一種黃鐵礦電極的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種黃鐵礦電極的制備方法，它包括挑選黃鐵礦顆粒；將挑選的黃鐵礦顆粒清洗后烘干備用；稱取烘干后的黃鐵礦0.6~0.8g，研磨成200目以上的粉末，在粉末壓片機中0.5MPa條件下壓成黃鐵礦圓柱體后用鉭箔包裹；將氯化鈉研磨成200目以上的粉末，置于烘箱中150℃溫度烘干2小時；用烘干后的氯化鈉粉末制備內含黃鐵礦圓柱體的氯化鈉圓柱體；將內含黃鐵礦圓柱體的氯化鈉圓柱體放入高壓組裝塊內，進行加溫加壓燒結；燒結完成后的樣品打磨拋光即得黃鐵礦電極；本發明解決了現有技術黃鐵礦性脆，延展性差以及黃鐵礦與其他硫化物礦物共生影響黃鐵礦電化學腐蝕結果等因素，存在的黃鐵礦電極很難加工制備等技術問題。
【專利說明】
一種黃鐵礦電極的制備方法
技術領域
[0001] 本發明屬于黃鐵礦電極制備技術，尤其涉及一種黃鐵礦電極的制備方法。
【背景技術】
[0002] 黃鐵礦作為地球上儲量最豐富的金屬硫化物，廣泛地存在于地殼和海底沉積巖 中。在水熱體系中研究黃鐵礦的電化學腐蝕行為，有助于了解熱液礦床的產生、組成及變化 過程，并為高溫濕法冶金和選礦工藝提供理論依據，同時，也與了解地球鐵元素和硫元素的 循環、礦山開采和自然環境的保護密切相關。
[0003] 天然的黃鐵礦往往和黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦等硫化物礦物共生，而共生礦物間的 原電池化學作用會對黃鐵礦電化學腐蝕過程造成干擾，對實驗結果造成極大的影響。因此， 純的黃鐵礦電極的制備成為電化學腐蝕研究的必要條件。然而，極難找到純度很高的天然 塊體黃銅礦作為研究對象。此外，黃鐵礦硬度較大，性脆，延展性差，難以加工成電化學研究 所需要的電極。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題:提供一種黃鐵礦電極的制備方法，以解決現有技術黃 鐵礦性脆，延展性差以及黃銅礦與其他硫化物礦物共生，而共生礦物間的原電池作用會影 響黃鐵礦電化學腐蝕結果等因素，存在的黃鐵礦電極很難加工制備等技術問題。
[0005] 本發明技術方案： 一種黃鐵礦電極的制備方法，它包括 步驟1、挑選黃鐵礦顆粒； 步驟2、將挑選的黃鐵礦顆粒清洗后烘干備用； 步驟3、稱取烘干后的黃鐵礦0.6~0.8g，研磨成200目以上的粉末，在粉末壓片機中 0.5MPa條件下壓成黃鐵礦圓柱體后用鉭箱包裹； 步驟4、將氯化鈉研磨成200目以上的粉末，置于烘箱中150°C溫度烘干2小時； 步驟5、用烘干后的氯化鈉粉末制備內含黃鐵礦圓柱體的氯化鈉圓柱體； 步驟6、將內含黃鐵礦圓柱體的氯化鈉圓柱體放入高壓組裝塊內，進行加溫加壓燒結； 步驟7、燒結完成后的樣品打磨拋光即得黃鐵礦電極。
[0006] 步驟1挑選黃鐵礦顆粒的方法為:將含有黃銅礦的巖石碎成80-100目，在雙目鏡下 挑選出純度為95%以上的黃鐵礦。
[0007] 步驟2所述黃鐵礦顆粒清洗后烘干的方法為：用丙酮超聲清洗10-20min，再用無水 乙醇清洗，然后置于烘箱中30_60°C溫度下5-30min。
[0008] 步驟5所述制備內含黃鐵礦圓柱體的氯化鈉圓柱體的方法為:將氯化鈉粉末在粉 末壓片機中壓成圓柱狀，然后將用鉭箱包裹的黃鐵礦圓柱體放在氯化鈉圓柱體上表面的中 間位置，再加入氯化鈉粉末覆蓋，在粉末壓片機中IMPa條件下壓實，得到內含黃鐵礦圓柱體 的氯化鈉圓柱體，完成樣品準備。
[0009] 步驟6所述樣品放入高壓組裝塊內，其實現方法包括： 步驟6.1、選取一塊葉臘石塊，在葉臘石塊中心打一個圓形通孔； 步驟6.2、在通孔內套一個圓形的石墨加熱爐； 步驟6.3、在石墨加熱爐中間放置內含黃鐵礦圓柱體的氯化鈉圓柱體樣品； 步驟6.4、將圓形石墨加熱爐上下兩端用葉臘石堵頭密封。
[0010] 步驟6所述的加溫加壓燒結是將高壓組裝塊放入6*600t六面頂壓機中加溫加壓燒 結，設定壓力為0.2-2.0 6?&，設定溫度為200-700°(：，反應時間10-901^11。
[0011]所述高壓組裝塊內設置有熱電偶。
[0012] 步驟7所述的將燒結完成后的樣品打磨拋光，其方法為： 步驟7.1、將燒結完成后的黃鐵礦圓柱體用AB膠粘在鈦棒上； 步驟7.2、用磨床將燒結完成后的黃鐵礦圓柱體加工成圓臺； 步驟7.3、將圓臺的大小端面打磨拋光； 步驟7.4、將拋光后的圓臺在丙酮中超聲清洗10-20min，自然晾干后放入惰性氣體氛圍 或真空環境中保存備用。
[0013] 本發明的有益效果： 本發明在高溫高壓的條件下，以挑選的黃鐵礦為原料，在黃鐵礦穩定存在的壓力和溫 度范圍內，通過固相擴散反應的重結晶方法，消除晶體顆粒間的界面，讓晶體顆粒長大，使 黃鐵礦粉末形成塊材，達到所需的硬度和強度，并將其加工成形，成功制備出相比天然較純 的黃鐵礦電極;解決了現有技術黃鐵礦性脆，延展性差以及黃鐵礦與其他硫化物礦物共生， 而共生礦物間的原電池作用會影響黃鐵礦電化學腐蝕結果等因素，存在的黃鐵礦電極很難 加工制備等技術問題。
[0014]
【具體實施方式】： 一種黃鐵礦電極的制備方法，它包括 步驟1、挑選黃鐵礦顆粒； 步驟2、將挑選的黃鐵礦顆粒清洗后烘干備用； 步驟3、稱取烘干后的黃鐵礦0.6~0.8g，研磨成200目以上的粉末，在粉末壓片機中 0.5MPa條件下壓成黃鐵礦圓柱體后用鉭箱包裹； 步驟4、將氯化鈉研磨成200目以上的粉末，置于烘箱中150°C溫度烘干2小時； 步驟5、用烘干后的氯化鈉粉末制備內含黃鐵礦圓柱體的氯化鈉圓柱體； 步驟6、將內含黃鐵礦圓柱體的氯化鈉圓柱體放入高壓組裝塊內，進行加溫加壓燒結； 步驟7、燒結完成后的樣品打磨拋光即得黃鐵礦電極。
[0015] 步驟1挑選黃鐵礦顆粒的方法為:將含有黃銅礦的巖石碎成80-100目，在雙目鏡下 挑選出純度為95%以上的黃鐵礦。
[0016] 步驟2所述黃鐵礦顆粒清洗后烘干的方法為：用丙酮超聲清洗10-20min，再用無水 乙醇清洗，然后置于烘箱中30_60°C溫度下5-30min。
[0017] 步驟5所述制備內含黃鐵礦圓柱體的氯化鈉圓柱體的方法為:將氯化鈉粉末在粉 末壓片機中壓成圓柱狀，然后將用鉭箱包裹的黃鐵礦圓柱體放在氯化鈉圓柱體上表面的中 間位置，再加入氯化鈉粉末覆蓋，在粉末壓片機中IMPa條件下壓實，得到內含黃鐵礦圓柱體 的氯化鈉圓柱體，完成樣品準備。
[0018] 步驟6所述樣品放入高壓組裝塊內，其實現方法包括： 步驟6.1、選取一塊葉臘石塊，在葉臘石塊中心打一個圓形通孔； 步驟6.2、在通孔內套一個圓形的石墨加熱爐； 步驟6.3、在石墨加熱爐中間放置內含黃鐵礦圓柱體的氯化鈉圓柱體樣品； 步驟6.4、將圓形石墨加熱爐上下兩端用葉臘石堵頭密封。
[0019] 步驟6所述的加溫加壓燒結是將高壓組裝塊放入6*600t六面頂壓機中加溫加壓燒 結，設定壓力為0.2-2.0 6?&，設定溫度為200-700°(：，反應時間10-901^11。
[0020] 所述高壓組裝塊內設置有熱電偶。
[0021] 步驟7所述的將燒結完成后的樣品打磨拋光，其方法為： 步驟7.1、將燒結完成后的黃鐵礦圓柱體用AB膠粘在鈦棒上； 步驟7.2、用磨床將燒結完成后的黃鐵礦圓柱體加工成圓臺； 步驟7.3、將圓臺的大小端面打磨拋光； 步驟7.4、將拋光后的圓臺在丙酮中超聲清洗10-20min，自然晾干后放入惰性氣體氛圍 或真空環境中保存備用。
[0022] 實施案例1: 將含有黃鐵礦的巖石碎成80-100目，在雙目鏡下挑選出純度大于95%的黃鐵礦顆粒，用 丙酮超聲清洗10_20min，再用無水乙醇清洗干凈，然后置于烘箱中30-60°C溫度下5-30min 后烘干備用。稱取〇.8g黃銅礦顆粒，將其研磨成200目以上的粉末，在粉末壓片機中0.5MPa 條件下壓成圓柱體，用鉭箱包裹。稱取氯化鈉也將其研磨成200目以上的粉末，置于烘箱中 150°C溫度下2h后烘干作為傳壓介質備用。稱取0.67g氯化鈉，在粉末壓片機中壓成圓柱狀， 然后將黃鐵礦圓柱體放在氯化鈉圓柱體上表面的中間位置，再倒入〇.75g氯化鈉覆蓋，在粉 末壓片中IMPa條件下壓實，得到內含黃鐵礦圓柱體的氯化鈉圓柱體，完成樣品準備。高壓組 裝塊組裝方式： D 32 X 32mm的葉臘石塊中心打直徑為14mm的圓形通孔； 哲葉臘石塊圓形通孔里面套一個外徑為14mm，內徑為10mm的石墨加熱爐； :言）石墨加熱爐中間放內含黃鐵礦圓柱體的氯化鈉圓柱體，上下為直徑為l〇mm的葉臘 石堵頭。
[0023]至此，高壓組裝塊完成，其中高壓組裝塊涉及到的尺寸可根據黃鐵礦電極的尺寸 來具體確定;該組裝塊中，葉臘石和氯化鈉作傳壓介質，石墨爐作加熱爐，熱電偶作控溫裝 置。本發明高壓組裝塊的優點是使用熱電偶控溫，加熱系統通過熱電偶反饋的溫度調 節加熱功率，從而改變溫度，該方法可以實現對溫度的即時監控，適用于對溫度測量精度要 求高的實驗；=葉臘石作為一級傳壓介質，具有很好的傳壓性、機械加工性、耐熱保溫性 和絕緣性，氯化鈉是一種低剪切材料，作為二級傳壓介質，使腔體中的壓力比較均勻，且其 密封性好;這）石墨爐作為加熱爐，溫度均勻性高。高壓組裝塊完成后，將其放入國產6* 600t六面頂壓機中加溫加壓燒結，設定壓力為0.2 GPa，設定溫度為200°C，反應時間為 lOmin，反應完成后，將樣品取出，得到純度大于95%，密度為4.8-5.1的黃鐵礦圓柱體。本發 明高溫高壓實驗條件設定的優點是Π瞻設定的溫度壓力條件是黃鐵礦穩定的條件，在此 條件下，黃鐵礦不會轉變為其他物質;:鍾)選取的溫度壓力條件有利于黃鐵礦重結晶，能夠 得到電極所要硬度。將純黃鐵礦圓柱體用AB膠粘在鈦棒上，用磨床將上述燒結成形的圓柱 體加工成圓臺，并將圓臺的大小端面打磨拋光。將拋光后的圓臺在丙酮中超聲清洗10-20min，自然晾干后放入惰性氣體氛圍或真空環境中保存備用。
[0024] 實施案例2: 將含有黃鐵礦的巖石碎成80-100目，在雙目鏡下挑選出純度大于95%的黃鐵礦顆粒，用 丙酮超聲清洗10_20min，再用無水乙醇清洗干凈，然后置于烘箱中30-60°C溫度下5-30min 后烘干備用。稱取〇.8g黃銅礦顆粒，將其研磨成200目以上的粉末，在粉末壓片機中0.5MPa 條件下壓成圓柱體，用鉭箱包裹。稱取氯化鈉也將其研磨成200目以上的粉末，置于烘箱中 150°C溫度下2h后烘干作為傳壓介質備用。稱取0.67g氯化鈉，在粉末壓片機中壓成圓柱狀， 然后將黃鐵礦圓柱體放在氯化鈉圓柱體上表面的中間位置，再倒入〇.75g氯化鈉覆蓋，在粉 末壓片中IMPa條件下壓實，得到內含黃鐵礦圓柱體的氯化鈉圓柱體，完成樣品準備。高壓組 裝塊組裝方式： 32 X 32mm的葉臘石塊中心打直徑為14mm的通孔； _葉臘石塊孔里面套一個外徑為14_，內徑為10_的石墨加熱爐； fg石墨加熱爐中間放內含黃鐵礦圓柱體的氯化鈉圓柱體，上下為直徑為l〇mm的葉臘 石堵頭。
[0025]至此，高壓組裝塊完成，其中高壓組裝塊涉及到的尺寸可根據黃鐵礦電極的尺寸 來具體確定;該組裝塊中，葉臘石和氯化鈉作傳壓介質，石墨爐作加熱爐，熱電偶作控溫裝 置。本發明高壓組裝塊的優點是::(§使用熱電偶控溫，加熱系統通過熱電偶反饋的溫度調 節加熱功率，從而改變溫度，該方法可以實現對溫度的即時監控，適用于對溫度測量精度要 求高的實驗;f.葉臘石作為一級傳壓介質，具有很好的傳壓性、機械加工性、耐熱保溫性和 絕緣性，氯化鈉是一種低剪切材料，作為二級傳壓介質，使腔體中的壓力比較均勻，且其密 封性好;:1)石墨爐作為加熱爐，溫度均勻性高。高壓組裝塊完成后，將其放入國產6*600t 六面頂壓機中加溫加壓燒結，設定壓力為1 GPa，設定溫度為350°C，反應時間為45min，反應 完成后，將樣品取出，得到純度大于95%，密度為4.8-5.1的黃鐵礦圓柱體。本發明高溫高壓 實驗條件設定的優點是:?設定的溫度壓力條件是黃鐵礦穩定的條件，在此條件下，黃鐵 礦不會轉變為其他物質；§選取的溫度壓力條件有利于黃鐵礦重結晶，能夠得到電極所要 硬度。將純黃鐵礦圓柱體用AB膠粘在鈦棒上，用磨床將上述燒結成形的圓柱體加工成圓臺， 并將圓臺的大小端面打磨拋光。將拋光后的圓臺在丙酮中超聲清洗l〇 -20min，自然瞭干后 放入惰性氣體氛圍或真空環境中保存備用。
[0026] 實施案例3: 將含有黃鐵礦的巖石碎成80-100目，在雙目鏡下挑選出純度大于95%的黃鐵礦顆粒，用 丙酮超聲清洗10_20min，再用無水乙醇清洗干凈，然后置于烘箱中30-60°C溫度下5-30min 后烘干備用。稱取〇.8g黃銅礦顆粒，將其研磨成200目以上的粉末，在粉末壓片機中0.5MPa 條件下壓成圓柱體，用鉭箱包裹。稱取氯化鈉也將其研磨成200目以上的粉末，置于烘箱中 150°C溫度下2h后烘干作為傳壓介質備用。稱取0.67g氯化鈉，在粉末壓片機中壓成圓柱狀， 然后將黃鐵礦圓柱體放在氯化鈉圓柱體上表面的中間位置，再倒入〇.75g氯化鈉覆蓋，在粉 末壓片中IMPa條件下壓實，得到內含黃鐵礦圓柱體的氯化鈉圓柱體，完成樣品準備。高壓組 裝塊組裝方式： 麵_ 32X32mm的葉臘石塊中心打直徑為14mm的通孔； _葉臘石塊孔里面套一個外徑為14_，內徑為10_的石墨加熱爐； 戀:I石墨加熱爐中間放內含黃鐵礦圓柱體的氯化鈉圓柱體，上下為直徑為l〇mm的葉臘 石堵頭。
[0027]至此，高壓組裝塊完成，其中高壓組裝塊涉及到的尺寸可根據黃鐵礦電極的尺寸 來具體確定;該組裝塊中，葉臘石和氯化鈉作傳壓介質，石墨爐作加熱爐，熱電偶作控溫裝 置。本發明高壓組裝塊的優點是:ffi使用熱電偶控溫，加熱系統通過熱電偶反饋的溫度調 節加熱功率，從而改變溫度，該方法可以實現對溫度的即時監控，適用于對溫度測量精度要 求高的實驗;戀葉臘石作為一級傳壓介質，具有很好的傳壓性、機械加工性、耐熱保溫性和 絕緣性，氯化鈉是一種低剪切材料，作為二級傳壓介質，使腔體中的壓力比較均勻，且其密 封性好r?石墨爐作為加熱爐，溫度均勻性高。高壓組裝塊完成后，將其放入國產6*600t 六面頂壓機中加溫加壓燒結，設定壓力為2 GPa，設定溫度為700°C，反應時間為90min，反應 完成后，將樣品取出，得到純度大于95%，密度為4.8-5.1的黃鐵礦圓柱體。本發明高溫高壓 實驗條件設定的優點是:丨|5;設定的溫度壓力條件是黃鐵礦穩定的條件，在此條件下，黃鐵 礦不會轉變為其他物質;18選取的溫度壓力條件有利于黃鐵礦重結晶，能夠得到電極所要 硬度。將純黃鐵礦圓柱體用AB膠粘在鈦棒上，用磨床將上述燒結成形的圓柱體加工成圓臺， 并將圓臺的大小端面打磨拋光。將拋光后的圓臺在丙酮中超聲清洗l〇 -20min，自然瞭干后 放入惰性氣體氛圍或真空環境中保存備用。
【主權項】
1. 一種黃鐵礦電極的制備方法，它包括 步驟1、挑選黃鐵礦顆粒； 步驟2、將挑選的黃鐵礦顆粒清洗后烘干備用； 步驟3、稱取烘干后的黃鐵礦0.6~0.8g，研磨成200目以上的粉末，在粉末壓片機中 0.5MPa條件下壓成黃鐵礦圓柱體后用鉭箱包裹； 步驟4、將氯化鈉研磨成200目以上的粉末，置于烘箱中150°C溫度烘干2小時； 步驟5、用烘干后的氯化鈉粉末制備內含黃鐵礦圓柱體的氯化鈉圓柱體； 步驟6、將內含黃鐵礦圓柱體的氯化鈉圓柱體放入高壓組裝塊內，進行加溫加壓燒結； 步驟7、燒結完成后的樣品打磨拋光即得黃鐵礦電極。2. 根據權利要求1所述的一種黃鐵礦電極的制備方法，其特征在于：步驟1挑選黃鐵礦 顆粒的方法為:將含有黃銅礦的巖石碎成80-100目，在雙目鏡下挑選出純度為95%以上的黃 鐵礦。3. 根據權利要求1所述的一種黃鐵礦電極的制備方法，其特征在于：步驟2所述黃鐵礦 顆粒清洗后烘干的方法為：用丙酮超聲清洗10_20min，再用無水乙醇清洗，然后置于烘箱中 30-60 °C 溫度下5-30min。4. 根據權利要求1所述的一種黃鐵礦電極的制備方法，其特征在于：步驟5所述制備內 含黃鐵礦圓柱體的氯化鈉圓柱體的方法為:將氯化鈉粉末在粉末壓片機中壓成圓柱狀，然 后將用鉭箱包裹的黃鐵礦圓柱體放在氯化鈉圓柱體上表面的中間位置，再加入氯化鈉粉末 覆蓋，在粉末壓片機中IMPa條件下壓實，得到內含黃鐵礦圓柱體的氯化鈉圓柱體，完成樣品 準備。5. 根據權利要求1所述的一種黃鐵礦電極的制備方法，其特征在于：步驟6所述樣品放 入高壓組裝塊內，其實現方法包括： 步驟6.1、選取一塊葉臘石塊，在葉臘石塊中心打一個圓形通孔； 步驟6.2、在通孔內套一個圓形的石墨加熱爐； 步驟6.3、在石墨加熱爐中間放置內含黃鐵礦圓柱體的氯化鈉圓柱體樣品； 步驟6.4、將圓形石墨加熱爐上下兩端用葉臘石堵頭密封。6. 根據權利要求1所述的一種黃鐵礦電極的制備方法，其特征在于：步驟6所述的加溫 加壓燒結是將高壓組裝塊放入6*600t六面頂壓機中加溫加壓燒結，設定壓力為0.2-2.0 GPa，設定溫度為200-700 °C，反應時間10_90min。7. 根據權利要求5所述的一種黃鐵礦電極的制備方法，其特征在于:所述高壓組裝塊內 設置有熱電偶。8. 根據權利要求1所述的一種黃鐵礦電極的制備方法，其特征在于：步驟7所述的將燒 結完成后的樣品打磨拋光，其方法為： 步驟7.1、將燒結完成后的黃鐵礦圓柱體用AB膠粘在鈦棒上； 步驟7.2、用磨床將燒結完成后的黃鐵礦圓柱體加工成圓臺； 步驟7.3、將圓臺的大小端面打磨拋光； 步驟7.4、將拋光后的圓臺在丙酮中超聲清洗10-20min，自然晾干后放入惰性氣體氛圍 或真空環境中保存備用。
【文檔編號】H01M4/58GK106044867SQ201610464332
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月24日
【發明人】梁文, 王璐穎, 尹遠, 李和平
【申請人】中國科學院地球化學研究所