KR101353344B1 - Method for manufacturing cobalt powder using platinum group catalysts and cobalt powder manufactured through the same - Google Patents
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Abstract
슬러리 환원법을 이용하여 Co(OH)2 슬러리로부터 미세 고순도 코발트 분말을 제조할 수 있는 우수한 코발트 분말 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 코발트 분말 제조 방법은 (a) 코발트 염 및 NaOH를 용매에 용해시켜 Co(OH)2 슬러리를 형성하는 단계; (b) 상기 Co(OH)2 슬러리를 반응 용기에 투입하는 단계; (c) 상기 반응용기에 투입된 슬러리를 가열하면서 교반하는 단계; (d) 상기 교반되는 Co(OH)2 슬러리에 백금족 촉매를 첨가하는 단계; 및 (e) 상기 교반되는 Co(OH)2 슬러리에 환원제를 공급하여 Co(OH)2 슬러리를 환원시켜 코발트 분말을 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Disclosed is an excellent cobalt powder production method capable of producing fine high purity cobalt powder from Co (OH) 2 slurry using slurry reduction.
Cobalt powder production method according to the present invention comprises the steps of (a) dissolving the cobalt salt and NaOH in a solvent to form a Co (OH) 2 slurry; (b) injecting said Co (OH) 2 slurry into a reaction vessel; (c) stirring while heating the slurry charged into the reaction vessel; (d) adding a platinum group catalyst to the stirred Co (OH) 2 slurry; And (e) reducing the Co (OH) 2 slurry by supplying a reducing agent to the stirred Co (OH) 2 slurry to obtain a cobalt powder.
Description
본 발명은 전자, 정밀산업, 전지 등의 첨단산업 분야에 널리 활용되는 코발트 분말제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 백금족 촉매를 이용한 슬러리 환원법으로 Co(OH)2 슬러리로부터 미세 고순도 코발트 분말을 제조할 수 있는 코발트 분말 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a cobalt powder manufacturing technology widely used in high-tech industries such as electronics, precision industry, batteries, and more particularly to the production of fine high-purity cobalt powder from Co (OH) 2 slurry by a slurry reduction method using a platinum group catalyst. It relates to a cobalt powder production method that can be.
최근 전자, 정밀산업, 전지등의 첨단산업 분야가 발전함에 따라 제품의 소형화 및 고성능화를 요구하고 있으며, 이러한 요구를 충족시키기 위해 입자의 미립 및 초미립 금속 분말 제조에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, with the development of high-tech industries such as electronics, precision industry, and batteries, miniaturization and high performance of products are required. In order to satisfy such demands, researches on the production of fine and ultrafine metal powders of particles have been actively conducted.
이러한 연구의 일환으로, 코발트 분말에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 코발트 분말은 금속가공 분야, 자석합금, 초경합금, 다이아몬드 공구, 전자산업 등에 활용되고 있다. As part of this research, much research has been made on cobalt powder. Cobalt powder is used in metal processing, magnetic alloys, cemented carbides, diamond tools, and electronics industries.
종래의 코발트 분말의 제조 방법으로는 수소환원법, 습식환원법, 열분해법 등이 있다. Conventional cobalt powder production methods include a hydrogen reduction method, a wet reduction method, and a pyrolysis method.
수소환원법은 대략 800℃의 고온, 고압에서 수소 가스를 환원제로 이용하여 분말을 제조하는 방법으로 불순물이 적은 마이크로 크기의 코발트 입자 제조가 가능하다. 그러나 수소환원법의 경우, 수소 가스에 의한 환원 반응 과정에서 입자간 융합과 응집으로 인해서 분급 공정 및 분쇄공정이 필요하다.The hydrogen reduction method is a method of preparing a powder using hydrogen gas as a reducing agent at a high temperature and a high pressure of about 800 ° C., and it is possible to prepare micro-sized cobalt particles having few impurities. However, in the hydrogen reduction method, a classification process and a pulverization process are required due to the fusion and aggregation between particles in the reduction reaction by hydrogen gas.
다음으로, 습식환원법은 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol)과 같은 유기 용매 하에서 150℃ 정도의 온도에서 환원제에 의해 분말을 제조하는 방법이다. 습식환원법의 경우, 코발트 입자의 형상제어, 균일한 환원 반응 속도 제어에 의해 구형 입자와 균일한 입도 제어가 가능하다. 다만, 습식환원법의 경우, 코발트 입자와 미반응 화합물의 여과, 세척과정에서 불필요한 폐기물이 발생하며, 수소환원법에 비해 제조되는 코발트 분말의 순도가 낮은 문제점이 있다. Next, the wet reduction method is a method of preparing powder by a reducing agent at a temperature of about 150 ° C. under an organic solvent such as ethylene glycol. In the wet reduction method, spherical particles and uniform particle size control are possible by controlling the shape of the cobalt particles and controlling the uniform reduction reaction rate. However, in the case of the wet reduction method, unnecessary waste is generated during the filtration and washing process of the cobalt particles and the unreacted compound, and there is a problem in that the purity of the cobalt powder produced is lower than that of the hydrogen reduction method.
다음으로, 열분해법은 용액을 분무시킨 다음, 액적을 운반기체에 의해 고온의 반응기로 주입하여, 액적 내의 용매의 증발에 의해 농도가 높아짐에 따라 용질의 석출을 일으켜 건조된 용질의 열분해를 통해 입자를 제조하는 방법이다. 열분해법 역시 고온 환경이 요구되는 문제점이 있다. Next, the pyrolysis method sprays the solution, and then injects the droplets into the high temperature reactor by the carrier gas, causing precipitation of the solute as the concentration is increased by evaporation of the solvent in the droplets, thereby thermally decomposing the particles through the thermal decomposition of the dried solute. It is a method of manufacturing. Pyrolysis also has a problem that a high temperature environment is required.
상기와 같이, 종래의 코발트 분말 제조방법에는 고온, 고압 및 유기 용매가 필요함에 따라 분말 제조시 많은 공정비용이 소용되는 문제가 있다.
As described above, the conventional cobalt powder manufacturing method has a problem that a large process cost is used when the powder is manufactured as high temperature, high pressure, and an organic solvent are required.
본 발명과 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2007-0087838호(2007.08.29. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 나노 크기의 코발트 산화물 분말의 제조방법이 개시되어 있다.
Background art related to the present invention is the Republic of Korea Patent Publication No. 10-2007-0087838 (August 29, 2007.), which discloses a method for producing a nano-sized cobalt oxide powder.
본 발명의 목적은 종래 코발트 분말 제조 방법에 비하여 상대적으로 저온 및 저압에서 미세 코발트 분말을 제조할 수 있으며, 또한, 미세 코발트 분말의 사이즈 조절이 용이한 코발트 분말 제조 방법을 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to provide a cobalt powder production method that can be prepared fine cobalt powder at a relatively low temperature and low pressure, and also easy to control the size of the fine cobalt powder compared to the conventional cobalt powder production method.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 코발트 분말 제조 방법은 (a) 코발트 염 및 NaOH를 용매에 용해시켜 Co(OH)2 슬러리를 형성하는 단계; (b) 상기 Co(OH)2 슬러리를 반응 용기에 투입하는 단계; (c) 상기 반응용기에 투입된 슬러리를 가열하면서 교반하는 단계; (d) 상기 교반되는 Co(OH)2 슬러리에 백금족 촉매를 첨가하는 단계; 및 (e) 상기 교반되는 Co(OH)2 슬러리에 환원제를 공급하여 Co(OH)2 슬러리를 환원시켜 코발트 분말을 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Cobalt powder manufacturing method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object comprises the steps of (a) dissolving a cobalt salt and NaOH in a solvent to form a Co (OH) 2 slurry; (b) injecting said Co (OH) 2 slurry into a reaction vessel; (c) stirring while heating the slurry charged into the reaction vessel; (d) adding a platinum group catalyst to the stirred Co (OH) 2 slurry; And (e) reducing the Co (OH) 2 slurry by supplying a reducing agent to the stirred Co (OH) 2 slurry to obtain a cobalt powder.
본 발명에 따른 미세 코발트 분말 제조 방법은 백금족 촉매의 종류 및 농도를 제어함으로써, 0.2 ~ 1.0 ㎛의 평균 직경을 갖는 미세 코발트 분말을 제조할 수 있다.In the method for preparing fine cobalt powder according to the present invention, fine cobalt powder having an average diameter of 0.2 μm to 1.0 μm can be produced by controlling the type and concentration of the platinum group catalyst.
또한, 본 발명에 따른 미세 코발트 분말 제조 방법을 이용할 경우, 95 ~ 99%의 수득률로 미세 코발트 분말을 제조할 수 있으며, 제조되는 미세 코발트 분말은 99% 이상의 순도를 가질 수 있다.
In addition, when using the fine cobalt powder manufacturing method according to the present invention, it is possible to produce a fine cobalt powder in a yield of 95 ~ 99%, the fine cobalt powder produced may have a purity of 99% or more.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 백금족 촉매를 이용한 미세 코발트 분말 제조 방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 백금족 촉매가 첨가되지 않은 상태에서 제조된 코발트 분말을 SEM으로 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 3 및 도 4는 RuCl3 농도에 따라 제조되는 코발트 분말을 XRD 및 SEM으로 측정 및 촬영하여 나타낸 그래프 및 사진이다.
도 5 및 도 6은 H2PtCl6 농도에 따라 제조되는 코발트 분말을 XRD 및 SEM으로 측정 및 촬영하여 나타낸 그래프 및 사진이다.
도 7 및 도 8은 PdCl2 농도에 따라 제조되는 코발트 분말을 XRD 및 SEM으로 측정 및 촬영하여 나타낸 그래프 및 사진이다.1 is a process flowchart schematically showing a method for preparing fine cobalt powder using a platinum group catalyst according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph taken by SEM of the cobalt powder prepared in the state where the platinum group catalyst is not added.
3 and 4 are graphs and photos showing the cobalt powder prepared according to RuCl 3 concentration by XRD and SEM.
5 and 6 are graphs and photographs showing the cobalt powder prepared according to the H 2 PtCl 6 concentration measured and photographed by XRD and SEM.
7 and 8 are graphs and photographs showing the cobalt powder prepared according to the concentration of PdCl 2 measured and photographed by XRD and SEM.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 백금족 촉매를 이용한 코발트 분말 제조 방법 및 그 방법으로 제조된 코발트 분말에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, a cobalt powder preparation method using a platinum group catalyst according to a preferred embodiment of the present invention and cobalt powder prepared by the method will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 백금족 촉매 첨가에 의한 코발트 분말 크기 조절 방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.1 is a process flow chart schematically showing a cobalt powder size control method by adding a platinum group catalyst according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 백금족 촉매를 이용한 코발트 분말 제조 방법은 슬러리 형성 단계(S110), 슬러리 투입 단계(S120), 교반 단계(S130), 백금족 촉매 첨가 단계(S140) 및 슬러리 환원에 의한 코발트 분말 수득 단계(S150)를 포함한다.
Referring to Figure 1, the cobalt powder production method using a platinum group catalyst according to the present invention in the slurry forming step (S110), slurry input step (S120), stirring step (S130), platinum group catalyst addition step (S140) and slurry reduction It comprises the step of obtaining cobalt powder (S150).
슬러리Slurry 형성 formation
슬러리 형성 단계(S110)에서는 코발트 염 및 NaOH를 용매에 용해시켜 Co(OH)2 슬러리를 형성한다.In the slurry forming step (S110), the cobalt salt and NaOH are dissolved in a solvent to form a Co (OH) 2 slurry.
코발트 염은 CoCl2를 이용할 수 있으며, 용매는 물(H2O)를 이용할 수 있다. 코발트 염과 NaOH는 동시에 혹은 순차적으로 투입될 수 있다. The cobalt salt may use CoCl 2 , and the solvent may use water (H 2 O). Cobalt salt and NaOH can be added simultaneously or sequentially.
코발트 염 및 NaOH는 1 : 8 ~ 1 : 16 의 몰비로 첨가되는 것이 바람직하다. 코발트 염 : NaOH의 몰비가 1 : 8 미만일 경우에는 코발트 염 대비 NaOH의 함량이 너무 낮아 Co(OH)2 슬러리를 환원하는 데 필요한 OH- 를 제공하는 데 한계가 있으므로 환원 효과를 제대로 발휘할 수 없는 문제점이 있다. 반대로, 코발트 염 및 NaOH 몰비가 1 : 16을 초과할 경우에는 NaOH로 인한 용액의 pH의 상승으로 환원된 코발트 분말이 변질될 수 있다.
Cobalt salt and NaOH are preferably added in a molar ratio of 1: 8 to 1: 16. When the molar ratio of cobalt salt to NaOH is less than 1: 8, the content of NaOH is too low compared to the cobalt salt, and thus there is a limit in providing OH - required to reduce Co (OH) 2 slurry. There is this. On the contrary, when the cobalt salt and NaOH molar ratios exceed 1: 16, the reduced cobalt powder may be deteriorated due to an increase in pH of the solution due to NaOH.
한편, 코발트 염으로 CoCl2를 이용할 경우, CoCl2 및 NaOH는 반응식1의 화학반응을 한다.On the other hand, when CoCl 2 is used as the cobalt salt, CoCl 2 and NaOH undergo a chemical reaction of Scheme 1.
반응식 1 : CoCl2 + 2NaOH → Co(OH)2 + 2Na+ + 2Cl-
Scheme 1: CoCl 2 + 2NaOH → Co (OH) 2 + 2Na + + 2Cl -
슬러리Slurry 투입 input
슬러리 투입 단계(S120)에서는 슬러리 형성 단계(S110)를 통하여 형성된 Co(OH)2 슬러리를 반응 용기에 투입한다. 이때, Co(OH)2 슬러리는 반응 용기 내에 설정된 온도로 공급된다. 반응 용기는 외부와 밀폐된 공간을 제공하는 것을 이용할 수 있다.
In the slurry injecting step (S120), the Co (OH) 2 slurry formed through the slurry forming step (S110) is added to the reaction vessel. At this time, the Co (OH) 2 slurry is supplied at a temperature set in the reaction vessel. The reaction vessel can be used to provide an enclosed space with the outside.
교반Stirring
교반 단계(S130)에서는 슬러리 투입 단계(S120)를 통하여 반응 용기에 투입된 Co(OH)2 슬러리를 가열하면서 교반한다.In the stirring step (S130) is stirred while heating the slurry of Co (OH) 2 introduced into the reaction vessel through the slurry input step (S120).
가열을 위하여 히터와 같은 가열 수단을 이용할 수 있다. 가열 온도는 대략 60℃ 정도가 될 수 있다. 가열 온도 조절을 위하여, 써모커플(thermocouple)을 이용할 수 있다. Heating means such as heaters can be used for heating. The heating temperature may be about 60 ° C. For the temperature control of the heating, a thermocouple can be used.
이때, 상기 반응 용기 내에 투입된 Co(OH)2 슬러리의 교반이 잘 이루어지도록, 교반기를 이용하여 60 ~ 1500 rpm 정도의 교반속도로 교반할 수 있다.
At this time, it is possible to stir at a stirring speed of about 60 ~ 1500 rpm using a stirrer so that the stirring of the Co (OH) 2 slurry injected into the reaction vessel is made well.
백금족Platinum group 촉매 첨가 Catalyst addition
백금족 촉매 첨가 단계(S140)에서는 교반되고 있는 Co(OH)2 슬러리에 백금족 촉매를 첨가한다. In the platinum group catalyst addition step (S140), a platinum group catalyst is added to the slurry of Co (OH) 2 being stirred.
백금족 촉매는 RuCl3, H2PtCl6, PdCl2 등이 1종 이상 이용될 수 있다. As the platinum group catalyst, RuCl 3 , H 2 PtCl 6 , PdCl 2 , or the like may be used.
이러한 백금족 촉매를 이용할 경우, 제조되는 코발트 분말의 형상을 구형화할 수 있으며, 또한 분말의 크기를 미세하게 할 수 있다. 실험 결과, 백금족 촉매가 첨가되지 않은 상태에서 제조된 코발트 분말의 경우, 도 2와 같이 3 ~ 5 ㎛의 수지상형을 나타내었다. 그러나, 백금족 촉매가 첨가된 상태에서 제조된 코발트 분말의 경우, 도 4, 도 6 및 도 8과 같이, 상대적으로 구형에 가까웠으며, 분말의 크기 또한 미세하였다. When such a platinum group catalyst is used, the shape of the cobalt powder to be manufactured can be spherical and the size of the powder can be made fine. As a result, in the case of cobalt powder prepared in the state that the platinum group catalyst is not added, it showed a dendritic type of 3 ~ 5 ㎛ as shown in FIG. However, in the case of the cobalt powder prepared in the state where the platinum group catalyst was added, as shown in Figs. 4, 6 and 8, it was relatively spherical and the size of the powder was also fine.
백금족 촉매는 5 × 10-5 M ~ 5 × 10-4 M의 농도로 첨가되는 것이 바람직하다. 백금족 촉매의 농도가 5 × 10-5 M 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분할 수 있다. 반대로, 백금족 촉매의 농도가 5 × 10-4 M 를 초과할 경우, 더 이상의 효과 상승없이 코발트 분말 제조 비용만 상승할 수 있다.
The platinum group catalyst is preferably added at a concentration of 5 x 10 -5 M to 5 x 10 -4 M. When the concentration of the platinum group catalyst is less than 5 x 10 -5 M, the addition effect may be insufficient. In contrast, when the concentration of the platinum group catalyst exceeds 5 x 10 -4 M, only the cost of producing cobalt powder can be increased without further effect increase.
슬러리Slurry 환원에 의한 코발트 분말 수득 Obtaining Cobalt Powder by Reduction
코발트 분말 수득 단계(S150)에서는 교반되고 있는 Co(OH)2 슬러리에 환원제를 공급하여 상기 Co(OH)2 슬러리를 환원시켜 코발트 분말을 수득한다.The cobalt powders obtained step (S150) was stirred and Co (OH) 2 to supply the reducing agent in the slurry by reducing the Co (OH) 2 slurry to obtain the cobalt powder.
환원제로는 N2H4 성분을 포함하는 것을 이용할 수 있다. 이 경우, 코발트 분말은 반응식 2를 통하여 수득될 수 있다.As the reducing agent, those containing N 2 H 4 components can be used. In this case, cobalt powder can be obtained through Scheme 2.
반응식 2 : 2Co(OH)2 + N2H4 → 2Co + N2 +4H2O
Scheme 2: 2Co (OH) 2 + N 2 H 4 → 2Co + N 2 + 4H 2 O
여기서, N2H4 성분을 포함하는 환원제는 하이드라진 모노하이드레이트(Hydrazine monohydrate, N2H4?H2O) 형태로 공급될 수 있다. Here, the reducing agent including the N 2 H 4 component may be supplied in the form of a hydrazine monohydrate (Hydrazine monohydrate, N 2 H 4 ~ H 2 O).
환원제는 코발트 염 1몰에 대하여 1~2몰의 비율로 첨가되는 것이 바람직하다. 환원제의 첨가량이 코발트 염 1몰 대비 1몰의 비율 미만일 경우에는 환원 반응이 충분히 이루어지기 어렵다. 반대로 환원제의 첨가량이 코발트 염 1 몰 대비 2몰의 비율을 초과하는 경우, 환원제 과다 첨가로 인하여 제조되는 코발트 분말의 응집이 심화되어 미세 코발트 분말을 제조하는 데 어려움이 따른다.
The reducing agent is preferably added at a rate of 1 to 2 moles per 1 mole of cobalt salt. When the addition amount of the reducing agent is less than the ratio of 1 mol to 1 mol of the cobalt salt, it is difficult to sufficiently reduce the reaction. On the contrary, when the addition amount of the reducing agent exceeds the ratio of 2 moles to 1 mole of the cobalt salt, cobalt powder is agglomerated due to the excessive addition of the reducing agent, which leads to difficulty in preparing the fine cobalt powder.
여기서, 환원제를 공급하여 Co(OH)2 슬러리를 환원 반응시킬 때, 반응온도는 대략 20 ~ 60℃가 될 수 있다. Here, when reducing the Co (OH) 2 slurry by supplying a reducing agent, the reaction temperature may be approximately 20 ~ 60 ℃.
이때, 환원반응 시간은 10~40분인 것이 바람직하다. 환원반응 시간이 10분 미만일 경우에는 반응시간이 너무 짧은 관계로 Co(OH)2 슬러리의 일부가 환원되지 못하여 미세 코발트 분말을 제조하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 환원반응 시간이 40분을 초과할 경우에는 용액의 pH로 인하여 환원된 코발트 분말의 변질이 발생할 수 있다.
At this time, the reduction reaction time is preferably 10 to 40 minutes. If the reduction reaction time is less than 10 minutes, because the reaction time is too short, a portion of the Co (OH) 2 slurry may not be reduced, it may be difficult to prepare a fine cobalt powder. On the contrary, when the reduction reaction time exceeds 40 minutes, deterioration of the reduced cobalt powder may occur due to the pH of the solution.
한편, 도면으로 제시하지는 않았지만, 코발트 분말 수득 이후, 수득된 코발트 분말을 고액 분리하여 에탄올 및 증류수로 세척하는 단계와 세척된 코발트 분말을 60℃에서 건조하는 단계를 더 실시할 수도 있다.
On the other hand, although not shown in the drawings, after obtaining the cobalt powder, the obtained cobalt powder may be further subjected to solid-liquid separation and washing with ethanol and distilled water and drying the washed cobalt powder at 60 ° C.
상기 과정(S110 ~ S150)을 통하여 제조되는 코발트 분말은 0.2 ~ 1.0 ㎛의 평균 직경을 가질 수 있으며, 99% 이상의 순도를 나타낼 수 있다. 또한 상기 과정(S110 ~ S150)을 통하여 95 ~ 99%의 코발트 분말 수득률을 나타낼 수 있다.
Cobalt powder prepared through the process (S110 ~ S150) may have an average diameter of 0.2 ~ 1.0 ㎛, may exhibit a purity of 99% or more. In addition, the process (S110 ~ S150) can exhibit a 95 ~ 99% cobalt powder yield.
실시예Example
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. Hereinafter, the configuration and operation of the present invention through the preferred embodiment of the present invention will be described in more detail. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
Details that are not described herein will be omitted since those skilled in the art can sufficiently infer technically.
실험시료Experimental sample
본 발명에 따른 백금족 촉매를 이용한 코발트 분말 제조 방법을 통하여 미세 코발트 분말을 제조하기 위하여 사용된 시료를 열거하면 다음과 같다.The samples used to prepare the fine cobalt powder through the cobalt powder production method using the platinum group catalyst according to the present invention are listed as follows.
용매 : 증류수(H2O)Solvent: Distilled Water (H 2 O)
코발트 염 : 코발트 클로라이드 헥사하이드라이트(CoCl2ㆍ6H2O)Cobalt salt: Cobalt chloride hexahydrate (CoCl 2 ㆍ 6H 2 O)
백금족 촉매 : 루테늄 클로라이드(RuCl3ㆍ3H2O), 플라티늄 클로라이드(H2PtCl6ㆍnH2O), 팔라듐 클로라이드(PdCl2)Platinum group catalysts: ruthenium chloride (RuCl 3 3H 2 O), platinum chloride (H 2 PtCl 6 nH 2 O), palladium chloride (PdCl 2 )
환원제 : 하이드라진 모노하이드레이트(N2H4ㆍH2O)Reducing agent: Hydrazine monohydrate (N 2 H 4 ㆍ H 2 O)
이때, 코발트 염을 슬러리화시키기 위해 수산화나트륨(NaOH)를 이용하였다.
At this time, sodium hydroxide (NaOH) was used to slurry the cobalt salt.
RuClRucl 33 농도에 따른 영향 Effect of concentration
백금족 촉매로 RuCl3를 이용할 경우, 그 농도에 따라 제조되는 코발트 분말의 특성을 살펴보기 위하여, 증류수를 용매로 이용하고, CoCl2 1.0 M, NaOH 8 M, N2H4 2M, 온도 60℃에서 RuCl3 농도를 0 M(미첨가), 5 × 10-5 M, 1 × 10-4 M, 5 × 10-4 M 및 1× 10-3 M로 변화하여 실험하였다.When using RuCl 3 as the platinum group catalyst, to examine the characteristics of the cobalt powder prepared according to the concentration, using distilled water as a solvent, CoCl 2 1.0 M, NaOH 8 M, N 2 H 4 2M, at a temperature of 60 ℃ RuCl 3 concentrations were tested by changing to 0 M (not added), 5 × 10 −5 M, 1 × 10 −4 M, 5 × 10 −4 M, and 1 × 10 −3 M.
도 3는 RuCl3 농도별로 생성되는 코발트 분말을 XRD로 측정하여 나타낸 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the cobalt powder produced by the RuCl 3 concentration measured by XRD.
도 3을 참조하면, RuCl3 농도를 달리하더라도 제조되는 코발트 분말들은 모두 RuCl3 첨가로 인한 불순물이 없음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, even though the concentration of RuCl 3 is different, all of the cobalt powders prepared may be free of impurities due to the addition of RuCl 3 .
도 2는 RuCl3를 비롯한 어떠한 백금족 촉매를 사용하지 않은 경우에 제조된 코발트 분말의 SEM 사진이고, 도 4은 RuCl3 농도 변화에 따라 제조되는 코발트 분말의 SEM 사진이다.FIG. 2 is a SEM photograph of cobalt powder prepared when no platinum group catalyst including RuCl 3 is used, and FIG. 4 is a SEM photograph of cobalt powder prepared according to the change of RuCl 3 concentration.
백금족 촉매가 첨가되지 않은 경우, 도 2와 같이 코발트 분말은 3 ~ 5 ㎛의 수지상형 코발트 분말로 환원된다. 그러나 백금족 촉매가 첨가되었을 경우, 도 4와 같이 대략 1㎛ 이하의 미세한 코발트 분말로 환원되며, 백금족 촉매의 농도가 증가할수록 환원되는 코발트 분말의 형상은 구형으로 생성되는 것을 볼 수 있다.When the platinum group catalyst is not added, the cobalt powder is reduced to dendritic cobalt powder of 3 to 5 μm as shown in FIG. 2. However, when the platinum group catalyst is added, it is reduced to fine cobalt powder of about 1 μm or less as shown in FIG. 4, and as the concentration of the platinum group catalyst increases, the shape of the reduced cobalt powder is spherical.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, RuCl3 의 농도가 5 × 10-5 M로 첨가될 경우에는 약 1.0㎛의 수지상형의 분말과 미세한 분말이 존재하는 것을 볼 수 있다.As shown in (a) of FIG. 4, when the concentration of RuCl 3 is added at 5 × 10 −5 M, it can be seen that a dendritic powder of about 1.0 μm and a fine powder exist.
RuCl3 1 × 10-4 M, 5 × 10-4 M 및 1× 10-3 M로 변화하였을 경우 분말의 크기는 0.52 ㎛, 0.40 ㎛, 0.37 ㎛로 RuCl3의 농도가 증가할수록 분말의 크기는 점점 미세하여 졌으며, 분말의 형상은 수지상형에서 구형으로 변하는 것을 알 수 있다. 다만, RuCl3 5 × 10-4 M 초과에서는 농도 증가에 비하여 큰 효과가 없는 것으로 나타났다.
RuCl 3 1 × 10 -4 M, 5 × 10 -4 M and 1 × 10 -3 when hayeoteul change in size of the powder M 0.52 ㎛, 0.40 ㎛, 0.37 ㎛ to more increase the concentration of RuCl 3 of the size of the powder is As it became finer, it can be seen that the shape of the powder is changed from dendritic to spherical. However, the RuCl 3 5 × 10 -4 M showed no significant effect compared to the concentration increase.
HH 22 PtClPtCl 66 농도에 따른 영향 Effect of concentration
백금족 촉매로 H2PtCl6를 이용할 경우, 그 농도에 따라 제조되는 코발트 분말의 특성을 살펴보기 위하여, 증류수를 용매로 이용하고, CoCl2 1.0 M, NaOH 8 M, N2H4 2M, 온도 60℃에서 H2PtCl6 농도를 5 × 10-5 M, 1 × 10-4 M, 5 × 10-4 M 및 1× 10-3 M로 변화하여 실험하였다.When using H 2 PtCl 6 as a platinum group catalyst, distilled water was used as a solvent, and CoCl 2 1.0 M, NaOH 8 M, N 2 H 4 2M, and
도 5는 H2PtCl6 농도별로 생성되는 코발트 분말을 XRD로 측정하여 나타낸 그래프이고, 도 6은 H2PtCl6 농도별로 생성되는 코발트 분말을 SEM으로 촬영한 사진이다.Figure 5 is a graph showing the cobalt powder produced by the H 2 PtCl 6 concentration measured by XRD, Figure 6 is a photograph taken by SEM of the cobalt powder produced by the H 2 PtCl 6 concentration.
도 5를 참조하면, H2PtCl6의 농도가 1 × 10-4 M 이하에서는 순수 코발트 분말만 환원되었으나, 1 × 10-4 M 초과시 미반응물인 Co(OH)2가 잔존하였으며, H2PtCl6 농도가 증가함에 따라 환원되지 않은 Co(OH)2 가 증가하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, when the concentration of H 2 PtCl 6 was 1 × 10 −4 M or less, only pure cobalt powder was reduced. However, when 1 × 10 −4 M was exceeded, unreacted Co (OH) 2 remained and H 2 PtCl Co (OH) 6 is not reduced as the concentration is increased it can be seen that the two increases.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, H2PtCl6 의 농도가 5 × 10-5 M로 첨가될 경우에는 약 0.6 ㎛의 미세한 분말이 존재하는 것을 볼 수 있으며, H2PtCl6 1 × 10-4 M에서는 0.4 ㎛ 미세한 분말이 존재하는 것을 볼 수 있다. 반면, H2PtCl6 5 × 10-4 M 및 1× 10-3 M로 변화하였을 경우 입자의 크기는 0.3 ㎛이하로 미세하여 지며, 환원되지 않은 Co(OH)2의 응집된 입자들이 측정되었다.
As shown in (a) of FIG. 6, when the concentration of H 2 PtCl 6 is added at 5 × 10 −5 M, it can be seen that a fine powder of about 0.6 μm exists, and H 2 PtCl 6 1 × It can be seen that at 10 −4 M, 0.4 μm fine powder is present. On the other hand, when the size of H 2 PtCl 6 5 × 10 -4 M and 1 × 10 -3 M was reduced to less than 0.3 ㎛ size, aggregated particles of unreduced Co (OH) 2 were measured .
PdClPdCl 22 농도에 따른 영향 Effect of concentration
백금족 촉매로 PdCl2를 이용할 경우, 그 농도에 따라 제조되는 코발트 분말의 특성을 살펴보기 위하여, 증류수를 용매로 이용하고, CoCl2 1.0 M, NaOH 8 M, N2H4 2M, 온도 60℃, 반응시간 10분에서 PdCl2 농도를 5 × 10-5 M, 1 × 10-4 M, 5 × 10-4 M 및 1× 10-3 M로 변화하여 실험하였다.In the case of using PdCl 2 as a platinum group catalyst, distilled water was used as a solvent, and CoCl 2 1.0 M, NaOH 8 M, N 2 H 4 2M,
도 7는 PdCl2 농도에 따라 제조되는 코발트 분말을 XRD로 측정하여 나타낸 그래프이고, 도 8는 PdCl2 농도에 따라 제조되는 코발트 분말을 SEM으로 촬영한 사진이다.Figure 7 is a graph showing the cobalt powder prepared according to the PdCl 2 concentration measured by XRD, Figure 8 is a photograph of the cobalt powder prepared according to the PdCl 2 concentration by SEM.
도 7은 PdCl2 농도에 따라 제조되는 코발트 분말을 XRD로 측정하였다. 생성된 코발트 분말들은 모두 PdCl2로 인한 불순물들이 없음을 확인 할 수 있다.Figure 7 measured the cobalt powder prepared according to the PdCl 2 concentration by XRD. It can be seen that the cobalt powders produced are all free of impurities due to PdCl 2 .
도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, PdCl2의 농도가 5 × 10-5 M로 첨가될 경우에는 약 0.86㎛의 수지상형의 분말과 미세한 분말이 존재하는 것을 볼 수 있다.As shown in (a) of FIG. 8, when the concentration of PdCl 2 is added at 5 × 10 −5 M, it can be seen that there are about 0.86 μm of dendritic powder and fine powder.
PdCl2 1 × 10-4 M, 5 × 10-4 M 및 1× 10-3 M로 변화하였을 경우 분말의 크기는 0.42 ㎛, 0.28 ㎛, 0.26 ㎛로 PdCl2의 농도가 증가할수록 분말의 크기는 점점 미세하여 졌으며, 분말의 형상은 수지상형에서 구형으로 변하는 것을 알 수 있다. PdCl2 5 × 10-4 M 초과에서는 PdCl2 농도 증가에 비하여 큰 효과가 없는 것으로 나타났다. PdCl 2 1 × 10 -4 M, 5 × 10 -4 M and 1 × 10 -3 when hayeoteul change in M size of the powder is the more the concentration of PdCl 2 increased to 0.42 ㎛, 0.28 ㎛, 0.26 ㎛ size of the powder is As it became finer, it can be seen that the shape of the powder is changed from dendritic to spherical. Above PdCl 2 5 × 10 −4 M, there was no significant effect compared to the increase in PdCl 2 concentration.
상술한 바를 종합하면, 백금족 촉매는 5 × 10-5 M ~ 5 × 10-4 M 의 농도로 첨가되는 것이 형상 및 사이즈 미세화 측면에서 가장 바람직하다고 볼 수 있다.
In summary, it can be seen that the platinum group catalyst is added at a concentration of 5 x 10 -5 M to 5 x 10 -4 M in terms of shape and size miniaturization.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
S110 : 슬러리 형성 단계
S120 : 슬러리 투입 단계
S130 : 교반 단계
S140 : 백금족 촉매 첨가 단계
S150 : 슬러리 환원에 의한 코발트 분말 수득 단계S110: slurry formation step
S120: slurry injection step
S130: stirring step
S140: platinum group catalyst addition step
S150: step of obtaining cobalt powder by slurry reduction
Claims (11)
(b) 상기 Co(OH)2 슬러리를 반응 용기에 투입하는 단계;
(c) 상기 반응용기에 투입된 슬러리를 60 ℃로 가열하면서 교반하는 단계;
(d) 상기 교반되는 Co(OH)2 슬러리에 5×10-5 ~ 5×10-4M의 백금족 촉매를 첨가하는 단계; 및
(e) 상기 교반되는 Co(OH)2 슬러리에 환원제를 공급하여 Co(OH)2 슬러리를 60 ℃에서 환원시켜 구형의 코발트 분말을 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 코발트 분말 제조 방법.
(a) dissolving cobalt salt and NaOH in water (H 2 O) to form a Co (OH) 2 slurry;
(b) injecting said Co (OH) 2 slurry into a reaction vessel;
(c) stirring the slurry introduced into the reaction vessel while heating to 60 ° C;
(d) adding 5 × 10 −5 to 5 × 10 −4 M platinum group catalyst to the stirred Co (OH) 2 slurry; And
process for producing cobalt powder comprising the; (e) to obtain the agitation of the spherical cobalt powder by reduction of Co (OH) by supplying a reducing agent to the second slurry to Co (OH) 2 slurry at 60 ℃ that.
상기 코발트 염은
CoCl2인 것을 특징으로 하는 코발트 분말 제조 방법.
The method of claim 1,
The cobalt salt is
CoCl 2 The method of producing a cobalt powder, characterized in that.
상기 코발트 염 및 NaOH는
1 : 8 ~ 1 : 16의 몰비로 상기 용매에 첨가되는 것을 특징으로 하는 코발트 분말 제조 방법.
The method of claim 1,
The cobalt salt and NaOH
1: Cobalt powder production method characterized in that it is added to the solvent in a molar ratio of 8 to 1: 16.
상기 백금족 촉매는
RuCl3 , H2PtCl6 및 PdCl2 중에서 하나 이상인 것을 특징으로 하는 코발트 분말 제조 방법.
The method of claim 1,
The platinum group catalyst is
A method for producing cobalt powder, characterized in that at least one of RuCl 3 , H 2 PtCl 6 and PdCl 2 .
상기 환원제는
상기 코발트 염 1 몰에 대하여, 1~2몰의 비율로 첨가되는 것을 특징으로 하는 코발트 분말 제조 방법.
The method of claim 1,
The reducing agent
A method for producing cobalt powder, characterized in that it is added at a rate of 1 to 2 moles with respect to 1 mole of the cobalt salt.
상기 환원제는
N2H4 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 코발트 분말 제조 방법.
The method of claim 1,
The reducing agent
A cobalt powder production method comprising the N 2 H 4 component.
상기 환원제는
하이드라진 모노하이드레이트(Hydrazine monohydrate) 형태로 공급하는 것을 특징으로 하는 코발트 분말 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The reducing agent
Process for producing cobalt powder, characterized in that supplied in the form of hydrazine monohydrate (Hydrazine monohydrate).
상기 (e) 단계에서,
상기 환원 반응은 10~40분간 실시되는 것을 특징으로 하는 코발트 분말 제조 방법.
The method of claim 1,
In the step (e)
The reduction reaction is a cobalt powder production method characterized in that carried out for 10 to 40 minutes.
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|---|---|---|---|---|
| KR20020017489A (en) * | 2000-08-30 | 2002-03-07 | 곽영훈 | Synthesis of fine cobalt powders |
-
2011
- 2011-12-05 KR KR1020110128750A patent/KR101353344B1/en active IP Right Grant
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Non-Patent Citations (5)
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| Electrochemical and Solid-State Letters, vol.13 no.2, D4-D6(2010.11.18) * |
| Materials Research Bulletin vol.37, pp.2067-2075(2002.10.27) * |
| Materials Research Bulletin vol.37, pp.2067-2075(2002.10.27)* |
| 슬러리환원법을 이용한 코발트 분말의 제조, 신기웅, 석사학위논문(2011.02.) * |
| 슬러리환원법을 이용한 코발트 분말의 제조, 신기웅, 석사학위논문(2011.02.)* |
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