[發明專利]一種碳酸鈷的生產方法

有效

• 申請號: 201010152902.9
• 申請日: 2010-04-22
• 公開（公告）號: CN101830521A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 袁國和;王武;李敏;唐洲
• 申請（專利權）人: 江蘇凱力克鈷業股份有限公司
• 主分類號: C01G51/06
• 分類號: C01G51/06
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 周靜

技術領域

本發明涉及一種碳酸鈷的生產方法。

背景技術

粒徑均勻的微米級粒子，由于粒度小、比表面積大等特點具有許多優異的性能，在電子、冶金、化工等領域有著廣泛的用途。碳酸鈷是生產電池級四氧化三鈷的原料，作為生產鋰電池原料鈷酸鋰前驅體的碳酸鈷，其市場需求在不斷增加。目前國內外對碳酸鉆的生產中還存在一些問題，如資源利用率不足，收率低(約98％)，難過濾、難洗滌、廢液中鈷含量高(在200ppm以上)，排放超過國家排放標準200倍等。因此尋求合理的技術，探尋能提高產品純度和收率，降低廢液鈷含量的工藝流程是制備工藝研究中迫切需要解決的問題。

發明內容

本發明提供一種碳酸鈷的生產方法，可以提高產品收率，降低廢液鈷含量。

所述碳酸鈷的生產方法為，在40～60℃、攪拌速度100-130轉/分，將鈷濃度為130±5g/L的CoCl₂水溶液在4～10h內滴加入濃度為250±10g/L的NH₄HCO₃水溶液中，NH₄HCO₃水溶液與CoCl₂水溶液的體積比為1.6-1.7，滴加過程先后分為快速滴加段和慢速滴加段，快速滴加段和慢速滴加段的時間比為1∶2～2∶1，在快速滴加段，隨著氯化鈷溶液的滴加，顏色逐漸呈深紅色，溶液出現粉紅色時，快速滴加段結束，滴加速度改為慢速滴加，滴加完成后，繼續攪拌1小時后進行固液分離，用70℃的純水洗滌，直至濾液pH＝7，脫水后進行干燥得產品。顯然，在本發明中，當溶液出現粉紅色時，已滴加的CoCl₂與NH₄HCO₃的摩爾比是基本固定的，因此已滴加的CoCl₂水溶液占總的CoCl₂水溶液的體積比也基本固定，一般為0.6-0.7。

隨著反應釜容量的改變，參與反應的CoCl₂水溶液體積大不相同，因此滴加速度控制的關鍵是：快速滴加段和慢速滴加段的時間和總的滴加時間。本申請所述快速滴加和慢速滴加的兩步過程，均為基本勻速的滴加過程，滴加速度允許正常生產控制的波動幅度，一般而言，波動幅度控制為±20L/h。

碳酸鈷制備的原理如下：

CoCl₂·6H₂O+NH₄HCO₃→CoCO₃+NH₄Cl+H₂O+CO₂↑

制備時的工藝條件受很多因素的影響：沉淀的初始pH值、反應的溫度、反應的時間等。大量文獻和專利報道需要先在低溫下反應，再在相對較高的溫度下陳化，pH值也是先在較低的范圍內，然后再調高，這樣的過程相對而言操作復雜，不利于工藝合成。

本發明只需要將溫度和pH值調整在某個范圍內，將鈷鹽慢慢滴加入碳銨溶液中，這種滴加有利于鈷的充分反應，從而達到提高收益，減少排放的目的。即可獲得純度高，分散性好，結構均勻的碳酸鈷結構。因碳銨溶液是一個緩沖體系，在整個反應過程中的pH值都在7～9之間，控制簡單又穩定，有利于生成均勻的碳酸鈷顆粒，溶液起始pH過高時，溶液中的鈷與沉淀劑快速反應，會產生大量晶核，成核速率大于晶核長大的速率，使得產物顆粒細化，產品顆粒細化會有2個方面的影響：

a)會導致生成的四氧化三鈷與鈷酸鋰振實密度低，從而影響電池材料的加工性能，

b)不易過濾，洗滌脫水時回收率低。

在起始pH值太低(如5.0)的條件下，得到的是膠體粒子，不易過濾。隨著CoCl₂·6H₂O溶液中鈷離子濃度增大，沉淀產物粒徑逐漸降低。鈷離子的濃度決定過飽和度，從而影響成核速率和長大速率。當反應物濃度較高時，碳酸鈷的過飽和度較大，此時成核速率大于顆粒長大的速率，顆粒較細，粒徑較小；反之，顆粒長大速率大于成核速率，所生成的沉淀顆粒較大。

本發明通過改變碳酸鈷的沉淀工藝，可在2000升到8000升的反應器里進行大規模的生產，生產出的碳酸鈷呈現為粒徑3-50μm(可控)左右的二次顆粒形貌，構成二次顆粒的一次顆粒大小為1～3μm，由于一次顆粒粒徑較小，可以有效的解決擴散問題；同時，較大二次顆粒又可以保證材料的堆積密度，確保在制成鈷酸鋰后具有良好的加工性能。碳酸鈷產品的收率在99.5％以上，沉淀后廢液中鈷含量在30ppm以內。