CN1105682C - 纳米氧化钴的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种纳米氧化钴的制造方法，其特点是采用硝酸或硫酸溶解金属钴，并在表面活性剂存在下，用碳酸氢盐反应生成碳酸钴，再经过滤、洗涤、焙烧等工序制造出纳米级氧化钴粉末，其颗粒粒径为5～60nm，纯度高，杂质含量少，具有球形和高比表面积等特点，符合电子级粉体材料的要求，可以广泛用于电气、化工及合金材料领域。

Description

纳米氧化钴的制造方法
本发明涉及一种纳米级氧化钴的工业生产方法，属无机材料的制造领域。
纳米级微粒的制造方法很多，目前报导的有固相法，气相法和液相法三大类，但随着科技的不断发展和对不同物理、化学特性微粒的需求，在上述三类方法的基础上衍生出许多新技术。
液相沉淀法是把沉淀剂加入到金属盐溶液中反应后将沉淀进行热处理。中国专利CN1173855A，题为《含钴金属的氧化钴(II)，其制造方法及其应用》揭示了含钴金属氧化钴，其粒径为0.5μm左右，主要应用于电化学二次电池中的电极材料；中国科技成果库报导了电子级氧化钴，该产品主要用于电视机显像管玻壳和其他特种玻璃、陶瓷的着色及半导体等，但不能工业化生产，也难于制造出纳米级氧化钴产品。化学沉淀法具有操作简单的优点，但容易引进杂质，难以制得粒径均匀的纳米级粒子。
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种纳米氧化钴的制造方法，其特点是采用硝酸或硫酸溶解金属钴，并在表面活性剂存在下，用碳酸氢盐溶液沉淀生成碳酸钴料浆，经过滤、洗涤、焙烧等工序制造出纳米级氧化钴粉末，其颗粒粒径为5～60nm，颗粒分布不均匀。
本发明的目的由以下技术措施实现
纳米氧化钴的制造方法：
1.钴盐溶液的配制
采用硝酸或硫酸溶解金属钴，生成硝酸钴或硫酸钴水溶液，溶液中钴含量为50～300克/升，游离酸控制在20克/升以下。
2.碳酸氢盐溶液的配制
将碳酸氢盐溶于去离子水中，并配制成5～40％的水溶液。
3.碳酸钴的制备
将配制的硝酸钴或硫酸钴水溶液和表面活性剂加入带有搅拌器和温度计的反应釜中，表面活性剂的用量为硝酸钴或硫酸钴溶液中钴含量的0.01～10％，在搅拌下于温度40～100℃加入碳酸氢盐溶液反应生成碳酸钴料浆。
4.碳酸钴料浆的过滤、洗涤
将料浆过滤，并用沸水或热水洗涤至滤液中碱金属离子或铵离子含量小于50ppm。
5.碳酸钴的焙烧
将洗涤好的碳酸钴置入焙烧炉中，于温度300～550℃，焙烧5～25小时，获得纳米级氧化钴粉末，颗粒粒径为5～60nm。
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)或失水山梨醇酯类(Span系列)非离子表面活性剂和烷基三甲基铵盐，烷基二甲基铵盐或烷基二甲基苄基铵盐阳离子表面活性剂至少一种。
本发明中的化学沉淀剂碳酸氢盐为碳酸氢钠或碳酸氢钾或者碳酸氢铵，这都是本领域技术人员公知的知识。
本发明制造的纳米氧化钴粉末，颗粒粒径为5～60nm，物相为α-Co3O4，钴含量为70～73％，比表面积达到40米2/克，纯度高，杂质含量少，具有球形和高比表面积等特点，符合电子级粉体材料的要求。主要应用于金属氧化物避雷器，压敏和热敏电阻，隐身材料，硬质合金和涂料等领域。
本发明具有如下优点：
1.在表面活性剂存在下，采用化学沉淀方法控制碳酸钴颗粒粒径的大小，很容易制得纳米级氧化钴。此法简单，易于推广应用。
2.纳米氧化钴颗粒粒度均匀，粒径为5～60nm，纯度高，杂质含量少，具有球形和高比表面积的特点，符合电子级粉体材料的要求；用途广，有显著的经济效益和社会效益。
实施例
下面通过实施例对本发明进行进一步描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据本发明的上述内容对本发明作为一些非本质的改进和调整。
1.将金属钴溶于工业硝酸溶液中，使溶液中钴含量为110克/升，游离酸含量小于10克/升；碳酸氢铵溶于去离子水中，浓度10％。取上述硝酸钴溶液250升，Tween-20 0.1升，加入带有搅拌器和温度计的反应釜中，在搅拌下于温度80℃，将配制的碳酸氢铵溶液加入反应釜中反应，当反应溶液中pH值为6.5时，停止加入碳酸氢铵溶液。继续搅拌20分钟后，将沉淀的碳酸钴料浆过滤，并用沸(热)的去离子水洗涤至滤液中铵离子含量小于50ppm。洗涤好的碳酸钴置入焙烧炉中，于温度300℃焙烧15小时，获得纳米氧化钴粉末。其颗粒粒径为20～60nm，物相为α-Co3O4，钴含量为72％。
2.将金属钴溶于工业硝酸溶液中，使溶液中钴含量为100克/升，游离酸含量小于10克/升；碳酸氢铵溶于去离子水中，浓度为20％，再将聚乙二醇辛基苯基醚溶于去离子水中，浓度为15％。取上述硝酸钴溶液250升，聚乙二醇辛基苯基醚1升，加入与实施1相同的设备中，在搅拌下于温度90℃，将碳酸氢铵溶液加入反应釜中反应。当反应溶液中pH值为6.5时，停止加入碳酸氢铵溶液，继续搅拌20分钟后，将沉淀的碳酸钴料浆过滤，并用沸(热)的去离子水洗涤至滤液中铵离子含量小于50ppm。洗涤好的碳酸钴置入焙烧炉中，于温度400℃，焙烧12小时，获得纳米级氧化钴粉末。其颗粒粒径为5～60nm，物相为α-Co3O4，钴含量为72.5％。
3.将电解金属钴溶解于工业硝酸溶液中，钴含量为170克/升，游离酸含量小于10克/升；将碳酸氢钠溶于去离子水中，浓度为10％；将十六烷基三甲基溴化铵溶于去离子水中，浓度为2％。取上述硝酸钴溶液250升，十六烷基三甲基溴化铵5升，加入与实施1相同的设备中，在搅拌下于温度90℃，将碳酸氢钠溶液加入反应釜中反应。当反应溶液中pH值为6.5左右，停止加入碳酸氢钠溶液，继续搅拌20分钟后，按实施例2的方法过滤、洗涤、焙烧，获得纳米级氧化钴粉末。其颗粒粒径为5～60nm物相为α-Co3O4，钴含量为72.3％。
4.将电解金属钴溶于工业硫酸中，钴含量为100克/升，游离酸含量小于10克/升；将碳酸氢钾溶于去离子水中，浓度为20％，再将十六烷基二甲基氯化铵溶于去离子水中，浓度2％。取上述硫酸钴溶液250升，十六烷基二甲基氯化铵溶液10升，加入与实施例1相同的设备中，在搅拌下于温度80℃，将碳酸氢钾溶液加入反应釜中反应。当反应溶液中pH值为6.5左右，停止加入碳酸氢钾溶液，继续搅拌20分钟后，按实施例2的方法过滤、洗涤、焙烧，获得纳米级氧化钴粉末。其颗粒粒度为5～60nm，物相为α-Co3O4，钴含量为71.5％。

Claims (2)

1.一种纳米氧化钴的制造方法，其特征在于：
(1)钴盐溶液的配制
采用硝酸或硫酸溶解金属钴，生成硝酸钴或硫酸钴水溶液，溶液中钴含量为50～300克/升，游离酸控制在20克/升以下，
(2)碳酸氢盐溶液的配制
将碳酸氢盐配制成5～40％的水溶液，
(3)碳酸钴的制备
将配制的硝酸钴或硫酸钴水溶液加入带有搅拌器和温度计的反应釜中，在搅拌下于温度40～100℃加入碳酸氢盐溶液反应生成碳酸钴料浆，
(4)碳酸钴料浆过滤、洗涤
将碳酸钴料浆过滤，并用沸水或热水洗涤，
(5)碳酸钴的焙烧
将洗涤好的碳酸钴置入焙烧炉中，于温度300～550℃，焙烧5～25小时，获得纳米级氧化钴粉末，其颗粒粒径为5～60nm，
其中，在碳酸钴的制备时，硝酸钴或硫酸钴的水溶液中引入表面活性剂，用量为溶液中钴含量的0.01％～10％。
2.按照权利要求1所述纳米氧化钴的制造方法，其特征在于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或失水山梨醇酯类非离子表面活性剂和烷基三甲基铵盐，烷基二甲基铵盐或烷基二甲基苄基铵盐阳离子表面活性剂的至少一种。
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