CN100494077C - 增压并流沉淀制备超细氧化钴粉末的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种增压并流沉淀制备超细均分散氧化钴粉末的方法，将配制好的可溶性钴盐溶液和碳酸盐沉淀剂分别采用增压泵以高速射流形式并流加入一个小体积的带有强烈搅拌的中间反应器中实现高强度的快速均匀混合，之后再流入一个大体积的搅拌槽中继续保温搅拌、陈化0.5-5小时；将干燥好的碳酸钴于温度300-900℃焙烧4-15小时，根据煅烧温度和气氛可调节控制粉末的成分为四氧化三钴或氧化亚钴或三氧化二钴的一种或其混合物，颗粒平均粒径可在0.1μm-5μm之间调节。氧化钴粉末粒度均匀，微观形貌基本呈球形，可适用于二次电池、压敏电阻、陶瓷、玻璃、搪瓷等领域。用本方法制备的产品粒度细小、分布均匀，生产过程简单易控，易于工业化稳定生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于电子、电池、陶瓷等领域的超细均分散氧化钴的制备方法，具体地说是一种用增压并流沉淀方法制备超细均分散氧化钴的方法。
背景技术
氧化钴是一种重要的无机功能粉体材料，主要用在陶瓷、硬质合金、磁性材料、催化剂、锂离子电池电极、热敏电阻、压敏电阻、非线性电压电阻器、氧化锌避雷器、显像管玻壳材料等领域。由于粉末的粒度、形貌和结构对粉末的性能有着重要影响，因此在粉末的制备过程中应对这些物理指标进行严格控制。目前制备超细氧化钴粉末的方法通常采用“化学沉淀—热分解”工艺，其中沉淀过程是对粉末性能起着关键性影响的步骤。在目前的沉淀制备氧化钴的各种方法中，对沉淀体系的选择以及工艺条件的控制考虑较多，但是对沉淀过程加料方式和溶液的混合状态考虑不足，一般的加料方式容易引起反应料液局部过浓，导致粉末粒度不均匀。制出的粉末粒度粗、分布宽，而且质量波动较大。
发明内容
本发明的目的在于克服以上缺点，提供一种可以使反应料液实现迅速的均匀混合，为沉淀粉末的结晶成核提供稳定均匀的流动场，使制备的沉淀粉末粒度超细、分散均匀，同时工艺操作简单，控制方便，可连续化生产，可保证生产质量稳定的增压并流沉淀制备超细均分散氧化钴粉末的方法。
本发明的特点是将配制好的可溶性钴盐溶液和碳酸盐沉淀剂分别采用增压泵以高速射流形式并流加入一个小体积带有强烈搅拌的中间反应槽中实现高强度的快速均匀混合，之后再流入一个大体积的搅拌槽中继续保温反应、陈化；将干燥好的碳酸钴根据煅烧温度和气氛可调节控制粉末的成分为四氧化三钴或氧化亚钴或三氧化二钴的一种或其混合物。颗粒平均粒径可在0.1μm~5μm之间调节.
本发明的技术方案包括以下步骤：
(1)钴盐溶液的配制
配制钴的含量为60-200克/升的水溶液，调节pH值为1.5-5.0；加入钴含量0.01-5％表面活性剂，
所述钴盐水溶液可以为硝酸或硫酸溶解高纯金属钴生成的硝酸钴或硫酸钴溶液，也可以是经过P204萃取除杂和P507分离镍钴后得到的高纯氯化钴、硝酸钴或硫酸钴溶液。
所述表面活性剂为脂肪酸失水山梨醇酯类(Tween系列)、烷基酚聚氧乙烯醚类(OP系列)、失水山梨醇酯类(Span系列)、硬脂酸等表面活性剂中的至少一种。
(2)碳酸盐溶液的配制：
按碳酸盐与钴盐的摩尔比为2-5：1配制好碳酸盐溶液，比重控制在1.03-1.07，并调节碳酸盐溶液的pH值为8.0-11.0之间；
所述碳酸盐可以为碳酸氢铵、碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸钠等。
(3)增压并流沉淀碳酸钴：
将以上配制好的两种料液在增压泵的作用下以射流形式并流加入一个小型高速(400-600转/分钟)搅拌槽，实现快速、充分的混合、并停留3-5分钟，再转入一个转速为(80-200转/分)的大型搅拌槽中，在温度为25—90℃，保温陈化反应0.5-5小时。
(4)过滤并用50℃以上的热水洗涤至滤液中用常规化学沉淀试剂检测不出阴离子为准；
(5)于90—120℃的热风烘箱中烘5小时以上时间，得到干燥的碳酸钴；再置于焙烧炉中，于温度300—700℃、煅烧2-10小时，获得氧化钴粉末，物相为Co3O4、Co2O3、CoO的一种或其混合物。
本发明制备出的超细氧化钴粉末，粒子平均粒度可在0.1μm~5μm之间调节控制，随着煅烧温度和气氛的控制可得到物相为Co3O4、Co2O3、CoO的一种或其混合物，钴含量可在70％-78.5％之间调控，微观形貌呈球形；通过选择沉淀剂的种类及增压并流加料的压力大小以及煅烧条件的选择，可制备出达到电子、电池、陶瓷等领域对高品质超细氧化钴粉末的应用要求。
本发明具有以下优点：采用增压并流沉淀方法，混合快速均匀，为沉淀粉末的结晶成核提供稳定均匀的流动场，这样制备的沉淀粉末粒度超细、分散均匀、过程连续，质量稳定，产品粒度细小、分布窄、团聚少；通过调节工艺条件，产物粒度方便调控。同时工艺操作简单，控制方便，可连续化生产，生产质量稳定。制备出的超细均分散氧化钴可以满足电子、电池、陶瓷等领域对高品质氧化钴的需求。
附图说明
附图是增压并流沉淀碳酸钴的设备连接示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行进一步描述。
实施例1：
经过P204萃取除杂和P507分离镍钴后得到的高纯氯化钴溶液，溶液中钴的含量为75克/升左右，溶液pH值控制在4.5-5.0之间，加入钴的含量的重量比为0.5％的表面活性剂OP；按与氯化钴的物质的量比在3：1称取碳酸氢铵，加水使其充分混合、溶解，并调节溶液的pH值控制为8.5-9.0；将以上配制好的两种料液在增压泵的作用下以射流形式并流加入一个200升的高速搅拌反应槽(500转/分钟)；在该小型搅拌槽中实现快速、充分的混合；增压加料压力及流量控制以混合溶液终点pH值为6.8左右为准；在该搅拌槽中停留3-5分钟后，流入一个2立方大小的大型搅拌槽(转速为100转/分钟)中继续保温搅拌、陈化1.0-1.5小时即可将浆料过滤，并用不小于50℃的热水洗涤至滤液中用常规化学沉淀试剂检测不出阴离子为准。将洗涤好的碳酸钴于90—120℃的热风烘箱中烘5小时以上时间，可得到干燥的碳酸钴；将干燥好的碳酸钴置于管式煅烧炉中，预热段温度为350℃，恒温段为550℃，冷却段温度为300℃，在恒温段控制气氛保温煅烧5小时，获得氧化亚钴粉末，颗粒平均粒径为0.2μm，粒度均匀，微观形貌基本呈球形。所得产品可用作二次电池用氧化钴粉末。
实施例2
经过P204萃取除杂的高纯硫酸钴溶液，溶液中钴的含量为90克/升左右，溶液pH值控制在4.5-5.0之间，加入表面活性剂Tween-80，加入量为溶液中钴含量的0.8％；按与硫酸钴的物质的量比在1.5：1称取碳酸钠，加60℃的热水使其充分溶解，并调节溶液的pH值控制为9.0-10.0；将以上配制好的两种料液在增压泵的作用下以射流形式并流加入一个200升的高速搅拌槽(500转/分钟)；在该小型搅拌槽中实现快速、充分的混合、反应、沉淀；增压加料压力及流量控制以混合溶液终点pH值为8.3左右为准；在该搅拌槽中停留3-5分钟后，流入一个2立方大小的大型搅拌槽(转速为100转/分钟)中，该大体积的搅拌槽中溶液的温度保持在60℃以上，继续陈化1.5-2.0小时即可将浆料过滤，并用不小于50℃的热水洗涤至滤液中用常规化学沉淀试剂检测不出阴离子为准。将洗涤好的碳酸钴于90—120℃的热风烘箱中烘6小时以上时间，可得到干燥的碳酸钴；将干燥好的碳酸钴置于煅烧炉中，于温度450℃左右，控制气氛煅烧3-8小时，获得四氧化三钴粉末，颗粒平均粒径为2μm。粒度均匀，微观形貌基本呈球形。所得产品可用作高级陶瓷色釉料用、玻璃或搪瓷用颜料级氧化钴粉末。
实施例3
将电解高纯金属钴分次加入浓度为30％的工业硝酸中溶解，钴含量控制在100克/升左右，溶液pH值控制在4.5左右，加入表面活性剂Span，加入量为溶液中钴含量的1.0％；按与硝酸钴的物质的量比在3：1称取碳酸铵，用去离子水使其充分溶解，并调节溶液的pH值控制为9.0-10.0；将以上配制好的两种料液在增压泵的作用下以射流形式并流加入一个200升的高速搅拌反应釜(500转/分钟)；在该小型搅拌反应釜中实现快速、充分的混合；增压加料压力以混合溶液终点pH值为8.0左右为准；在该搅拌槽中停留3-5分钟后，流入一个2立方大小的大型搅拌槽(转速为100转/分钟)中保温搅拌、陈化1.5小时即可将浆料过滤，并用不小于50℃的热水洗涤至滤液呈中性为准。将洗涤好的碳酸钴于90—120℃的热风烘箱中烘6小时以上时间，可得到干燥的碳酸钴；将干燥好的碳酸钴置于煅烧炉中，于温度450℃左右，焙烧3-8小时，获得四氧化三钴粉末，颗粒平均粒径为1.1μm。粒度均匀，微观形貌基本呈球形。所得产品可用作压敏电阻的掺杂材料。
Claims (6)
1.一种增压并流沉淀制备超细均分散氧化钴粉末的方法，包括钴盐溶液的配制、碳酸盐溶液的配制、沉淀反应制取碳酸钴、过滤、洗涤、干燥，煅烧成成品，其特征在于：
①钴盐溶液中钴的含量为60-200克/升，pH值为1.5-5.0，内加入钴含量0.01-5％的表面活性剂；
②沉淀反应是将钴盐溶液和碳酸盐溶液分别采用增压泵以高速射流形式并流加入一个小体积带有搅拌速度为400-600转/分钟的搅拌槽的中间反应槽中，实现高强度的快速均匀混合并停留3-5分钟后，再流入一个大体积的搅拌槽中，在转速为80-200转/分、在温度为25—90℃，保温陈化反应0.5-5小时。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述钴盐溶液为硝酸或硫酸溶解高纯金属钴生成的硝酸钴或硫酸钴溶液。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述钴盐溶液为经过P204萃取除杂和P507分离镍钴后得到的高纯氯化钴、硝酸钴或硫酸钴溶液。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述表面活性剂为脂肪酸失水山梨醇酯类、烷基酚聚氧乙烯醚类、失水山梨醇酯类、硬脂酸表面活性剂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于碳酸盐与钴盐的摩尔比为2-5：1，碳酸盐溶液的比重控制在1.03-1.07，pH值控制在8.0-11.0之间。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述碳酸盐为碳酸铵、碳酸钠。
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