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硫化亞鐵（黑褐色六方晶體）

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硫化亞鐵

黑褐色六方晶體

硫化亞鐵(ferrous sulfide) 化學(xué)式FeS，分子量為87.91，一種無(wú)機化合物，含雜質(zhì)硫化亞鐵為灰色至棕色固體，純品為無(wú)色六方晶體。其比重為4.74，熔點(diǎn)1194 ℃，不溶于氨，難溶于水，密度為4. 74g/cm。硫化亞鐵有低毒性，大鼠經(jīng)口以Fe計的LD₅₀為279～558mg/kg(bw)。硫化亞鐵溶于酸時(shí)會(huì )產(chǎn)生硫化氫氣體，在熱水中分解。硫化亞鐵在潮濕空氣中逐漸氧化成四氧化三鐵和硫，可由鐵和硫在高真空石英封管內共熔制得。硫化亞鐵主要用于硫化氫和陶瓷的制備以及可用作油漆顏料等方面。

基本信息

中文名

硫化亞鐵

英文名

Ferrous sulfide

拼音

liú huà yà tiě

CAS號

1317-37-9

性質(zhì)

化學(xué)式

FeS

結構式

S=Fe

摩爾質(zhì)量

87.911g

外觀(guān)

灰色至棕色固體，純品，無(wú)色六方晶體

密度

4.75/cm

熔點(diǎn)

1194℃

沸點(diǎn)

分解

溶解性

不溶于水，溶于酸放出H₂S

環(huán)境分布

硫化亞鐵形成于含硫酸根還原菌的還原環(huán)境中。硫酸根還原菌可以利用環(huán)境中的有機質(zhì)作為碳源和代謝能量，將硫酸根(SO₄)還原為S后與離子態(tài)Fe或者鐵氧化物反應形成FeS。其廣泛存在于含有機質(zhì)和硫酸根還原菌的還原環(huán)境中，如較深層土壤，地下水和江海河口沉積物等。黃鐵礦是分布范圍最廣的硫化物，可以用來(lái)提取硫和制造硫酸，多存在于巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖的副礦物中，含有鉆、鎳、鋅等物質(zhì)。

物質(zhì)結構

硫化亞鐵屬于P4/nmm 空間群，有一個(gè)特殊的由四面體結合在一起的層狀結構結構層沿c 軸方向延伸并通過(guò)范德華力結合在一起，如圖1所示，

在硫化亞鐵結構層中，每個(gè)Fe 原子與四個(gè) S 原子通過(guò)配位作用形成共邊四面體。四個(gè)Fe原子之間又分別以 0.26 nm 的距離連接成一個(gè)正四邊形，這種短的距離可能導致Fe的d軌道電子在基面中廣泛地離域，進(jìn)而使FeS具有金屬導電性。FeS具有的納米級粒徑和較大的比表面積使其表現出更強的吸附性能和反應活性，其表面活性位點(diǎn)決定它在水溶液的表面電荷。當FeS溶于水時(shí)，其晶體邊緣的Fe原子和S原子可以通過(guò)水解作用形成羥基和巰基兩種官能團。根據溶液的pH值，兩種官能團都存在質(zhì)子化和去質(zhì)子化兩種形態(tài)。當溶液pH低于FeS表面零點(diǎn)電荷pH值時(shí)，表面主要是≡Fe OH和≡FeSH官能團，而當溶液 pH 高于零點(diǎn)電荷 pH 值時(shí)則主要是≡FeOH和≡FeS，但是不同研究測出來(lái)的FeS表面零點(diǎn)電荷pH值相差較大。

理化性質(zhì)

含雜質(zhì)的硫化亞鐵為灰色至棕色固體，純品為無(wú)色六方晶體，比重為4.74，熔點(diǎn)1194℃，不溶于氧，難溶于水，密度為4.74g/cm。溶于無(wú)機酸，同時(shí)放出有毒和可燃性之硫化氫氣體。其反應如下：

在空氣中加熱容易被氧化，其反應為

此外，硫化亞鐵在潮濕空氣中可以逐漸被氧化而分解成硫和四氧化三鐵。

硫化亞鐵及鐵的其它硫化物在空氣中受熱或光照時(shí)，會(huì )發(fā)生如下反應：

制備

可通過(guò)硫磺與鐵直接反應可制得硫化亞鐵，其反應如下：

氧化鐵加熱到950—1050 ℃，通入硫化氫和過(guò)量氫氣的混合氣體反應可制得硫化亞鐵。

將硫化銻或堿金屬硫化物加入到亞鐵鹽溶液中反應可制得硫化亞鐵。

加黃鐵礦或其富集物于水或無(wú)水的FeSO₄，Fe₂(SO₄)₃或它們的混合物中，加熱至1000℃以上(或同時(shí)用煤或焦炭處理）即生成FeS和SO₂。
微乳液法：通過(guò)選擇合適的微乳液體系，使用氯化亞鐵和硫化鈉可制備出圓球狀的FeS 粒子。

均相沉淀法：通過(guò)均相沉淀法，以硫代乙酰胺和硫酸亞鐵銨為主要原料可以成功地合成FeS粉末。
輝光放電法：以硫的蒸氣進(jìn)行氣體放電，在 160~180℃ 的溫度和真空反應室中 (有陰極和陽(yáng)極)，當反應室中充滿(mǎn)硫蒸氣時(shí)，在陰極和陽(yáng)極間施以高壓直流電時(shí)，即產(chǎn)生輝光放電，硫離子與陰極盤(pán)上的工件產(chǎn)生物理化學(xué)作用與零件表面的元素化合，而成硫化物層。在 100~30℃溫度下，能獲得100~120m的FeS層。
離子滲硫法：離子滲硫 FeS層是在低溫離子滲爐內190℃ 溫度條件下滲硫處理3h所得。硫蒸氣在直流高壓電場(chǎng)作用下被加速沖向工件表面，使表面產(chǎn)生大量晶體缺陷，硫原子沿著(zhù)晶界和缺陷向內擴滲，與Fe原子作用生成 FeS。
高溫合成法：采用光譜純的Fe和S為原料，將Fe車(chē)削成鐵屑，采用氫氣高溫還原裝置將鐵屑進(jìn)行還原處理。

測定

不同樣品中硫化亞鐵的測定方法

各種爐渣中FeS的測定方法則基于在浸取金屬鐵后的殘渣中，用溴—甲醇溶液選擇溶解FeS，鐵的氧化物留于殘渣中；也可用溴—甲醇溶液同時(shí)浸取金屬鐵和FeS，測定二者鐵的合量，然后減去金屬鐵量可得硫化亞鐵的鐵含量。

試樣中硫化亞鐵與非氧化性酸反應生成硫化氫氣體，用乙酸鎘和乙酸鋅混合溶液吸收后產(chǎn)生硫化鎘和硫化鋅沉淀。加入過(guò)量碘標準溶液與硫化鎘和硫化鋅發(fā)生定量反應，剩余的碘以淀粉為指示劑，用硫代硫酸鈉標準溶液滴定。根據實(shí)際消耗的碘量，即可求得硫化亞鐵含量。

應用領(lǐng)域

實(shí)驗室用作分析試劑和制作硫化氫的原料
工業(yè)上用于油漆、顏料和陶瓷的生產(chǎn)，還可用來(lái)制取其他亞鐵鹽。
造紙工業(yè)用于制造亞硫酸鹽溶液。
鋼鐵部件的固體潤滑劑

作為電極：硫化亞鐵電極具有理想的充放電性能，可應用于電極。
去除環(huán)境污染物：硫化亞鐵不僅可以去除銅，汞，鉻，鎘和鉛等無(wú)機污染物，而且可以去除三氯乙烯，四氯乙烯等有機污染物。

安全事宜

健康危害

硫化亞鐵有低毒性，大鼠經(jīng)口以Fe計的LD₅₀為279～558mg/kg(bw)。人長(cháng)期吸入該粉塵，可能引起塵肺改變；若不慎觸及皮膚和眼睛會(huì )引起刺激癥狀；誤服可引起胃腸刺激癥狀，并可能導致十二指腸假性黑變病。

急救措施

吸入

誤吸入硫化亞鐵后，應該保持呼吸道通暢，必要時(shí)輔助通氣。當出現出血性胃腸炎引起的休克時(shí)應用靜脈注射晶體液進(jìn)行治療，必要時(shí)更換血液，并且時(shí)刻監測休克情況。

眼睛

當眼睛接觸到硫化亞鐵時(shí)，應立即用水或生理鹽水沖洗眼睛。

攝入

當攝入硫化亞鐵時(shí)，如果患者可以吞咽、有強烈的嘔吐反應并且不流口水，應進(jìn)行漱口稀釋。

中毒措施

患者發(fā)生輕度中毒時(shí)，會(huì )出現明顯的低血容量，嚴重中毒時(shí)（例如休克、嚴重酸中毒和/或血清鐵> 500-600 mcg/dL）應給予去鐵胺進(jìn)行治療。應時(shí)刻監測患者尿液中去鐵胺-鐵復合物的情況。當尿液恢復正常或血清鐵水平升高則可停止治療。

環(huán)境

當加熱分解時(shí)，它會(huì )散發(fā)出硫氧化物的有毒煙霧，其氧化是一種重要的地球化學(xué)過(guò)程，不僅導致酸性礦山廢水的形成還會(huì )影響環(huán)境污染物的釋放，遷移，降解和或化學(xué)形態(tài)的轉化。

消防

硫化亞鐵自燃的過(guò)程中如果沒(méi)有一定的可燃物支持，將產(chǎn)生白色的SO₂氣體，常被誤認為水蒸汽，伴有刺激性氣味，同時(shí)放出大量的熱。當周?chē)衅渌扇嘉?如油品)存在時(shí)，會(huì )冒出濃煙，并引發(fā)火災和爆炸。

預防自然的措施

隔離法：為了防止硫化亞鐵與空氣中的氧氣接觸，可以通過(guò)使用氮氣和水封保護進(jìn)行保護。

鈍化法：用鈍化劑進(jìn)行設備處理，將易自燃的硫化亞鐵轉變?yōu)檩^穩定的化合物。但缺點(diǎn)是純粹的鈍化法成本較高，且由于含有油垢，使附著(zhù)在設備上的硫化亞鐵不容易去除。

清洗法：主要包括物理清洗和化學(xué)清洗，通過(guò)使用機械清洗或化學(xué)藥劑進(jìn)行清洗。

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