[发明专利]一种固相反应直接合成高纯度硫砷铜矿的方法

说明书

本发明公布了一种固相反应直接合成高纯度硫砷铜矿的方法，使用分析纯的硫化铜和分析纯的二硫化二砷按照摩尔比6:1称量，研磨混合均匀作为起始原料；将混合物粉末压成圆柱，端面用硫粉圆片盖住，按硫粉圆片‑混合物圆柱‑硫粉圆片顺序装入铂金‑石墨双样品腔密封制成样品，并置于h‑BN管中，以h‑BN为传压介质；在六面顶大压机进行高温高压反应，将反应后的圆柱样品取出，打磨抛光，超声清洗风干后放入惰性气体氛围保存。得到的硫砷铜矿为单一物相，无杂质。

技术领域

本发明涉及一种固相反应直接合成高纯度硫砷铜矿的方法，属于矿物学研究领域。

背景技术

硫砷铜矿是一种常见的铜砷硫化物矿物，常呈柱状、板状或粒状集合体与黄铜矿、斑铜矿等硫化物富集在热液成因的斑岩铜矿中，是提炼铜和砷的重要矿物原料之一。硫砷铜矿由于化学性质稳定，在空气中其表面形成氧化物和复杂硫化物的保护膜防止内部被氧化，被归为最难处理的硫化矿物之一。天然硫砷铜矿成分非常复杂，经常含有黄铜矿、斑铜矿等共生矿物的显微包裹体。由于缺少高纯度硫砷铜矿的标样，使得硫砷铜矿的定量研究无法开展。而人工合成含铜硫化物主要以水热法为主，但硫砷铜矿属于含砷硫化物，毒性较大，实验操作难以控制。因此，探索硫砷铜矿的标样合成是定量研究斑岩铜矿的基础。

固相反应法是材料领域的最基本的合成方法，是指将起始物高温烧结、通过固相扩散反应生成目标产物。最普遍的是将两种氧化物通过固相反应法生成目标产物，例如，将氧化铜CuO和氧化锶SrO(氧化锶SrO是由分解碳酸锶获得的)以摩尔比1:1混合，在980℃、12h通过固相反应法直接烧结生成铜氧化物SrCuO₂。我们可以思考，能否通过类比SrCuO₂的固相反应，将硫化铜CuS和二硫化二砷As₂S₂按照摩尔比6:1混合、利用固相反应直接烧结生成硫砷铜矿Cu₃AsS₄？事实上，由于硫化物较差的化学稳定性，该反应在实验上极难控制，原因在于，(1)完全区别于氧化物的固相反应，CuS和As₂S₂在空气中烧结会直接氧化生成氧化物，无法生成Cu₃AsS₄。(2)利用石英真空管封管技术可以有效解决部分材料易氧化的问题，例如，铁基超导111型LiFeAs可以用锂粉Li、铁粉Fe和砷粉As在真空管中直接烧结得到。然而，相比于较重的砷As，硫S单质具有极强的挥发性。高温烧结过程中，硫化物会发生自氧化还原进行脱硫反应，硫极易挥发、造成损失。烧结温度越高、烧结时间越长，脱硫反应越严重。因此，虽然真空管能够避免硫化物的氧化，但由于开放体系无法解决脱硫反应和硫单质挥发的问题，实际难以按照硫砷铜矿的理想配比进行固相反应，无法保证产物的纯度。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种固相反应直接合成高纯度硫砷铜矿的方法，以解决目前斑岩铜矿定量研究的的技术难题。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种固相反应直接合成高纯度硫砷铜矿的方法，包括以下步骤：

步骤1、使用分析纯的硫化铜CuS和分析纯的二硫化二砷As₂S₂按照摩尔比6:1称量，研磨混合均匀作为起始原料；

步骤2、使用粉末压片机将步骤1中的混合物粉末压成Φ5mm×5mm圆柱，使用粉末压片机将分析纯硫粉S压成Φ5mm×0.5mm的圆片，准备两个硫粉圆片；

步骤3、将步骤2中预压的混合物圆柱和硫粉圆片装入铂金-石墨双样品腔密封制成样品，样品腔从上到下装样顺序为硫粉圆片-混合物圆柱-硫粉圆片，制成样品，将制成的样品置于h-BN管中，以h-BN为传压介质；

步骤4、将步骤3中装有样品的h-BN管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5、将步骤4中反应后的样品取出，使用金刚石切刀将铂金切开，剥去铂金-石墨双样品腔，取出硫砷铜矿圆柱形块材样品；