[发明专利]一种高纯硫化亚铜的制备方法

说明书

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。

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。