一种高纯硫化铋及其制备方法与流程

本发明属于化工领域，具体涉及一种高纯硫化铋及其制备方法。

背景技术：

1、硫化铋是一种重要的半导体材料，它在光电元件、热电设备等方面的应用给人们带来极大的便利。纳米硫化铋使得其各种性能更加优化，因为纳米材料的性能在很大程度上取决于纳米材料的形貌，所以合成更多具有特殊形貌的硫化铋纳米结构具有实质性的意义。

2、专利cn102689926b公开了一种硫化铋的制备方法。使用优质盐酸溶解高纯氧化铋制得氯化铋，再向高纯的氯化铋溶液中加入硫代乙酰胺制得高纯硫化铋。专利cn110282658a公开了一种高纯硫化铋的制备方法。该方法以分析纯硫代乙酰胺溶解于纯水为底液，澄清透明后加入高纯超细氧化铋，搅拌加热过程中加入引发剂后得到高纯硫化铋。专利cn102992400b公开了一种含铋烟尘湿法制备硫化铋的工艺。该工艺是含铋烟尘经过酸性浸出，中和水解除杂与铅，铜，锌，硅等杂质分离，再经过第二次酸溶，加入硫化钠转型得到硫化铋。

3、干法制备硫化铋的文献可参考：cn110282658a一种高纯硫化铋制备方法，其在背景技术记载：密闭容器中投入金属铋和单质硫，铋与硫的摩尔数之比为2:3，抽尽密闭容器中的空气，加热密闭容器中的硫与铋，硫与铋直接反应生成硫化铋；

4、其同时还记载该方法能环境友好的制备硫化铋，但设备复杂、操作困难，难大批量工业化生产。

5、操作困难的地方在于：

6、1.反应剧烈，单质铋与单质硫反应是一种剧烈的放热反应，在反应过程中，原料会剧烈溅射；而溅射又会影响物料配比，导致产物中含有未反应的单质。同时，高烈度的反应对反应设备要求过高。

7、2.想要制备出高纯度的硫化铋较难，反应产物中总会残留少量的单质铋与单质硫。

8、所以，本项目解决的问题是：如何通过干法制备出高纯硫化铋。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高纯硫化铋的制备方法，该方法通过反应前的均质研磨和反应过程中的升温控制，可以使反应尽可能的温和进行、充分的反应，制备得到硫化铋纯度较高，无需进行额外的提纯步骤。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种高纯硫化铋的制备方法，按照摩尔比2:3的比例将铋单质、硫单质混合并均质，然后在隔绝氧气的情况下，先升温至100～200℃，反应一段时间，然后再升温至300～400℃，反应一段时间，得到高纯硫化铋。

4、在本发明的一些实施案例中，第一阶段的升温终点温度为100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃等；

5、第二阶段的升温终点温度为300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃、390℃、400℃等；

6、在上述的方法中，均质操作为：在惰性气体保护下，在粉末均质机中均质20～60min。

7、优选地，均质速度为50-70r/min；

8、在本发明的一些实施案例中，均质时间可选择为20min、30min、40min、50min、60min等；

9、在上述的方法中，升温至100～200℃后，保温2～6h。

10、在本发明的一些实施案例中，保温时间可选择为2h、3h、4h、5h或6h；

11、在上述的方法中，按照2～4℃/min的升温速度升温至100～200℃。

12、在上述的方法中，升温至300～400℃，保温2～8h。

13、在本发明的一些实施案例中，保温时间可选择为2h、3h、4h、5h、6h、7h或8h；

14、在上述的方法中，按照2～4℃/min的升温速度从100～200℃升温至300～400℃。

15、在上述的方法中，均质后的铋单质、硫单质置于石英舟中进行升温操作。

16、在上述的方法中，所述铋单质、硫单质的纯度均≥99.99％。

17、同时，本发明还公开了一种高纯硫化铋，采用如上任一所述方法制备得到。

18、在上述的高纯硫化铋中，所述硫化铋的纯度为≥99.99％。

19、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

20、本发明的关键控制因素为均质和阶段性升温，具体来说，为了使两种物料充分接触，有利于化合，通过均质使单质粉末能够充分的接触，以避免反应产物中有未反应单质存在。在合成过程中，第一段100～200℃，绝大部分的铋和硫化合形成硫化铋，反应本身为放热反应，第一阶段反应温度相对较低，可以避免剧烈反应导致物料溅射，第二段反应温度300～400℃，再次升温促进未反应的物料进一步化合。

21、通过上述操作，可以使反应平稳、物料接触充分，进而使单质几乎彻底反应，本发明的方法收率高、纯度高。

技术特征：

1.一种高纯硫化铋的制备方法，其特征在于，按照摩尔比2:3的比例将铋单质、硫单质混合并均质，然后在隔绝氧气的情况下，先升温至100～200℃，反应一段时间，然后再升温至300～400℃，反应一段时间，得到高纯硫化铋。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，均质操作为：在惰性气体保护下，在粉末均质机中均质20～60min。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，升温至100～200℃后，保温2～6h。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，按照2～4℃/min的升温速度升温至100～200℃。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，升温至300～400℃，保温2～8h。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，按照2～4℃/min的升温速度从100～200℃升温至300～400℃。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，均质后的铋硫混合粉置于石英舟中进行升温操作。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铋单质、硫单质的纯度均≥99.99％。

9.一种高纯硫化铋，其特征在于，采用如权利要求1～8任一所述方法制备得到。

10.根据权利要求9所述的高纯硫化铋，其特征在于，所述硫化铋的纯度为≥99.99％。

技术总结
本发明属于化工领域，公开了一种高纯硫化铋的制备方法，按照摩尔比2:3的比例将铋单质、硫单质均质，然后在隔绝氧气的情况下，先升温至100～200℃，反应一段时间，然后再升温至300～400℃，反应一段时间，得到高纯硫化铋。该方法通过反应前的均质和反应过程中的升温控制，可以使反应尽可能的温和进行、充分的反应，制备得到硫化铋纯度较高，无需进行额外的提纯步骤。同时，本发明还提供了一种高纯硫化铋。

技术研发人员：蒋涛,康冶,张佳,刘森林
受保护的技术使用者：广东先导稀材股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/11