二硫化铁是一种无机化合物,化学式是FeS2,通称二硫化亚铁,英文名为ferrous disulfide,分子量为119.975。
自然界中主要以两种矿物存在:黄铁矿和白铁矿。白铁矿属于正交晶系,其禁带宽度较窄,不适合光电有效转换过程;黄铁矿最常见,是一种黄色立方晶体、无味,晶体属等轴晶系的硫化物矿物之一。生产硫酸所用的原材料主要是黄铁矿,成分中通常含钴、镍和硒,具有AB2的典型立方结构,结构类似NaCl,Fe原子位于单胞的角顶和面心。哑铃型的S2原子位于立方体单胞的12条棱上,不易分散。天然二硫化亚铁存在三种晶型,即立方体、八面体、五角十二面体及其聚形等,前两种晶型含量很高,后一种含量很低。由于各种晶型二硫化亚铁的分子结构式都属AB2,因此其物理化学性质相同,通过物理和化学方法分离很难。
一、二硫化铁物理性质
立方体晶面上有与晶棱平行的条纹,各晶面上的条纹相互垂直。集合体呈致密块状、粒状或结核状。浅黄(铜黄)色,条痕绿黑色,强金属光泽,不透明,无解理,参差状断口。摩氏硬度较大,达6~6.5,小刀刻不动。比重4.9~5.2。在地表条件下易风化为褐铁矿。
二、二硫化铁化学性质
该物质Fe为+2价,S为-1价,较为特殊,整个原子团S2为-2价。FeS2作为黄铁矿的主要成分,具有反磁性,室温为非活性物质,温度升高后变得活泼。在空气中氧化成氧化铁和二氧化硫,主要用于制造二氧化硫、硫酸及锂电池。
三、二硫化铁应用领域
1、硫酸工业
在橡胶、造纸、纺织、食品、火柴等工业以及农业中均有重要用途。特别是国防工业上用以制造各种炸药、发烟剂等。以硫铁矿为原料制取硫酸,其矿渣可用来炼铁、炼钢。若炉渣含硫量较高,含铁量不高时,可以用作水泥的附属原料——混合料。
2、金属冶炼工业
硫化铁矿这种主要成分为FeS2的矿石,含铁量为46.6%,而硫的含量达到53.4%,呈现灰黄色,比重约为4.95~5.10。同时这种矿石常常含有许多其它较贵重的金属,如铜、镍、锌、金、银等;同时,硫铁矿又常与铜、铅、锌、钼等硫化矿床共生,并含有金、钴、钼及稀有元素硒等,能综合回收利用。所以常被用做金属冶炼工业的原料。
工业上常利用黄铁矿制硫酸工艺的残渣作为钢铁冶金原料使用。残渣主要化学成分为Fe2O3,一般含铁40%~55%,含硫1.5%~2.0%,硫酸渣作为金属冶炼的原料,主要是利用其中含铁成分,降低烧结原料的生产成本。烧结料中硫酸渣的陪加量一般在10%以下。将硫酸渣进行处理,增加细度,提高其含铁量,降低含硫量,可作为球团矿的原料。
3、光电材料
二硫化亚铁是一种在自然界储量非常丰富的无毒环境友好型间接带隙半导体材料,带隙宽度为0.95 eV。非常接近理想太阳能电池材料所需要的1.1 eV的要求,同时具有优良的光吸收能力,吸收系数达到105cm-1。因此二硫化亚铁材料是一种非常具有潜力的新型光伏材料。2009年相关文献报道中,其在23种材料中居榜首成为最有潜力的代硅高效低价太阳电池材料。
四、二硫化铁检测项目
硫含量测定,铁含量测定,成分检测,含量测定,水分检测,元素分析等。
五、二硫化铁部分检测标准
GB/T 12690.6-2017稀土金属及其氧化物中非稀土杂质化学分析方法
GB/T 2462-1996硫铁矿和硫精矿中有效硫含量的测定
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