一種在高溫高壓下制備菱鐵礦的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在高溫高壓下制備菱鐵礦的方法，它包括：步驟1、使用分析純的二水草酸亞鐵作為起始原料；步驟2、使用壓片機(jī)將二水草酸亞鐵粉末壓成圓柱體，使用銀箔將其包裹做成樣品；步驟3、將氯化鈉研磨成200目以上的粉末，置于烘箱中以150℃溫度下烘干2小時(shí)；步驟4、用烘干后的氯化鈉粉末制備內(nèi)含步驟2所述的二水草酸亞鐵圓柱體的氯化鈉圓柱體樣品；步驟5、將樣品組裝在高壓合成組裝塊中并放置在六面頂大壓機(jī)進(jìn)行高溫高壓反應(yīng)；步驟6、將反應(yīng)后的樣品取出，清除樣品表面銀箔，即得到純的菱鐵礦；解決了現(xiàn)有技術(shù)采用水熱法制備菱鐵礦，存在的反應(yīng)時(shí)間長，反應(yīng)復(fù)雜、制備的菱鐵礦結(jié)晶程度差等問題。
【專利說明】
-種在高溫高壓下制備菱鐵礦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明屬于功能材料合成領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種在高溫高壓下制備菱鐵礦的方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 地球的碳循環(huán)問題一直被廣泛關(guān)注，而深部碳循環(huán)的研究尤其重要。在地球內(nèi)部， 碳的存在形式主要為碳酸鹽、碳化鐵、金剛石等，其中菱儀礦(MgO)3)被認(rèn)為是在下地慢的 溫度壓力條件下最為穩(wěn)定的碳儲備的主要形式。研究表明，在下地慢存在的菱儀礦(MgO)3) 往往和菱鐵礦(FeO)3)類質(zhì)同象形成鐵菱儀礦(Mgi-xFex〇)3)，而鐵菱儀礦在高溫高壓下的自 旋相變等物理性質(zhì)對下地慢彈性、地震波波速的研究有著重要的價(jià)值;作為一個(gè)重要的端 元礦物，菱鐵礦(FeO)3)是研究鐵菱儀礦(Mgi-Jex〇)3)的基礎(chǔ)，也是合成高純的鐵菱儀礦樣 品的原料。而天然存在的菱鐵礦一般和菱儀礦、菱儘礦、菱鋒礦等形成類質(zhì)同象，很難達(dá)到 實(shí)驗(yàn)研究所需要的純度。因此，探索人工合成高純度菱鐵礦的方法是研究菱鐵礦必要的基 礎(chǔ);現(xiàn)有技術(shù)采用水熱法進(jìn)行制備，存在反應(yīng)時(shí)間長，一般需要幾十個(gè)小時(shí)，反應(yīng)復(fù)雜、制備 的菱鐵礦結(jié)晶程度差等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種在高溫高壓下制備菱鐵礦的方法，W解決 現(xiàn)有技術(shù)采用水熱法制備菱鐵礦，存在的反應(yīng)時(shí)間長，反應(yīng)復(fù)雜、制備的菱鐵礦結(jié)晶程度差 等問題。
[0004] 本發(fā)明技術(shù)方案：
[0005 ] -種在局溫局壓下制備麥鐵礦的方法，它包括：
[0006] 步驟1、使用分析純的二水草酸亞鐵作為起始原料；
[0007] 步驟2、使用壓片機(jī)將二水草酸亞鐵粉末壓成圓柱體，使用銀錐將其包裹做成樣 品；
[0008] 步驟3、將氯化鋼研磨成200目W上的粉末，置于烘箱中W150°C溫度下烘干2小時(shí)；
[0009] 步驟4、用烘干后的氯化鋼粉末制備內(nèi)含步驟2所述的二水草酸亞鐵圓柱體的氯化 鋼圓柱體樣品；
[0010] 步驟5、將步驟4的樣品組裝在高壓合成組裝塊中并放置在六面頂大壓機(jī)進(jìn)行高溫 高壓反應(yīng)；
[0011] 步驟6、將反應(yīng)后的樣品取出，清除樣品表面銀錐，即得到純的菱鐵礦。
[0012] 步驟4所述的用烘干后的氯化鋼粉末制備內(nèi)含用銀錐包裹的二水草酸亞鐵圓柱體 的氯化鋼圓柱體樣品的制備方法為:將氯化鋼粉末在粉末壓片機(jī)中壓成氯化鋼圓柱體，然 后將用銀錐包裹的二水草酸亞鐵圓柱體放在氯化鋼圓柱體上表面的中間位置，再往用銀錐 包裹的二水草酸亞鐵圓柱體上加蓋氯化鋼粉末，然后在粉末壓片機(jī)中1M化條件下壓實(shí)，得 到內(nèi)含用銀錐包裹的二水草酸亞鐵圓柱體的氯化鋼圓柱體樣品。
[0013] 步驟5所述的將步驟4的樣品組裝在高壓合成組裝塊中的方法包括：
[0014] 步驟5.1、選取一塊葉臘石塊，在葉臘石塊中屯、打一個(gè)圓形通孔；
[0015] 步驟5.2、在圓形通孔內(nèi)套一個(gè)圓形的石墨加熱爐；
[0016] 步驟5.3、在石墨加熱爐中間放置用銀錐包裹的樣品；
[0017] 步驟5.4、將圓形石墨加熱爐上下兩端用葉臘石堵頭密封。
[0018] 所述的高壓合成組裝塊內(nèi)設(shè)置有熱電偶。
[0019] 步驟5所述高溫高壓反應(yīng)的溫度為500°c-80(rc，壓力為l-3GPa，反應(yīng)時(shí)間為1個(gè)小 時(shí)。。
[0020] 本發(fā)明的有益效果：
[0021] 本發(fā)明采用二水草酸亞鐵(FeC2化· 2此0)作為起始原料，在高溫高壓下，采用固相 反應(yīng)法獲得菱鐵礦樣品，其原理為：
[0022] 在常壓下還原性氛圍中，由于菱鐵礦(FeO)3)熱分解溫度極低，二水草酸亞鐵在 200°C左右直接分解為氧化亞鐵，無法獲得菱鐵礦(FeC〇3):
[0023] 化C2〇4 · 2出0一化0+C0+C02+2出0
[0024] 但在本發(fā)明采用的高壓下，菱鐵礦(Fe(X)3)的熱穩(wěn)定性被極大地提高，在3G化，菱 鐵礦分解溫度由常壓下的200°C左右提高到了 800°CW上。同時(shí)，高壓的還原氛圍對化起到 保護(hù)作用，運(yùn)使得二水草酸亞鐵熱分解變?yōu)?br>[0025] 化 C2〇4 · 2出0一化 C03+C0+2出0 [00%]從而成功地獲得菱鐵礦(FeC〇3)。
[0027] 本發(fā)明利用高溫高壓固相反應(yīng)合成菱鐵礦的方法，獲得的菱鐵礦具有純度高、結(jié) 晶度好、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，本發(fā)明的制備方法具有操作過程簡單、反應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)勢。
[0028] 相比現(xiàn)有技術(shù)的水熱法，最大的特點(diǎn)在于極大地縮短了反應(yīng)時(shí)間，由幾十個(gè)小時(shí) 縮短到一個(gè)小時(shí)W內(nèi)，同時(shí)具有組裝結(jié)構(gòu)簡單，合成的菱鐵礦結(jié)晶程度好等優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)為菱鐵 礦的研究提供重要保障。解決了現(xiàn)有技術(shù)采用水熱法制備菱鐵礦，存在的反應(yīng)時(shí)間長，反應(yīng) 復(fù)雜、制備的菱鐵礦結(jié)晶程度差等問題。
【附圖說明】：
[0029] 圖1為本發(fā)明高溫高壓反應(yīng)后獲得的菱鐵礦的粉末XRD圖；
[0030] 圖2為本發(fā)明高溫高壓反應(yīng)后獲得的菱鐵礦的Raman光譜圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0031 ] -種在局溫局壓下制備麥鐵礦的方法，它包括；
[0032] 步驟1、使用分析純的二水草酸亞鐵作為起始原料；
[0033] 步驟2、使用壓片機(jī)將二水草酸亞鐵粉末壓成圓柱體，使用銀錐將其包裹做成樣 品；
[0034] 步驟3、將氯化鋼研磨成200目W上的粉末，置于烘箱中W150°C溫度下烘干2小時(shí)；
[0035] 步驟4、用烘干后的氯化鋼粉末制備內(nèi)含步驟2所述的二水草酸亞鐵圓柱體的氯化 鋼圓柱體樣品；
[0036] 步驟5、將步驟4的樣品組裝在高壓合成組裝塊中并放置在六面頂大壓機(jī)進(jìn)行高溫 高壓反應(yīng)；
[0037] 步驟6、將反應(yīng)后的樣品取出，清除樣品表面銀錐，即得到純的菱鐵礦。
[0038] 步驟4所述的用烘干后的氯化鋼粉末制備內(nèi)含用銀錐包裹的二水草酸亞鐵圓柱體 的氯化鋼圓柱體樣品的制備方法為:將氯化鋼粉末在粉末壓片機(jī)中壓成氯化鋼圓柱體，然 后將用銀錐包裹的二水草酸亞鐵圓柱體放在氯化鋼圓柱體上表面的中間位置，再往用銀錐 包裹的二水草酸亞鐵圓柱體上加蓋氯化鋼粉末，然后在粉末壓片機(jī)中1M化條件下壓實(shí)，得 到內(nèi)含用銀錐包裹的二水草酸亞鐵圓柱體的氯化鋼圓柱體樣品。
[0039] 步驟5所述的將步驟4的樣品組裝在高壓合成組裝塊中的方法包括：
[0040] 步驟5.1、選取一塊葉臘石塊，在葉臘石塊中屯、打一個(gè)圓形通孔；
[0041] 步驟5.2、在圓形通孔內(nèi)套一個(gè)圓形的石墨加熱爐；
[0042] 步驟5.3、在石墨加熱爐中間放置用銀錐包裹的樣品；
[0043] 步驟5.4、將圓形石墨加熱爐上下兩端用葉臘石堵頭密封。
[0044] 所述的高壓合成組裝塊內(nèi)設(shè)置有熱電偶。
[0045] 步驟5所述高溫高壓反應(yīng)的溫度為500°C-80(rC，壓力為l-3GPa，反應(yīng)時(shí)間為1個(gè)小 時(shí)。
[0046] 步驟6所述純的菱鐵礦是單一物相，無雜質(zhì)相。
[0047] 步驟6所述純的菱鐵礦為S方結(jié)構(gòu)，空間群為R-3C (no. 167)，晶格參數(shù) a 二 4-5 A，C =15-16 A。
[004引實(shí)施例1
[0049] W分析純的二水草酸亞鐵(FeC2〇4 · 2此0)作為起始原料，使用粉末壓片機(jī)將二水 草酸亞鐵(約0.30g)末壓成圓柱體（Φ6mmX 5mm)，使用銀錐(0.025mm)將其包裹做成樣品； W化C1為傳壓介質(zhì)，使用粉末壓片機(jī)，將樣品壓入NaCl鹽柱（Φ 10mm X 12mm)中，完成高壓組 裝塊。高壓組裝塊組裝方式：
[0050] ①32 X 32mm的葉臘石塊中屯、打直徑為14mm的圓形通孔；
[0051] ②葉臘石塊的圓形通孔里面套一個(gè)外徑為14mm，內(nèi)徑為10mm的石墨加熱爐；
[0052] ③石墨加熱爐中間放內(nèi)含二水草酸亞鐵圓柱體的氯化鋼圓柱體，上下為用直徑為 10mm的葉臘石堵頭進(jìn)行封堵。
[0053] 至此，高壓組裝塊完成，其中高壓組裝塊設(shè)及到的尺寸可根據(jù)用銀錐包裹的二水 草酸亞鐵圓柱體的氯化鋼圓柱體樣品的尺寸來具體確定;該組裝塊中，葉臘石和氯化鋼作 傳壓介質(zhì)，石墨爐作加熱爐，熱電偶作控溫裝置。本發(fā)明高壓組裝塊的優(yōu)點(diǎn)是:①使用熱電 偶控溫，加熱系統(tǒng)通過熱電偶反饋的溫度調(diào)節(jié)加熱功率，從而改變溫度，該方法可W實(shí)現(xiàn)對 溫度的即時(shí)監(jiān)控，適用于對溫度測量精度要求高的實(shí)驗(yàn);②葉臘石作為一級傳壓介質(zhì)，具有 很好的傳壓性、機(jī)械加工性、耐熱保溫性和絕緣性，氯化鋼是一種低剪切材料，作為二級傳 壓介質(zhì)，使腔體中的壓力比較均勻，且其密封性好;③石墨爐作為加熱爐，溫度均勻性高。
[0054] 將組裝塊放入六面頂大壓機(jī)中進(jìn)行高溫高壓反應(yīng)，設(shè)定壓力為1G化，設(shè)定溫度為 600°C，反應(yīng)時(shí)間為化。高溫高壓反應(yīng)完成后，將得到的樣品取出，清除樣品表面銀錐，即可 得到純的菱鐵礦樣品。根據(jù)XRD結(jié)果和拉曼散射表征，通過本發(fā)明制備方法制備出的菱鐵礦 是單一物相，無雜質(zhì)相。
[0化5] 實(shí)施例2
[0056] W分析純的二水草酸亞鐵(FeC2〇4 · 2此0)作為起始原料，使用粉末壓片機(jī)將二水 草酸亞鐵（約0.30g)粉末壓成圓柱體（Φ6πιπιΧ5πιπι)，使用銀錐（0.025mm)將其包裹做成樣 品；W化C1為傳壓介質(zhì)，使用粉末壓片機(jī)，將樣品壓入化C1鹽柱（Φ 10mmX 12mm)中，完成高 壓組裝塊。高壓組裝塊組裝方式：
[0化7] ①32 X 32mm的葉臘石塊中屯、打直徑為14mm的圓形通孔；
[0058] ②葉臘石塊的圓形通孔里面套一個(gè)外徑為14mm，內(nèi)徑為10mm的石墨加熱爐；
[0059] ③石墨加熱爐中間放內(nèi)含二水草酸亞鐵圓柱體的氯化鋼圓柱體，上下為用直徑為 10mm的葉臘石堵頭進(jìn)行封堵。
[0060] 至此，高壓組裝塊完成，其中高壓組裝塊設(shè)及到的尺寸可根據(jù)用銀錐包裹的二水 草酸亞鐵圓柱體的氯化鋼圓柱體樣品的尺寸來具體確定;該組裝塊中，葉臘石和氯化鋼作 傳壓介質(zhì)，石墨爐作加熱爐，熱電偶作控溫裝置。本發(fā)明高壓組裝塊的優(yōu)點(diǎn)是:①使用熱電 偶控溫，加熱系統(tǒng)通過熱電偶反饋的溫度調(diào)節(jié)加熱功率，從而改變溫度，該方法可W實(shí)現(xiàn)對 溫度的即時(shí)監(jiān)控，適用于對溫度測量精度要求高的實(shí)驗(yàn);②葉臘石作為一級傳壓介質(zhì)，具有 很好的傳壓性、機(jī)械加工性、耐熱保溫性和絕緣性，氯化鋼是一種低剪切材料，作為二級傳 壓介質(zhì)，使腔體中的壓力比較均勻，且其密封性好;③石墨爐作為加熱爐，溫度均勻性高。
[0061] 將組裝塊放入六面頂大壓機(jī)中進(jìn)行高溫高壓反應(yīng)，設(shè)定壓力為3G化，設(shè)定溫度為 800°C，反應(yīng)時(shí)間為化。高溫高壓反應(yīng)完成后，將得到的樣品取出，清除樣品表面銀錐，即可 得到純的菱鐵礦樣品。根據(jù)XRD結(jié)果和拉曼散射表征，通過本發(fā)明制備方法制備出的菱鐵礦 是單一物相，無雜質(zhì)相。
[0062] 實(shí)施例3
[0063] W分析純的二水草酸亞鐵(FeC2〇4 · 2此0)作為起始原料，使用粉末壓片機(jī)將二水 草酸亞鐵(約0.30g)末壓成圓柱體（〇6mmX5mm)，使用銀錐(0.025mm)將其包裹做成樣品； W化C1為傳壓介質(zhì)，使用粉末壓片機(jī)，將樣品壓入NaCl鹽柱（Φ 10mm X 12mm)中，完成高壓組 裝塊。高壓組裝塊組裝方式：
[0064] ①32 X 32mm的葉臘石塊中屯、打直徑為14mm的圓形通孔；
[0065] ②葉臘石塊的圓形通孔里面套一個(gè)外徑為14mm，內(nèi)徑為10mm的石墨加熱爐；
[0066] ③石墨加熱爐中間放內(nèi)含二水草酸亞鐵圓柱體的氯化鋼圓柱體，上下為用直徑為 10mm的葉臘石堵頭進(jìn)行封堵。
[0067] 至此，高壓組裝塊完成，其中高壓組裝塊設(shè)及到的尺寸可根據(jù)用銀錐包裹的二水 草酸亞鐵圓柱體的氯化鋼圓柱體樣品的尺寸來具體確定;該組裝塊中，葉臘石和氯化鋼作 傳壓介質(zhì)，石墨爐作加熱爐，熱電偶作控溫裝置。本發(fā)明高壓組裝塊的優(yōu)點(diǎn)是:①使用熱電 偶控溫，加熱系統(tǒng)通過熱電偶反饋的溫度調(diào)節(jié)加熱功率，從而改變溫度，該方法可W實(shí)現(xiàn)對 溫度的即時(shí)監(jiān)控，適用于對溫度測量精度要求高的實(shí)驗(yàn);②葉臘石作為一級傳壓介質(zhì)，具有 很好的傳壓性、機(jī)械加工性、耐熱保溫性和絕緣性，氯化鋼是一種低剪切材料，作為二級傳 壓介質(zhì)，使腔體中的壓力比較均勻，且其密封性好;③石墨爐作為加熱爐，溫度均勻性高。
[0068] 將組裝塊放入六面頂大壓機(jī)中進(jìn)行高溫高壓反應(yīng)，設(shè)定壓力為2G化，設(shè)定溫度為 700°C，反應(yīng)時(shí)間為化。高溫高壓反應(yīng)完成后，將得到的樣品取出，清除樣品表面銀錐，即可 得到純的菱鐵礦樣品。根據(jù)XRD結(jié)果和拉曼散射表征，通過本發(fā)明制備方法制備出的菱鐵礦 是單一物相，無雜質(zhì)相。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種在高溫高壓下制備菱鐵礦的方法，它包括： 步驟1、使用分析純的二水草酸亞鐵作為起始原料； 步驟2、使用壓片機(jī)將二水草酸亞鐵粉末壓成圓柱體，使用銀錐將其包裹做成樣品； 步驟3、將氯化鋼研磨成200目W上的粉末，置于烘箱中W 150°C溫度下烘干2小時(shí)； 步驟4、用烘干后的氯化鋼粉末制備內(nèi)含步驟2所述的二水草酸亞鐵圓柱體的氯化鋼圓 柱體樣品； 步驟5、將樣品組裝在高壓合成組裝塊中并放置在六面頂大壓機(jī)進(jìn)行高溫高壓反應(yīng)； 步驟6、將反應(yīng)后的樣品取出，清除樣品表面銀錐，即得到純的菱鐵礦。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在高溫高壓下制備菱鐵礦的方法，其特征在于：步驟4所 述的用烘干后的氯化鋼粉末制備內(nèi)含用銀錐包裹的二水草酸亞鐵圓柱體的氯化鋼圓柱體 樣品的制備方法為:將氯化鋼粉末在粉末壓片機(jī)中壓成氯化鋼圓柱體，然后將用銀錐包裹 的二水草酸亞鐵圓柱體放在氯化鋼圓柱體上表面的中間位置，再往用銀錐包裹的二水草酸 亞鐵圓柱體上加蓋氯化鋼粉末，然后在粉末壓片機(jī)中IMPa條件下壓實(shí)，得到內(nèi)含用銀錐包 裹的二水草酸亞鐵圓柱體的氯化鋼圓柱體樣品。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在高溫高壓下制備菱鐵礦的方法，其特征在于：步驟5所 述的將步驟4的樣品組裝在高壓合成組裝塊中的方法包括： 步驟5.1、選取一塊葉臘石塊，在葉臘石塊中屯、打一個(gè)圓形通孔； 步驟5.2、在圓形通孔內(nèi)套一個(gè)圓形的石墨加熱爐； 步驟5.3、在石墨加熱爐中間放置用銀錐包裹的樣品； 步驟5.4、將圓形石墨加熱爐上下兩端用葉臘石堵頭密封。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種在高溫高壓下制備菱鐵礦的方法，其特征在于:所述的高 壓合成組裝塊內(nèi)設(shè)置有熱電偶。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在高溫高壓下制備菱鐵礦的方法，其特征在于：步驟5所 述高溫高壓反應(yīng)的溫度為500°C-80(rC，壓力為1-3G化，反應(yīng)時(shí)間為1個(gè)小時(shí)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在高溫高壓下制備菱鐵礦的方法，其特征在于：步驟6所 述純的菱鐵礦是單一物相，無雜質(zhì)相。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在高溫高壓下制備菱鐵礦的方法，其特征在于：步驟6所 述純的菱鐵礦為Ξ方結(jié)構(gòu)，空間群為R-3c(no. 167)，晶格參數(shù)d = 4-5 A，C =15-16 A。
【文檔編號】B01J3/06GK106082350SQ201610470871
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】梁文, 胡志明, 李和平
【申請人】中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所