CN100439014C - 一种纳米级超细钴粉的制备方法及设备 - Google Patents

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本发明公开了一种纳米级超微细钴粉的制备方法及设备，其制备方法包括以下步骤：(1)超微细碳酸钴粉制备 原料CoCl2溶液浓度70～120g/l，NH4·HCO3溶液为饱和浓度，反应温度25～50℃，PH＝7.2～7.5，加入反应器速度：CoCl2溶液20-100L/min，NH4·HCO3饱和溶液60-400L/min；陈化时间0.5-2.0小时；(2)超微细碳酸钴粉热还原 可在高温电炉300℃-500℃用氢还原或热分解。所述高温电炉炉头中部进料口前端设带有阀门的排气稳压导管和机械推舟器；炉体加热机构分5-8段独立设置；炉尾设有2-3段双层水冷机构及截止阀和微压计。本发明工序简短，工艺条件控制简便，可连续批量制得纳米级钴粉和高质量的超微细氧化亚钴粉末，制备过程稳定，制备效率高，成本低。

Description

一种纳米级超细钴粉的制备方法及设备
技术领域
本发明涉及一种超细钴粉的制备方法及设备，尤其是涉及一种纳米级超细钴粉的制备方法及设备。
背景技术
当钴粉颗粒小到或接近纳米级尺寸时，其巨大的比表面积和优越的化学性能，应用在大功率高能电池、超细高强度硬质合金、催化剂等主要质量指标方面，表现出一系列的优异物理化学性能。因此制备纳米级钴粉材料，就成为当今科技产业普遍追求的目标。
当前工业大量使用的钴粉材料，都是采用传统的草酸钴为前驱体，通过传统的高温电炉还原而制得的，所得的粉料的主要问题是粉料分散不均匀，粒度大小和形貌不规则，难于制得活性优良、比表面积大、似球状的纳米钴粉。
中国发明专利申请200410068855.4号公开了一种纳米级超细钴粉的制备方法，该方法是先采用气流超声喷雾转换法制得纳米级CoOx前驱体，再经燃烧、剪切、破碎、离心、风干，然后经管式炉H2还原制得纳米钴粉，该法工序冗长，控制复杂，难以工业化。中国专利200510011735.5公开了一种沉淀-还原法制备纳米钴粉的方法，是用钴盐水溶液与NaOH或KOH反应生成胶体沉淀Co(OH)2，反复洗去酸根和Na+离子，经真空干燥制得前驱体Co(OH)2粉末，再在还原炉中用H2还原制成纳米钴粉。该法所采用的沉淀剂不仅价格昂贵，而且洗去Na+离子工序冗长，工艺实施困难。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种工序较短，控制简便，工艺实施容易的纳米级超细钴粉的制备方法及设备。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，其包括以下步骤：(1)纳米级钴粉的前驱体——超微细碳酸钴(CoCO3)粉制备  所用原料溶液为：CoCl2溶液浓度82g/l～200g/l，NH4·HCO3溶液浓度为20wt％-30wt％，反应合成温度30℃～50℃，PH＝7.2～7.4，原料溶液加入反应器速度：CoCl2溶液20-100L/min，NH4·HCO3溶液为60-400L/min；搅拌速度500-1000r/min，陈化时间0.8-1.8小时；制备装置可选用中国发明专利申请CN1686828A《一种超细微碳酸钴粉的制备装置及工艺》公开的制备装置；(2)超微细碳酸钴粉热还原可在传统高温电炉内用氢还原或热分解而制得，优选方案是选用本申请人发明的下述超微细碳酸钴粉热还原电炉来实现，热还原或热分解温度300℃-500℃(优选350℃-450℃)。
所述超微细碳酸钴粉热还原电炉包括炉头，装有温控装置的炉体，设有出料口和氢气入口及氢气流量计的炉尾，炉管，烧舟，其特征在于，所述炉头长度为2200mm-3000mm(优选2400mm-2600mm)，炉头中部设有进料口，进料口前端设带有阀门(最好是球阀)的排气稳压导管和机械推舟器；所述炉体的外形尺寸为：长4000mm-4600mm(优选4100mm-4300mm)，宽1220mm-1420mm，高1550mm-1750mm，双管加热机构分5-8段(优选6段)独立设置；所述炉尾长3600-4400mm(优选3900mm-4100mm)，设有双层水冷机构，水冷机构分2-3段独立设置，靠近出料口处装有截止阀和微压计，所述炉体额定加热温度可为700℃-900℃；所述炉尾可用不锈钢制作，炉尾尾端出料口处设气密性好的炉门；所述炉管宜采用耐热、耐腐蚀的不锈钢制作；所述烧舟宜分上、下两层，采用耐高温铸钢制作。
本发明之纳米级超细钴粉的制备方法，工序简短，工艺条件控制简便，工艺实施非常容易，制造成本低。
使用本发明之超微细碳酸钴粉热还原设备，可连续批量制得纳米级钴粉和高质量的超微细氧化亚钴粉末，制备过程稳定，制备效率高，制备成本低。
附图说明
附图为本发明之超微细碳酸钴粉热还原电炉一实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明之超微细碳酸钴粉热还原电炉和纳米级超细钴粉的制备方法作进一步说明。
首先结合附图介绍本发明之超微细碳酸钴粉热还原电炉的一个实施例。
参照附图，本发明之超微细碳酸钴粉热还原电炉实施例包括炉头，炉体，炉尾，炉管，烧舟，温控装置，所述炉头置于支架11上，长度为2500mm，炉头中部设有进料口1，进料口1前端垂直方向设有带球阀3的排气稳压导管4，水平方向设有机械推舟器2；所述炉体6置于支架12上，其外形尺寸为：长4200mm，宽1320mm，高1650mm，双管加热机构分6段独立设置，发热元件为Cr20Ni80材料，设计加热功率72kw，额定加热温度为700℃-900℃，温控装置的热电偶5装于炉体6上，温控装置为前后开门式温控柜(图中未画出)，设计控制功率90kw，采用可控硅匹配智能数显温度仪表及NiCr-NiSi热电偶，对炉温实行6段显示和自动控制，温度实行PID调节，温度控制精度±2℃；所述炉尾长4000mm，设有双层水冷机构，水冷机构分2段独立设置，用不锈钢制作，由支柱13支撑，靠近炉尾前端处设有氢气(H2)入口及氢气流量计7，炉尾尾端设有装有气密性好的炉门的出料口10，靠近出料口10的顶部装有截止阀8和微压计9；所述炉管(图中未画出)采用耐热、耐腐蚀的不锈钢制作；所述烧舟分上、下两层，采用耐高温铸钢制作。
下面介绍两个纳米级超细钴粉制备方法的实施例。
实施例1
(1)纳米级钴粉的前驱体——超微细碳酸钴粉制备所用原料溶液为：
CoCl2溶液含Co2+82g/l，NH4·HCO3浓度为25wt％，反应合成温度30℃，PH＝7.4，加入反应器速度：CoCl2溶液30L/min，NH4·HCO3溶液为100L/min：搅拌速度600r′min，陈化时间1.0小时；制备装置采用CN1686828A公开的专用装置，制备的CoCO3粉末，其主要化学成分：Ee、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn、Ca、Mg、Cl-等杂质含量均分别≤O.01％，Co≤50％，H2O≤0.2％，平均粒度≤O.1μm；(2)热还原将第(1)步制得的超微细碳酸钴粉置于以上所述本发明之超微细碳酸钴粉热还原电炉中进行热还原，具体操作过程如下：首先将球形阀3打开，截止阀8关闭，将纯氢气经氢气流量计7导入炉管，将炉内空气驱赶干净彻底(1～2小时)，接着对炉子的各带送电加热升温至360℃，同时将炉尾的冷却水路开通，当各带温度达到设定值时，将CoCO3料放入双层烧舟，用机械推舟器2将烧舟由进料口1推入炉管，并同时调节氢气流量计7，进入氢还原过程；废气经球形阀3由排气稳压导管4排空；最后，产品由出料口10钩出，对产品迅速进行惰性气体保护，如此进料→推舟→反应→冷却→出料→保护，循环往复，便可连续批量制备出比表面积≥30m2/g，形貌为球形或类球形，其平均粒径为50～100nm，含氧量≤0.2％的纳米级高能钴粉。
实施例2
CoCl2溶液浓度含Co2+150g/l，反应合成温度45℃，PH＝7.2，加入反应器速度：CoCl2溶液90L/min，NH4·HCO3饱和溶液为300L/min；搅拌速度8000r/min，陈化时间1.5小时；超微细碳酸钴粉热还原温度400℃，其它同实施例1。可连续制备出比表面积≥40m2/g球形或类球形、平均粒度为30～50nm，含氧量≤0.2％的纳米级高能钴粉。

Claims (6)

1、一种纳米级超细钴粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)纳米级钴粉的前驱体——超微细碳酸钴粉制备，所用原料溶液浓度为：CoCl2溶液浓度82～200g/l，NH4·HCO3溶液浓度20wt％-30wt％，反应合成温度30～50℃，PH＝7.2～7.4，原料溶液加入反应器速度：CoCl2溶液20-100L/min，NH4·HCO3饱和溶液为60-400L/min；搅拌速度500-1000r/min，陈化时间0.8-1.8小时；(2)超微细碳酸钴粉热还原，在高温电炉内的用氢热还原温度为300℃-500℃。
2、如权利要求1所述的纳米级超细钴粉的制备方法使用的超微细碳酸钴粉热还原电炉，包括炉头，装有温控装置的炉体，设有出料口和氢气入口及氢气流量计的炉尾，炉管，烧舟，其特征在于，所述炉头长度为2200mm-3000mm ，炉头中部设有进料口，进料口前端设带有阀门的排气稳压导管和机械推舟器；所述炉体的外形尺寸为：长4000mm-4600mm，宽1220mm-1420mm，高1550mm-1750mm，双管加热机构分5-8段独立设置；所述炉尾长3600-4400mm，设有双层水冷机构，水冷机构分2-3段独立设置，靠近出料口处装有截止阀和微压计。
3、如权利要求2所述的纳米级超细钴粉的制备方法使用的超微细碳酸钴粉热还原电炉，其特征在于，所述炉体长4100mm-4300mm。
4、如权利要求2或3所述的纳米级超细钴粉的制备方法使用的超微细碳酸钴粉热还原电炉，其特征在于，所述炉尾长3900mm-4100mm。
5、如权利要求2或3所述的纳米级超细钴粉的制备方法使用的超微细碳酸钴粉热还原电炉，其特征在于，所述双管加热机构分6段独立设置。
6、如权利要求4所述的纳米级超细钴粉的制备方法使用的超微细碳酸钴粉热还原电炉，其特征在于，所述双管加热机构分6段独立设置。
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