CN102134104A

CN102134104A - 钴盐沉淀微波诱导热解法制备超细八面体四氧化三钴的方法

Info

Publication number: CN102134104A
Application number: CN2011100768402A
Authority: CN
Inventors: 储志强
Original assignee: CHANGSHA TUOZHI METAL MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHANGSHA TUOZHI METAL MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2011-07-27

Abstract

本发明涉及一种钴盐沉淀微波诱导热解法制备超细八面体四氧化三钴的方法。包括表面活性分散剂底液的配制、前驱体沉淀反应、固液分离、洗涤过滤、微波诱导热解煅烧等工序。采用本方法制备的四氧化三钴粉末，松装密度为0.7～1.1g/cm³，颗粒中位径D50为1.05～1.35μm，粒度分布均匀且范围窄，微观形貌呈八面体晶形，纯度高。本发明工艺简单、操作方便、成本低、易于实现工业化生产，产品可广泛用于电池、电子、催化剂、陶瓷等领域。

Description

钴盐沉淀微波诱导热解法制备超细八面体四氧化三钴的方法

技术领域

本说明涉及一种应用于电池、电子、催化剂、陶瓷等领域的超细八面体四氧化三钴粉末的制备方法，具体地说是一种钴盐沉淀——微波诱导热解法制备超细八面体四氧化三钴粉末的制备方法。

背景技术

四氧化三钴是一种重要的无机功能粉体材料，广泛应用于催化剂、磁性材料、压敏陶瓷材料、锂离子电池正极材料、热敏电阻、压敏电阻等领域。由于粉末的纯度、粒度、形貌、结构对粉末性能有着重要影响，因此在粉末的制备过程中，应对这些性能指标进行严格控制。在目前制备四氧化三钴的方法中，对沉淀剂、加料方式、过程工艺参数的选择考虑较多，但对沉淀和热解过程粉末可能发生团聚现象影响产品纯度和粒度以及如何根据最终产品四氧化三钴的用途控制其粒度和形貌考虑不足，制备的粉末呈球形状、粒度粗、粒度分布不均匀、质量波动较大。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于克服以上缺点，提供一种钴盐沉淀——微波诱导热解制备超细八面体四氧化三钴粉末的方法，其技术路线先进，工艺设备简单，生产成本低，适合于工业化生产并可广泛应用于电池、电子、陶瓷等领域。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

钴盐沉淀——微波诱导热解制备超细八面体四氧化三钴方法的基本原理：将配制好的硫酸钴溶液和碳酸氢铵溶液并流加入到添加有适量表面活性分散剂的乙醇底液中，通过控制沉淀过程搅拌速度、反应与陈化时间、反应温度、溶液pH值等，形成不溶性前驱体碱式碳酸钴沉淀。表面活性分散剂的加入，可以防止沉淀过程产生粉末的团聚，因粉末的团聚会导致沉淀的洗涤困难以及可溶性盐类杂质难以去除并影响产品纯度和粒度。将制备的前驱体碱式碳酸钴经去离子水和无水乙醇洗涤过虑后，添加表面活性分散剂PEG6000，置于微波加热炉中，微波炉热解通过发射微波使物体所有分子产生振动，振动过程使物体分子之间发生摩擦产生热量而使残余水份迅速挥化，消除了常规方法加时间长，超细微粒之间产生严重团聚的现象，前驱体脱除残余水份后，由于温度的进一步升高发生热离解，通过控制微波加热时间和温度，前驱体最终热解生成超细八面体四氧化三钴粉末产品。制备超细八面体四氧化三钴粉末工艺流程见图1。

一种钴盐沉淀——微波诱导热解法制备超细八面体四氧化三钴粉末的方法，其特征在于具有下述工艺过程：

（1）配制硫酸钴溶液，溶液浓度为：0.5～0.7mol/L，pH值控制在1.5～5.0之间。

（2）配制碳酸氢铵溶液，溶液浓度为：0.8～1.2mol/L，pH控制在8.0～11.0之间。

（3）配制乙醇底液，乙醇浓度为20～25％，乙醇底液中加入表面活性分散剂聚乙二醇，其加入量为反应钴量的1.0～1.5％。

（4）按碳酸氢铵和硫酸钴的摩尔比为：2.5～4.0∶1，调节两者的加入量，并流加入到乙醇底液中，保持沉淀过程溶液pH为 6.2～6.5，搅拌速度为200～300转/分钟，反应温为50～70℃，陈化时间为0.5～1小时，沉淀产物为前驱体碱式碳酸钴。

（5）前驱体经去离子水和无机乙醇洗涤过滤后，添加1.10～1.35％表面活性分散剂PEG6000，然后置入微波炉内，微波加热时间为0.5小时，经微波诱导热解反应，最终得到四氧化三钴粉末产品。

本发明制备出的四氧化三钴粉末产品，粉末粒子平均中位径D50为1.10～1.35μm，粒度均匀，分布范围窄，颗粒形貌为八面体晶形，粉末松装密度为0.7～1.1g/cm3，达到了电子、电池、陶瓷等领域对高品质超细四氧化三钴粉末的要求。

本发明具有以下优点：采用钴盐沉淀——微波诱导热解法技术制备的四氧化三钴粉末粒度超细、分布均匀且范围窄，颗粒形貌呈八面体晶形。表面活性分散性的加入，消除了粉末团聚现象，提高了产品纯度，实现了粉末颗粒形貌可控；同时工艺简单，操作方便，可连续化生产，生产质量稳定，所制备的超细八面体四氧化三钴可以满足电子、电池、陶瓷等领域对高品质四氧化三钴的要求。

附图说明

图1为制备超细八面体四氧化三钴粉末生产工艺流程图。

图2为超细八面体四氧化三钴粉末颗粒形貌图。

具体实施方式

实施例1：

配制浓度为0.5mol/L的硫酸钴溶液，pH控制在3.5～4.0之间;配制浓度为0.9mol/L的碳酸氢铵溶液，pH值控制在8.0～9.0之间；配制浓度为20％的乙醇底液，表面活性分散剂聚乙二醇加入量为反应钴量的1.2％；控制碳酸氢铵与硫酸钴的摩尔比为3.0∶1，并流加入乙醇底液中，保持沉淀过程溶液的pH在6.2～6.5，搅拌转速为250转/分钟，反应温度60～65℃，陈化时间1小时，将沉淀产物前驱体碱式碳酸体经50℃去离子水和无水乙醇洗涤并过滤，将洗涤过滤好的沉淀加入1.25％表面活性分散剂PEG6000，然后置于微波炉内，微波加热时间为0.5小时，经微波诱导热解反应，最终获得四氧化三钴粉末产品，松装密度0.85g/mcm3，粉末粒子平均中位径D50为1.25μm，粒度分布均匀范围窄，颗粒形貌为八面体晶形（见图2）。

实施例2：

配制浓度为0.6mol/L的硫酸钴溶液，pH控制在4.0～4.5之间;配制浓度为1.1mol/L的碳酸氢铵溶液，pH值控制在9.5～10.5之间；配制浓度为25％的乙醇底液，表面活性分散剂聚乙二醇加入量为反应钴量的1.2％；控制碳酸氢铵与硫酸钴的摩尔比为3.5∶1，并流加入乙醇底液中，保持沉淀过程溶液的pH在6.2～6.5，搅拌转速为300转/分钟，反应温度55～60℃，陈化时间1小时，将沉淀产物前驱体碱式碳酸体经50℃去离子水和无水乙醇洗涤并过滤，将洗涤过滤好的沉淀加入1.35％表面活性分散剂PEG6000，然后置于微波炉内，微波加热时间为0.5小时，经微波诱导热解反应，最终获得四氧化三钴粉末产品，松装密度0.75g/mcm3，粉末粒子平均中位径D50为1.10μm，粒度分布均匀范围窄，颗粒形貌为八面体晶形。

Claims

1.一种钴盐沉淀——微波诱导热解法制备超细八面体的四氧化三钴粉末的方法，其特征在于：包括以下步骤（1）硫酸钴溶液、碳酸氢铵溶液、含表面活性分散剂乙醇底液的配制；（2）将硫酸钴溶液、碳酸氢铵溶液按一定比例并流加入到含表面活性分散剂乙醇底液中，控制沉淀过程搅拌速度、反应与陈化时间、反应温度、溶液pH值，制备前驱体碱式碳酸钴沉淀；（3）将前驱体过滤并经去离子水、无水乙醇洗涤，过滤后再添加适量表面活性分散剂PEG6000，然后经微波诱导热解制得超细八面体四氧化三钴粉末。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：硫酸钴溶液的浓度为：0.4～0.8mol/L，pH值控制在1.5～5.0之间。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：碳酸氢铵溶液的浓度为：0.8～1.2mol/L，pH值控制在8.0～11.0之间。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：乙醇底液浓度为20～25％，表面活性分散性加入量为反应钴量的0.1～1.5％。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所加入的表面活性分散剂为聚乙二醇。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：控制碳酸氢铵与硫酸钴的摩尔比为2.5～4.0∶1，并流同时加入到乙醇底液中，保持沉淀过程溶液pH为 6.2～6.5，搅拌速率为200～300转/分钟，反应温度为50～70℃，陈化时间0.5～1小时，沉淀产物为前驱体碱式碳酸钴。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：前驱体过滤经去离子水和无水乙醇洗涤过滤后，添加1.25％表面活性分散剂PEG6000，然后置入微波炉中，微波加热时间为0.5小时，经微波诱导热解反应，得到四氧化三钴产品。