電化學促進的碳熱還原金屬硫化物制備金屬碳化物的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及金屬碳化物的制備方法，具體為電化學促進的碳熱還原金屬硫化物制備金屬碳化物的方法，金屬硫化物和碳粉充分混合均勻后，壓制成片體與鐵鉻鋁絲籃組成陰極，石墨為陽極，以熔融氯化鹽為電解質(zhì)，在780-900℃溫度、氬氣的保護下，在2.6～3.3V的電壓下進行碳熱還原反應；反應后取出陰極的片體，在惰性氣氛下中冷卻后，用蒸餾水清洗、干燥得到粉末產(chǎn)品。本發(fā)明提供的電化學促進的碳熱還原金屬硫化物制備金屬碳化物的方法，以氯化鉀或者氯化鉀與其他氯化鹽的混合物熔鹽為電解質(zhì)，拓展了電解電壓范圍。由于電化學作用使碳熱還原反應溫度降低，速度加快，陽極產(chǎn)物為單質(zhì)硫，因此該方法具有生產(chǎn)流程短、能耗低、污染少、制備出的碳化物純度高等優(yōu)點。
【專利說明】電化學促進的碳熱還原金屬硫化物制備金屬碳化物的方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬碳化物的制備方法，具體為電化學促進的碳熱還原金屬硫化物制 備金屬碳化物的方法。

【背景技術】
[0002] 金屬碳化物具有高硬度、高熔點、高化學穩(wěn)定性、高熱穩(wěn)定性、高導熱性等各種優(yōu) 良性能，因此單一或復合金屬碳化物制品在工業(yè)、軍工和航天等領域有廣泛應用。
[0003] 目前，在國內(nèi)外金屬碳化物的合成主要有金屬氧化物的碳熱還原、金屬與碳直接 反應、化學氣相沉積、熱等離子法和微波法等。這些方法普遍存在反應溫度高、能耗大、污染 嚴重和成本高等問題。申請?zhí)枮?01110089991. 1提供一種以金屬氧化物和碳粉為原料采 用熔鹽電解的方法制備高熔點金屬碳化物，使流程縮短、成本降低、污染減小，為金屬碳化 物的制備提供了新方法。但由于采用氯化鈣為熔鹽，可能生成碳化鈣，降低效率，同時在陽 極上有二氧化碳的排放。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有金屬碳化物合成技術中存在的問題，本發(fā)明目的在于提供一種能耗低、 無污染物排放制備金屬碳化物的方法，具體的技術方案為：
[0005] 電化學促進的碳熱還原金屬硫化物制備金屬碳化物的方法，包括以下步驟：
[0006] (1)將金屬硫化物和碳粉按摩爾比1 :1?2比例稱量，在球磨機上充分混合均勻 后，壓制成片體；
[0007] (2)將片體安置在鐵鉻鋁絲籃內(nèi)組成陰極，石墨為陽極，以熔融氯化鹽為電解質(zhì)， 在780-900°C溫度、氬氣的保護下，在2. 6?3. 3V的電壓下進行碳熱還原反應；
[0008] (3)反應8到12小時后取出陰極的片體，在惰性氣氛下中冷卻后，用蒸餾水清洗、 干燥得到粉末產(chǎn)品。
[0009] 所述的氯化鹽為氯化鉀單一物質(zhì)，也可以為摩爾比為1:1的氯化鉀與氯化鋰混合 鹽，或者摩爾比為1:1的氯化鉀與氯化鈉混合鹽。
[0010] 所述的氯化鹽使用前需在400°c溫度下干燥1天。
[0011] 所述的金屬硫化物和碳粉混合物壓制成的片體直接在一定電壓下進行碳熱還原 反應，不需要預先進行熱處理。
[0012] 本發(fā)明提供的電化學促進的碳熱還原金屬硫化物制備金屬碳化物的方法，以氯化 鉀或者氯化鉀與其他氯化鹽的混合物熔鹽為電解質(zhì)，拓展了電解電壓范圍。由于電化學作 用使碳熱還原反應溫度降低，速度加快，陽極產(chǎn)物為單質(zhì)硫，因此該方法具有生產(chǎn)流程短、 能耗低、污染少、制備出的碳化物純度高等優(yōu)點。

【具體實施方式】
[0013] 結合實施例，說明本發(fā)明的【具體實施方式】：
[0014] 實施例1
[0015] 將分析純的TiS2和高純C的粉末按摩爾比1 :1配比稱量，在球磨機中濕磨3小 時，取出干燥，將粉末壓制成片體，外圍用鐵鉻鋁絲籃包裹，作為陰極，采用高純石墨棒作為 陽極，在Ar氣的保護下，在溫度800°C，將電極插入裝有氯化鉀熔鹽的氧化鋁坩堝中，控制 電壓3. IV反應12小時后，取出陰極片；將取出的陰極片在惰性氣氛下中冷卻后，用蒸餾水 清洗干凈，并進行干燥，產(chǎn)物TiC純度可達99 %。
[0016] 實施例2
[0017] 將分析純的VS2和高純C的粉末按摩爾比1 :1配比稱量，在球磨機中濕磨3小時， 干燥后，將粉末壓制成片體，外圍用鐵鉻鋁絲籃包裹，作為陰極，高純石墨棒作為陽極，在Ar 氣的保護下，在820°C，將電極插入裝有摩爾比為1:1的氯化鉀與氯化鈉混合鹽的氧化鋁坩 堝中，控制電壓3. 0V反應10小時后，取出陰極片；將取出的陰極片在惰性氣氛下中冷卻后， 用蒸餾水清洗干凈，并進行干燥，產(chǎn)物VC純度可達99%。
[0018] 實施例3
[0019] 將分析純的WS2和高純C的粉末按摩爾比1 :1配比稱量，在球磨機中濕磨3小時， 取出干燥，將粉末壓制成片體，外圍用鐵鉻鋁絲包裹，作為陰極，采用高純石墨棒作為陽極， 在Ar氣的保護下，在900°C，將電極插入裝有氯化鉀熔鹽的氧化鋁坩堝中，控制電壓2. 8V反 應12小時后，取出陰極片；將取出的陰極片在惰性氣氛下中冷卻后，用蒸餾水清洗干凈，并 進行干燥，得到產(chǎn)物WC，同時在陽極得到單質(zhì)硫。
[0020] 實施例4
[0021] 將分析純的ZrS2和高純C的粉末按摩爾比1 :1配比稱量，在球磨機中濕磨3小 時，取出干燥，將粉末壓制成片體，外圍用鐵鉻鋁絲籃包裹，作為陰極；采用高純石墨棒作為 陽極，在Ar氣的保護下，在溫度900°C，將電極插入裝有摩爾比為1:1氯化鈉與氯化鉀熔鹽 的氧化鋁坩堝中，控制電壓3. 3V反應12小時后，取出陰極片；將取出的陰極片在惰性氣氛 下中冷卻后，用蒸餾水清洗干凈，并進行干燥，得到產(chǎn)物ZrC，純度可達99%。
[0022] 實施例5
[0023] 將分析純的Ta2S5和高純C的粉末按摩爾比1 :2配比稱量，在球磨機中濕磨3小 時，取出干燥，將粉末壓制成片體，外圍用鐵鉻鋁絲籃包裹，作為陰極；采用高純石墨棒作為 陽極；在Ar氣的保護下，在溫度850°C，將電極插入裝有摩爾比為1:1的氯化鉀與氯化鈉混 合鹽的氧化鋁坩堝中，控制電壓3. 0V反應9小時后，取出陰極片；將取出的陰極片在惰性氣 氛下中冷卻后，用蒸餾水清洗干凈，并進行干燥，產(chǎn)物TaC純度可達99%。
[0024] 實施例6
[0025] 將分析純的Nb2S5和高純C的粉末按摩爾比1:1配比稱量，在球磨機中濕磨3小 時，取出干燥，將粉末壓制成片體，外圍用鐵鉻鋁絲籃包裹，作為陰極；采用高純石墨棒作為 陽極，在Ar氣的保護下，溫度860°C，將電極插入裝有摩爾比為1:1的氯化鉀與氯化鋰混合 鹽的氧化鋁坩堝中，控制電壓2. 9V反應12小時后，取出陰極片；將取出的陰極片在惰性氣 氛下中冷卻后，用蒸餾水清洗干凈，并進行干燥，產(chǎn)物NbC純度可達99%。
[0026] 實施例7
[0027] 將分析純的MoS2和高純C的粉末按摩爾比1:1配比稱量，在球磨機中濕磨3小時， 取出干燥，將粉末壓制成片體，外圍用鐵鉻鋁絲籃包裹，作為陰極；采用高純石墨棒作為陽
【權利要求】
1. 電化學促進的碳熱還原金屬硫化物制備金屬碳化物的方法，其特征在于：包括以下 步驟， (1) 將金屬硫化物和碳粉按摩爾比1 :1?2比例稱量，在球磨機上充分混合均勻后，壓 制成片體； (2) 將片體安置在鐵鉻鋁絲籃內(nèi)組成陰極，石墨為陽極，以熔融氯化鹽為電解質(zhì)，在 780-900°C溫度、氬氣的保護下，在2. 6?3. 3V的電壓下進行碳熱還原反應； (3) 反應8到12小時后取出陰極的片體，在惰性氣氛下中冷卻后，用蒸餾水清洗、干燥 得到粉末產(chǎn)品。
2. 根據(jù)權利要求1所述的電化學促進的碳熱還原金屬硫化物制備金屬碳化物的方法， 其特征在于：所述的氯化鹽為氯化鉀，或者氯化鉀與氯化鋰混合鹽，或者氯化鉀與氯化鈉混 合鹽。
3. 根據(jù)權利要求2所述的電化學促進的碳熱還原金屬硫化物制備金屬碳化物的方法， 其特征在于：所述的氯化鹽使用前需在400°C溫度下干燥1天。
【文檔編號】C25B1/00GK104099632SQ201410242857
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月3日 優(yōu)先權日:2014年6月3日
【發(fā)明者】周會珠, 王嶺, 戴磊, 李躍華, 朱靖, 王碩 申請人:河北聯(lián)合大學