一种高温高压合成含钇硅酸盐磷灰石(Ca5-xYx)[(PO4)3-x(SiO3)2x]F的方法

本发明涉及地球科学矿物学研究领域，涉及一种高温高压合成含钇硅酸盐磷灰石(ca5-xyx)[(po4)3-x(sio3)2x]f的方法。

背景技术：

1、稀土磷灰石是火成岩和变质岩中的常见矿物，也是一种富含稀土元素的重要载体，是提炼稀土的重要矿物原料。其天然形成机制在于，在高温高压水环境作用下，独居石ypo4和硅酸盐形成结构复杂的稀土硅酸盐复合磷酸盐，即含钇硅酸盐磷灰石(ca5-xyx)[(po4)3-x(sio3)2x]f。因为硅酸盐和磷酸盐晶型的显著差异，硅酸盐磷灰石复合晶型无法形成连续固溶体而存在极限固溶度，所以硅酸盐磷灰石的y含量x存在一个上限，而它对预测磷灰石矿床中的稀土含量至关重要。目前含钇硅酸盐磷灰石的性质研究多采用天然矿物，而人工合成针对固溶上限的量化还是空白。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：提供一种高温高压合成含钇硅酸盐磷灰石(ca5-xyx)[(po4)3-x(sio3)2x]f的方法，确定磷灰石稀土y的掺杂的范围。

2、本发明的技术方案是：一种高温高压合成含钇硅酸盐磷灰石(ca5-xyx)[(po4)3-x(sio3)2x]f的方法，包括以下步骤：

3、步骤1、使用分析纯的碳酸钙caco3和分析纯的纳米二氧化硅sio2以摩尔比1:1混合研磨均匀；使用粉末压片机，将混合物粉末置于φ10磨具中压片成φ10mm×10mm圆柱形，放置铺有铂金片的瓷舟上，在1000℃的硅钼棒炉中烧结12h，自然冷却后，研磨、压片，在1200℃再次烧结12h，研磨得到前驱体硅酸钙casio3粉末，合成反应：caco3+sio2→casio3+co2；

4、步骤2、使用分析纯的磷酸钙ca3(po4)2和分析纯的纳米氟化钙caf2以摩尔比3:1混合研磨均匀；使用粉末压片机，将混合物粉末置于φ10mm磨具中压片成φ10mm×10mm圆柱形，放置铺有铂金片的瓷舟上，在1000℃的硅钼棒炉中烧结24h，研磨得到前驱体无掺杂磷灰石ca5(po4)3f粉末，合成反应：3ca3(po4)2+caf2→2ca5(po4)3f；

5、步骤3、将步骤1和步骤2合成的前驱体相硅酸钙casio3、无掺杂磷灰石ca5(po4)3f以及分析纯的磷酸钇ypo4和分析纯的纳米氟化钙caf2按照反应方程左边进行摩尔配比混合得到混合物：(2-4x/3)ca5(po4)3f+2xypo4+4xcasio3+(2x/3)caf2→2(ca5-xyx)[(po4)3-x(sio3)2x]f，其中，x为稀土钇y的掺杂量，将混合物研磨均匀，使用粉末压片机，将混合物粉末置于φ6mm磨具中压片成φ6mm×5mm圆柱形，使用厚度0.02mm的铂金箔包裹，将铂金箔包裹样品的圆柱形置于h-bn管中，以h-bn为传压介质；

6、步骤4、将步骤3中装有样品的h-bn管组装在高压合成组装块中并放置在六面顶大压机进行高温高压反应；

7、步骤5，高温高压反应完成后，将铂金箔包裹的圆柱形取出，使用金刚石切刀切开铂金管，将样品取出研磨，得到含钇硅酸盐磷灰石粉末(ca5-xyx)[(po4)3-x(sio3)2x]f。

8、进一步的，步骤3所述h-bn管具体操作为：在车床上将大小为φ10mm的h-bn棒中心钻φ6mm的孔作成h-bn管，将样品塞入管中，两端拿φ6mm厚度为2mm的h-bn片密封。

9、进一步的，步骤4所述的将h-bn管组装在高压合成组装块中的方法，具体操作包括：选取一块叶腊石块，在叶腊石块中心打一个φ12mm圆形通孔；在圆形通孔内套一个外径12mm、内径φ10mm的圆形石墨加热炉；在石墨加热炉中间放置10mm的h-bn管密封的样品；将圆形石墨加热炉上下两端用叶腊石堵头密封。

10、进一步的，步骤4所述高温高压反应条件为，先将压力升至1-3gpa，然后升温到1050-1200℃，保压保温2h后淬火。

11、进一步的，步骤5所述得到的含钇硅酸盐磷灰石样品为白色粉末，无其他杂质，晶体结构为单斜晶系p63/m，晶格参数α＝90°，β＝90°，γ＝120°，随着钇的掺杂量x的增大，晶格参数线性增大。

12、进一步的，步骤5所述得到的含钇硅酸盐磷灰石样品中钇的掺杂量x的范围为0<x≤0.15；当x>0.15，合成产物出现磷酸钇ypo4杂相。

13、有益效果：本申请提供了一种人工合成含钇硅酸盐磷灰石(ca5-xyx)[(po4)3-x(sio3)2x]f的方法，弥补了现有技术无含钇硅酸盐磷灰石的空白，且找到了人工合成含钇硅酸盐磷灰石的固溶上限。

技术特征：

1.一种高温高压合成含钇硅酸盐磷灰石(ca5-xyx)[(po4)3-x(sio3)2x]f的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.按照权利要求1所述的一种高温高压合成含钇硅酸盐磷灰石(ca5-xyx)[(po4)3-x(sio3)2x]f的方法，其特征在于，步骤3所述h-bn管具体操作为：在车床上将大小为φ10mm的h-bn棒中心钻φ6mm的孔作成h-bn管，将样品塞入管中，两端拿φ6mm厚度为2mm的h-bn片密封。

3.按照权利要求1所述的一种高温高压合成含钇硅酸盐磷灰石(ca5-xyx)[(po4)3-x(sio3)2x]f的方法，其特征在于，步骤4所述的将h-bn管组装在高压合成组装块中的方法，具体操作包括：选取一块叶腊石块，在叶腊石块中心打一个φ12mm圆形通孔；在圆形通孔内套一个外径12mm、内径φ10mm的圆形石墨加热炉；在石墨加热炉中间放置10mm的h-bn管密封的样品；将圆形石墨加热炉上下两端用叶腊石堵头密封。

4.按照权利要求1所述的一种高温高压合成含钇硅酸盐磷灰石(ca5-xyx)[(po4)3-x(sio3)2x]f的方法，其特征在于，步骤4所述高温高压反应条件为，先将压力升至1-3gpa，然后升温到1050-1200℃，保压保温2h后淬火。

5.按照权利要求1所述的一种高温高压合成含钇硅酸盐磷灰石(ca5-xyx)[(po4)3-x(sio3)2x]f的方法，其特征在于，步骤5所述得到的含钇硅酸盐磷灰石样品为白色粉末，无其他杂质，晶体结构为单斜晶系p63/m，晶格参数α＝90°，β＝90°，γ＝120°，随着钇的掺杂量x的增大，晶格参数线性增大。

6.按照权利要求1所述的一种高温高压合成含钇硅酸盐磷灰石(ca5-xyx)[(po4)3-x(sio3)2x]f的方法，其特征在于，步骤5所述得到的含钇硅酸盐磷灰石样品中钇的掺杂量x的范围为0<x≤0.15。

技术总结本发明公开了一种高温高压合成含钇硅酸盐磷灰石(Ca5‑xYx)[(PO4)3‑x(SiO3)2x]F的方法。使用分析纯的碳酸钙和分析纯的纳米二氧化硅以摩尔比1:1混合高温烧结得到前驱体硅酸钙CaSiO3。使用分析纯的磷酸钙Ca3(PO4)2和分析纯的纳米氟化钙CaF2以摩尔比3:1混合研磨均匀，高温得到前驱体无掺杂磷灰石Ca5(PO4)3F粉末。将硅酸钙、无掺杂磷灰石以及分析纯的磷酸钇YPO4和纳米氟化钙按照反应方程摩尔配比混合，其中x为稀土钇Y的掺杂量。将混合物研磨均匀高温高压反应得到含钇硅酸盐磷灰石粉末。所得含钇硅酸盐磷灰石样品为白色粉末，钇的掺杂量x的范围为0<x≤0.15。技术研发人员：柳凯祥,梁文,杨玉雪,孟勇受保护的技术使用者：贵州民族大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2