[發明專利]一種超細球形鈷粉的制備方法

無效

• 申請號: 201210475142.4
• 申請日: 2012-11-21
• 公開（公告）號: CN103071807A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 朱達川;杜小華;涂銘旌
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B22F9/22
• 分類號: B22F9/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于超細粉體制備領域，具體涉及一種均勻、分散的超細球形鈷粉的制備方法。

背景技術

磁性鈷粉具有優良的物理性能、化學性能以及機械性能，廣泛應用于電池材料、硬質合金、金鋼石工具、金屬陶瓷等行業中。而電池材料、硬質合金和金鋼石工具等領域對鈷粉基本要求：鈷粉顆粒細小（粒徑<1.5um），分散性良好且形貌為球形或類球形，化學純度高。其原因是：超細球形鈷粉具有良好的流動性，較高的填充度和較強的滲透性等特性，因此，對超細球形鈷粉的研制有著重要的工程意義。

目前，國內外制備超細鈷粉的方法很多，主要有高壓水噴霧法，電解法，γ-射線輻射法，多元醇還原法，沉淀-熱離解法，氧化鈷或草酸鈷氫氣還原法等。高壓水噴霧法是一種物理方法，生產工藝簡單，無污染，但其制備的鈷粉顆粒粗大，粒徑在20～50um；電解法只能制備一般性能的鈷粉；γ-射線輻射法制得的鈷粉顆粒小，并且多為α-Co，但難以實現工業化生產；多元醇還原法，其中多元醇既為溶劑，又為還原劑，還原溫度低，鈷粉顆粒小且球化率高，但多元醇不穩定，易分解；沉淀-熱離解法的干燥溫度不易控制，且需要保護氣氛；草酸鈷或鈷的氧化物的氫氣還原法是國內主要生產鈷粉方法之一，其工藝流程簡單、產率和效率高，適合于工業化生產，但該方法制備的鈷粉從形貌分析，主要呈樹枝狀，分散效果差；從化學純度分析，與先進廠家生產的鈷粉相比，其化學純度較低，雜質較多；從粒度分析，一般為1.0um～3.0um，且1.0um以下的難以大規模的生產。若將該類鈷粉應用在電池、硬質合金中，會降低其綜合性能，給實際應用帶來不便。

相對而言，要制備超細球形鈷粉，且能實現工業化生產最有效的方法是氫氣還原法，由于前驅物顆粒形貌決定最終還原鈷粉的形貌，因此，國內外科研人員致力于對氫氣還原法的前驅體進行研究。專利申請號為200410068855.4采用氣流超聲噴霧法制備了<60nm的CoOx的前驅體，經焙燒，剪切破碎，離心，風干，再經管式爐H₂還原制備納米鈷粉，但工序冗長，控制復雜；專利申請號為200610067164.1采用冷凍干燥技術直接對未加任何表面活性劑的草酸鈷進行預凍處理，然后再通入H₂還原得到超細球形鈷粉，但干燥時間長且效率低；專利申請號為200710075929.0將碳酸鈷或草酸鈷進行高能球磨，從而得到超細的碳酸鈷或草酸鈷的前驅體，然后再用H₂還原制備超細球形鈷粉，但在球磨中易引入雜質，并且還原時顆粒易長大；專利申請號為201010196228.4以碳酸氫銨為沉淀劑，與鈷鹽溶液并流方式加入反應器中制備碳酸鈷沉淀物，然后再用H₂還原制備近球形聚焦狀的鈷粉，但制備碳酸鈷沉淀物時，影響因素較多如溫度、加料速度、濃度等，且制得的鈷粉球化效果不太理想。

發明內容

為了克服現有技術存在的缺陷，本發明提供一種制備超細球形鈷粉的方法，此方法結合溶劑合成法和氫氣還原法的優點，其目的在于制備顆粒細小、球化率高且分散性好的超細鈷粉，具體步驟如下：

（1）按鈷鹽和理論反應量1.05～1.3倍的沉淀劑稱量，再稱取總質量2wt%～6wt%的表面活性劑；先將鈷鹽溶入一定量溶劑中，配制成0.25mol/l～0.8mol/l的A溶液，再將表面活性劑和沉淀劑分別加入到A溶液中，強烈攪拌，形成B溶液或料漿；其所述的鈷鹽為六水氯化鈷、七水硫酸鈷或六水硝酸鈷；所述沉淀劑為尿素或碳酸銨；所述的表面活性劑為十二烷基硫酸鈉（SDS），聚乙烯基吡咯烷酮（PVP），十二烷基苯磺酸鈉（SDBS)，聚乙二醇(PEG)；所述的溶劑為乙二醇、1，2-丙二醇或者水；

（2）靜置十分鐘后，將上述B溶液或料漿轉移到反應釜中，再將反應釜放入到干燥箱內，溫度為150℃～220℃，保溫時間為8~24h，進行相應的化學反應，生成沉淀物；（溶劑合成法制備前驅體）

（3）通過對沉淀物的抽濾、洗滌、干燥，得到前驅體；

（4）將得到的前驅體在還原性氣氛下煅燒，煅燒溫度為500～700℃，煅燒時間為1.5~5h得到粒度<1um的球形鈷粉；

與現有技術相比，本發明有以下有益的效果：

（1）本反應體系是在密閉的反應器（反應釜）進行的，通過對反應釜加熱，從而創造一個高溫高壓的環境，使得化學反應速度快，反應率高；

（2）本發明所采用溶劑合成法制備前驅體，再用氫氣還原，所制備的鈷粉，其分散效果比較好，且形貌較均勻；