本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種超粗鈷粉的制備方法，包括以下步驟：S1.制備鈷氨絡(luò)合溶液：將硫酸鈷、分散劑和直徑小于1μm的超細(xì)鈷粉溶于水中，攪拌均勻得到混合溶液A；將氨水加入混合溶液A中，得到鈷氨絡(luò)合溶液B；S2.制備超粗鈷粉：將鈷氨絡(luò)合溶液B放入高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行攪拌和加熱，攪拌加熱后通入氫氣進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，停止通入氫氣，降溫并降低攪拌速度，隨后進(jìn)行保溫處理，保溫結(jié)束后，停止加熱，繼續(xù)攪拌直至降至室溫，即可得到超粗鈷粉。該方法工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)率較高，一定程度上降低制備成本，制備出的鈷粉直徑較大，能滿足金剛石工具和注射成型等加工領(lǐng)域的粒度要求。
1、鈷粉在電池、催化劑、磁性材料等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。然而，現(xiàn)有的鈷粉制備方法存在粒徑較細(xì)、粒度分布不均勻等問題，限制了其在某些領(lǐng)域的應(yīng)用。超粗鈷粉通常指fsss粒度超過3.0μm的球形或類球形鈷粉，其主要用于金剛石工具和注射成型加工領(lǐng)域。在金剛石工具行業(yè)中，常用規(guī)格鈷粉的fsss粒度范圍為2~7μm，例如，umicore?400目金剛石用超粗鈷粉的fsss粒度約5μm。為了增強(qiáng)金剛石工具把持力，其所用鈷粉形貌一般為類球形或不規(guī)則珊瑚狀。在注射成型加工領(lǐng)域，常用規(guī)格鈷粉的fsss粒度范圍為5~15μm，以電子器件為例，其注射成型加工所用fsss粒度為11μm。球形超粗鈷粉有利于降低大容量器件的注射成型加工成本。
2、常用的超粗鈷粉制備方法是草酸鈷還原法，即由可溶性鈷鹽溶液與草酸銨反應(yīng)得到草酸鈷沉淀，然后在氫氣氛圍下高溫還原得到超粗鈷粉。專利cn101745644b中公布了一種超粗鈷粉的生產(chǎn)方法，該法以組成為h2:n2:h2o=3:1:(0.01~0.025)的混合氣體為還原氣，將草酸鈷在550~600℃下還原處理20~25min，獲得fsss粒度超過3.0μm超粗鈷粉。但是草酸鈷還原法制備的超粗鈷粉容易板結(jié)變硬，呈現(xiàn)過燒狀態(tài)，需要通過機(jī)械粉碎手段將其分散成粉狀；但破碎處理后，又會(huì)出現(xiàn)篩上物增加、超粗鈷粉實(shí)收率下降等問題；此外，受到生產(chǎn)成本、市場(chǎng)需求、環(huán)保治理等綜合因素影響，草酸鈷的產(chǎn)量呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)，這也在一定程度上限制了該法的推廣使用。
>3、高壓氫還原法是一種已實(shí)現(xiàn)超細(xì)鈷粉規(guī)模化量產(chǎn)的成熟制備工藝。上世紀(jì)50年代，加拿大已采用sherritt?gordon法成功合成出超細(xì)鈷粉，率先實(shí)現(xiàn)了此工藝的現(xiàn)代化應(yīng)用。我國(guó)在高壓氫還原制備超細(xì)鈷粉的研究上起步較晚，但近年來發(fā)展迅速。專利cn106346021a中公布了一種以nh3/co摩爾比1.8~2.5配置鈷氨絡(luò)合物，在140~220℃、2.0~3.8mpa下液相氫還原得到鈷粉的方法。采用高壓氫還原法制備鈷粉，可以克服草酸鈷還原法中存在的產(chǎn)物板結(jié)變硬、鈷粉實(shí)收率下降、原料使用受限等缺點(diǎn)，但目前的高壓氫還原法制備的鈷粉直徑均不超過5微米，粒徑范圍較窄且適用領(lǐng)域受限。而現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)高壓氫還原法制備超粗鈷粉的研究相對(duì)較少。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決高壓氫還原制備方法制備的鈷粉粒徑較小的問題，本專利技術(shù)提供一種超粗鈷粉及其制備方法，采用該方法可以制備出直徑較大的超粗鈷粉，并且產(chǎn)品收率也有一定程度的提高。
2、本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案是：一種超粗鈷粉的制備方法，包括以下步驟：
3、s1.制備鈷氨絡(luò)合溶液：將硫酸鈷、分散劑和直徑小于1μm的超細(xì)鈷粉溶于去離子水中，攪拌均勻得到混合溶液a；將氨水逐滴加入混合溶液a中，得到鈷氨絡(luò)合溶液b；
4、s2.制備超粗鈷粉：將鈷氨絡(luò)合溶液b放入高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行攪拌和加熱，攪拌加熱后通入氫氣進(jìn)行液相氫還原反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，停止通入氫氣，降溫并降低攪拌速度，隨后進(jìn)行保溫處理，停止加熱，繼續(xù)攪拌直至降至室溫，即可得到超粗鈷粉。
5、經(jīng)專利技術(shù)人長(zhǎng)期探索得出，加入超細(xì)鈷粉作為催化晶種，一方面加快了晶粒的形核以及生長(zhǎng)速度，使得鈷粒子生長(zhǎng)速度大于形核速度，隨著反應(yīng)的開始，被還原的鈷粒子更容易在已有的晶種上附著長(zhǎng)大，使得鈷粉直徑增大；另一方面，加入了一定量的超細(xì)鈷粉作為催化晶種，為后續(xù)的還原反應(yīng)提供了大量反應(yīng)活化中心，降低了氫還原的勢(shì)壘，使得co2+還原成co的反應(yīng)更容易向正方向進(jìn)行，使得還原反應(yīng)更加充分，鈷粉產(chǎn)率更高。此外，本專利技術(shù)增加了保溫步驟，在降低能耗的基礎(chǔ)上，增加鈷粉粒子間的相互碰撞、吸引和團(tuán)聚長(zhǎng)大時(shí)間，使得鈷粉碰撞幾率增大，鈷粉顆粒變大。
6、優(yōu)選地，步驟s1中混合溶液a中鈷離子的濃度為70~130gco/l。
7、將鈷離子的濃度控制在此范圍，是因?yàn)檩^低的濃度影響超粗鈷粉每釜的產(chǎn)量，較高濃度的鈷液濃度在室溫下容易飽和，需加熱才能溶解，增加了能耗和工藝復(fù)雜性。而在此濃度范圍內(nèi)，鈷溶液容易配制，且能合成出目標(biāo)粒度大小的鈷粉。
8、優(yōu)選地，以步驟s1中混合溶液a中的鈷離子為基準(zhǔn)，分散劑的濃度為10-50m/kgcol，超細(xì)鈷粉的濃度為15-50g/kgco。
9、控制分散劑的濃度是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)較低的分散劑濃度會(huì)影響反應(yīng)體系的分散效果，使得合成的鈷粉大量粘黏在反應(yīng)釜壁和攪拌槳上，形成鍋巴料，對(duì)反應(yīng)設(shè)備和產(chǎn)率造成影響。而較高分散劑濃度會(huì)使得鈷粉難以長(zhǎng)大，且因分散劑為有機(jī)物，相同的洗滌條件下會(huì)造成合成出鈷粉碳含量變高，降低了鈷粉品質(zhì)。
10、控制超細(xì)鈷粉的濃度是因?yàn)檩^低的鈷粉晶種濃度會(huì)使得制備出的鈷粉達(dá)不到目標(biāo)直徑，而超細(xì)鈷粉晶種的加入量達(dá)到一定濃度后，合成出鈷粉的粒度不在隨之變大。
11、優(yōu)選地，步驟s1中鈷氨絡(luò)合溶液b中氨根離子與鈷離子摩爾比為2.2~3.0:1。
12、控制氨根離子與鈷離子摩爾比為是因?yàn)檩^低的摩爾比會(huì)造成溶液中大量co2+不被絡(luò)合，致使不被絡(luò)合的co2+無法被氫氣還原成鈷粉，造成產(chǎn)率下降。而較高的摩爾比使得反應(yīng)體系的ph值變高，影響還原效果，反應(yīng)截止后會(huì)有大量藍(lán)色鈷氨絡(luò)合物未被還原成鈷粉，同樣造成產(chǎn)率下降，且過高的氨水加入量也不經(jīng)濟(jì)。
13、優(yōu)選地，步驟s1中氨水濃度為25wt%~28wt%。
14、優(yōu)選地，步驟s2中攪拌速度為400~500r/min，加熱至150~190℃后通入氫氣，氫氣壓力為2.0~3.5mpa，反應(yīng)時(shí)間為90~150min。
15、步驟s2中的攪拌速度、加熱溫度、氫氣壓力以及反應(yīng)時(shí)間的設(shè)置是因?yàn)椋狠^低的反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力和反應(yīng)時(shí)間會(huì)造成還原反應(yīng)不完全，影響轉(zhuǎn)化率。而較高的反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力和反應(yīng)時(shí)間則對(duì)設(shè)備性能的要求程度較高，操作相對(duì)也不安全，且也會(huì)造成能耗升高。
16、優(yōu)選地，步驟s2中降低攪拌速度至200~300r/min?并降溫至70~100℃后進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為5~7小時(shí)，降溫時(shí)間為5~6小時(shí)。
17、步驟s2中設(shè)置攪拌降速、降溫、保溫以及降溫時(shí)間的范圍是因?yàn)椋涸诖斯に噮^(qū)間內(nèi)鈷粉顆粒緩慢均勻生長(zhǎng)，最終能夠達(dá)到目標(biāo)直徑，且設(shè)備能耗也相對(duì)較低。
18、本專利技術(shù)還提供了一種使用上述制備方法制備的超粗鈷粉，所述超粗鈷粉為類球形，直徑范圍為5~15μm。。
19、本專利技術(shù)的有益效果：
20、1.本專利技術(shù)提出了一種利用高壓氫還原法制備超粗鈷粉的方法，解決了草酸鈷氫還原制備超粗鈷粉過程中存在的產(chǎn)物板結(jié)變硬、鈷粉實(shí)收率下降、原料使用受限等問題。
21、2.本專利技術(shù)制備的超粗鈷粉，能夠滿足金剛石工具和注射成型加工領(lǐng)域的粒度要求。
22、3.本專利技術(shù)提出了一種一次直接合成超粗鈷粉的方法，不需要通過晶種的反復(fù)加入和多次長(zhǎng)大來實(shí)現(xiàn)超粗鈷粉的合成，工藝簡(jiǎn)單。
23、4.本專利技術(shù)采用的制備方法去除了價(jià)格較貴的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種超粗鈷粉的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S1中混合溶液A中鈷離子的濃度為70~130gCo/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，以步驟S1中混合溶液A中的鈷離子為基準(zhǔn)，分散劑的濃度為10-50ml/kgCo，超細(xì)鈷粉的濃度為15-50g/kgCo。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S1中鈷氨絡(luò)合溶液B中氨根離子與鈷離子摩爾比為2.2~3.0:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S1中氨水濃度為25wt%~28wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中攪拌速度為400~500r/min，加熱至150~190℃后通入氫氣，在氫氣壓力為2.0~3.5MPa下反應(yīng)90~150min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中降低攪拌速度至200~300r/min并降溫至70~100℃后進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為5~7小時(shí)，降溫時(shí)間為5~6小時(shí)。
8.采用權(quán)利要求1-7所述的制備方法制備的超粗鈷粉，其特征在于，所述超粗鈷粉為類球形，平均直徑范圍為5~15μm。
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【技術(shù)特征摘要】
1.一種超粗鈷粉的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中混合溶液a中鈷離子的濃度為70~130gco/l。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，以步驟s1中混合溶液a中的鈷離子為基準(zhǔn)，分散劑的濃度為10-50ml/kgco，超細(xì)鈷粉的濃度為15-50g/kgco。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中鈷氨絡(luò)合溶液b中氨根離子與鈷離子摩爾比為2.2~3.0:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李成，張志平，侯玉成，朱治軍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：安徽寒銳新材料有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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