菱铁矿(FeCO₃)是研究铁菱镁矿(Mg_1-xFe_xCO₃)的基础，也是合成高纯的铁菱镁矿样品的原料。而天然存在的菱铁矿一般和菱镁矿、菱锰矿、菱锌矿等形成类质同象，很难达到实验研究所需要的纯度。因此，探索人工合成高纯度菱铁矿的方法是研究菱铁矿必要的基础；现有技术采用水热法进行制备，存在反应时间长，一般需要几十个小时，反应复杂、制备的菱铁矿结晶程度差等问题。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是：提供一种在高温高压下制备菱铁矿的方法，以解决现有技术采用水热法制备菱铁矿，存在的反应时间长，反应复杂、制备的菱铁矿结晶程度差等问题。

本发明技术方案：

一种在高温高压下制备菱铁矿的方法，它包括：

步骤1、使用分析纯的二水草酸亚铁作为起始原料；

步骤2、使用压片机将二水草酸亚铁粉末压成圆柱体，使用银箔将其包裹做成样品；

步骤3、将氯化钠研磨成200目以上的粉末，置于烘箱中以150℃温度下烘干2小时；

步骤4、用烘干后的氯化钠粉末制备内含步骤2所述的二水草酸亚铁圆柱体的氯化钠圆柱体样品；

步骤5、将步骤4的样品组装在高压合成组装块中并放置在六面顶大压机进行高温高压反应；

步骤6、将反应后的样品取出，清除样品表面银箔，即得到纯的菱铁矿。

步骤4所述的用烘干后的氯化钠粉末制备内含用银箔包裹的二水草酸亚铁圆柱体的氯化钠圆柱体样品的制备方法为：将氯化钠粉末在粉末压片机中压成氯化钠圆柱体，然后将用银箔包裹的二水草酸亚铁圆柱体放在氯化钠圆柱体上表面的中间位置，再往用银箔包裹的二水草酸亚铁圆柱体上加盖氯化钠粉末，然后在粉末压片机中1MPa条件下压实，得到内含用银箔包裹的二水草酸亚铁圆柱体的氯化钠圆柱体样品。

步骤5所述的将步骤4的样品组装在高压合成组装块中的方法包括：

步骤5.1、选取一块叶腊石块，在叶腊石块中心打一个圆形通孔；

步骤5.2、在圆形通孔内套一个圆形的石墨加热炉；

步骤5.3、在石墨加热炉中间放置用银箔包裹的样品；

步骤5.4、将圆形石墨加热炉上下两端用叶腊石堵头密封。

所述的高压合成组装块内设置有热电偶。

步骤5所述高温高压反应的温度为500℃-800℃，压力为1-3GPa，反应时间为1个小时。。

本发明的有益效果：

本发明采用二水草酸亚铁(FeC₂O₄·2H₂O)作为起始原料，在高温高压下，采用固相反应法获得菱铁矿样品，其原理为：

在常压下还原性氛围中，由于菱铁矿(FeCO₃)热分解温度极低，二水草酸亚铁在200℃左右直接分解为氧化亚铁，无法获得菱铁矿(FeCO₃)：

FeC₂O₄·2H₂O→FeO+CO+CO₂+2H₂O

但在本发明采用的高压下，菱铁矿(FeCO₃)的热稳定性被极大地提高，在3GPa，菱铁矿分解温度由常压下的200℃左右提高到了800℃以上。同时，高压的还原氛围对Fe²⁺起到保护作用，这使得二水草酸亚铁热分解变为

FeC₂O₄·2H₂O→FeCO₃+CO+2H₂O

从而成功地获得菱铁矿(FeCO₃)。