[發(fā)明專利]一種制備高密度四氧化三鈷粉末的方法與設(shè)備

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710034615.6
• 申請(qǐng)日: 2007-03-26
• 公開（公告）號(hào): CN101274782A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉志宏;李啟厚;李玉虎;劉智勇;胡雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G51/04
• 分類號(hào): C01G51/04
• 代理公司: 中南大學(xué)專利中心
• 代理人: 艾侃

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及制備高密度四氧化三鈷粉末的方法與設(shè)備，其原料為氯化鈷。

背景技術(shù)

四氧化三鈷是制造鋰離子電池正極材料LiCoO₂的原料。目前，工業(yè)生產(chǎn)四氧化三鈷的方法主要是濕法沉淀-煅燒法，該法有2種具體工藝。其一為以碳酸氫氨為沉淀劑，加入鈷鹽溶液中，生成堿式碳酸鈷沉淀，過濾、洗滌和干燥后，在800℃左右高溫下煅燒，得到四氧化三鈷產(chǎn)品。其二是采用NaOH為中和劑，在控制溫度、pH值等條件下，從鈷鹽溶液中水解沉淀出Co(OH)₂，再在800℃左右高溫下煅燒，得到四氧化三鈷產(chǎn)品。濕法沉淀一煅燒法的優(yōu)點(diǎn)為，技術(shù)起點(diǎn)低，易于實(shí)現(xiàn)和掌握；但存在的缺點(diǎn)在于，工藝流程較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低，存在含氨氮廢水污染，產(chǎn)品形貌為多孔團(tuán)聚體，振實(shí)密度低，存在氧化亞鈷等雜相，均一性差，性能不能很好滿足LiCoO₂生產(chǎn)要求。

優(yōu)美克公司等采用溶液霧化-焙燒法生產(chǎn)四氧化三鈷。具體工藝為，將CoCl₂水溶液采用離心、高壓或超聲等方法霧化，噴入高溫焙燒爐中，在800℃左右高溫下，霧滴經(jīng)過加熱脫水、結(jié)晶、高溫水解、氧化、碰撞團(tuán)聚及燒結(jié)等系列物理、化學(xué)過程，轉(zhuǎn)化為四氧化三鈷粉末。該法的優(yōu)點(diǎn)在于能生產(chǎn)高密度四氧化三鈷粉末，但存在霧化焙燒爐體積龐大、材質(zhì)要求高、能耗高、收塵及尾氣處理系統(tǒng)復(fù)雜、投資大等不足。

在“制備高品質(zhì)四氧化三鈷的新方法”(申請(qǐng)?zhí)枺?00410023350.6)和“制備高品質(zhì)四氧化三鈷的反應(yīng)爐”(申請(qǐng)?zhí)枺?00420036289.4)的專利申請(qǐng)中，提出了一種以含結(jié)晶水的鈷鹽為原料，將其盛于容器內(nèi)，置于推舟式隧道窯中加熱，制造四氧化三鈷粉末的方法。該法存在的問題是，物料處于靜止?fàn)顟B(tài)，若料層太薄，則生產(chǎn)效率很低；而料層過厚，則由于料層受熱不勻，加熱時(shí)結(jié)晶水大量析出使?fàn)t料熔融、結(jié)殼等發(fā)生，導(dǎo)致反應(yīng)條件不均勻、產(chǎn)品一致性差、顆粒粗大等問題。因而在工業(yè)生產(chǎn)上其操作控制難度較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，針對(duì)制備四氧化三鈷的現(xiàn)有技術(shù)中存在的產(chǎn)品質(zhì)量差、存在污染、投資大、實(shí)施困難等不足，提出一種制備高密度四氧化三鈷的方法及設(shè)備。

其方案為，以100目～400目的粉末狀無水CoCl₂為原料，將其加入反應(yīng)爐中，于500～1000℃溫度下，呈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與含水蒸汽的氧化性氣體充分混合，反應(yīng)生成四氧化三鈷粉末，其反應(yīng)式為：

3CoCl_2(s)+3H₂O_(g)+1/2O_2(g)＝Co₃O_4(s)+6HCl_(g)。

所述反應(yīng)爐為飄浮式反應(yīng)爐，包括一個(gè)爐體，其上部為筒體，設(shè)有進(jìn)料管和排氣管；其下部為錐形，底端設(shè)有排渣口，錐體下端的錐面上設(shè)有進(jìn)氣口。

本發(fā)明方法工藝過程及設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝制度便于掌握調(diào)控，反應(yīng)產(chǎn)物只有氣固兩相且容易分離，其后處理工序，即氣固分離、粉末的洗滌、干燥、分級(jí)以及HCl氣體的回收等易于與現(xiàn)有工藝手段銜接，產(chǎn)品質(zhì)量高，生產(chǎn)過程無污染。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的原則流程圖；

圖2為本發(fā)明飄浮式反應(yīng)爐示意圖；

圖3為本發(fā)明樣品SEM檢測(cè)照片；

圖4為本發(fā)明樣品XRD檢測(cè)結(jié)果。

具體實(shí)施方式

以下對(duì)所發(fā)明的技術(shù)方案詳細(xì)描述。

如圖1所示，本發(fā)明所采用的CoCl₂原料，是采用電池級(jí)CoCl₂·6H₂O，在250℃溫度下加熱真空脫水后，再經(jīng)粉碎制備的，其粒度在100～400目。反應(yīng)氣體含氧量為21～50％，一般用空氣即可，或在空氣中配入氧氣；反應(yīng)氣體中所含水份，采用計(jì)量泵將水輸送至霧化器，水霧化后噴入高溫氣流氣化加入，因此，高溫氧化氣體中，水份含量是可控的，一般按化學(xué)計(jì)量的100～120％加入，過高則造成尾氣露點(diǎn)升高，導(dǎo)致收塵系統(tǒng)只能在高溫下運(yùn)行，收塵布袋材質(zhì)選擇困難。