[發(fā)明專利]一種低陰離子殘留堿式碳酸鈷的制取方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310267016.4
• 申請日: 2013-06-29
• 公開（公告）號: CN103351030A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吉鴻安;朱來東;高維榮;趙忠孝;許穎生;潘杰
• 申請（專利權(quán)）人: 西北礦冶研究院
• 主分類號: C01G51/06
• 分類號: C01G51/06
• 代理公司: 甘肅省知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)中心 62100
• 代理人: 趙立權(quán)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冶金化工材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種低陰離子殘留堿式碳酸鈷的制取方法。

背景技術(shù)

????四氧化三鈷（Co₃O₄）產(chǎn)品是一種重要的過渡金屬氧化物，通常作為生產(chǎn)硬質(zhì)合金、鋰電池材料、電子材料的主要原料及陶瓷工業(yè)的著色劑和化學(xué)工業(yè)中的催化劑。在化學(xué)工業(yè)中，Co₃O₄是一種高效、持久的催化劑。堿式碳酸鈷（2CoCO₃·3Co(OH)₂·H₂O?）材料作為生產(chǎn)鋰電池的重要原料——四氧化三鈷的前驅(qū)體材料，其生產(chǎn)技術(shù)對鋰電的性能至關(guān)重要。

????四氧化三鈷的生產(chǎn)方法較多，通常采用草酸沉淀法產(chǎn)出草酸鈷，再經(jīng)煅燒制取，但其成本偏高。國內(nèi)研究人員對將碳酸氫銨溶液置入無機(jī)鈷鹽溶液制取堿式碳酸鈷，再經(jīng)煅燒制取四氧化三鈷的制法研究也獲得了較好的技術(shù)突破和生產(chǎn)應(yīng)用，該法具有較低的成本優(yōu)勢，但是，該法制取的堿式碳酸鈷的微觀顆粒形貌呈針狀或雜型疏松結(jié)構(gòu)，極易形成晶核間較高的陰離子（主要為氯離子、硝酸根離子或硫酸根離子）包裹；同時(shí)，反應(yīng)也易生成含陰離子的絡(luò)合物和復(fù)鹽產(chǎn)物；通常，這種堿式碳酸鈷材料中陰離子殘留量在2%以上，高時(shí)能達(dá)到6%，致使其在煅燒工序產(chǎn)生HCl、HNO₃或H₂SO₄酸氣，酸氣外溢造成設(shè)備嚴(yán)重腐蝕和生產(chǎn)環(huán)境惡劣，也使四氧化三鈷產(chǎn)品中陰離子殘留量時(shí)常超出限定值。降低和控制堿式碳酸鈷材料中較高的陰離子殘留已成為氧化鈷粉體材料學(xué)者和研究人員急需解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種可有效降低堿式碳酸鈷產(chǎn)品陰離子殘留量且工藝簡單的堿式碳酸鈷制取方法。

為此，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種低陰離子殘留堿式碳酸鈷的制取方法，包括如下工藝步驟：

（1）分別配制濃度為2.0-3.5?mol/L的碳酸氫銨溶液和濃度為1.0-2.0mol/L的鈷鹽溶液；

???（2）將鈷鹽溶液與碳酸氫銨溶液按1：0-1.5的體積比勻速噴淋至碳酸氫銨底液中，控制使反應(yīng)溫度保持在55-65℃，溶液反應(yīng)終點(diǎn)pH值為7.0-7.5；

???（3）將反應(yīng)后溶液過濾，并將過濾所得固體物料用去離子水洗滌3-5次，即得目標(biāo)產(chǎn)品。

進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述鈷鹽為氯化鈷、硝酸鈷、硫酸鈷中的一種或多種的組合。

進(jìn)一步地，步驟（1）中，采用去離子水配制碳酸氫銨溶液和鈷鹽溶液。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述碳酸氫銨底液的體積為鈷鹽溶液加入體積的0.5-1.6倍。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，將鈷鹽溶液與碳酸氫銨溶液以300-1000L/h的流速勻速噴淋至碳酸氫銨底液中。

?

（一）本發(fā)明主要化學(xué)反應(yīng)如下：

3NH₄HCO₃+Co²⁺=CoCO₃↓+2NH₄^-+2CO₂↑+2H₂O+NH₃↑

（二）本發(fā)明反應(yīng)機(jī)理

在濕法制粉工藝中，粉末的微觀結(jié)構(gòu)形貌主要由反應(yīng)體系中晶核形成與生長機(jī)制以及粉末顆粒間相互作用所控制，并因反應(yīng)條件不同而千差萬別。新生成初始粒子的形貌決定了粒子極性點(diǎn)的位置及分布，初始粒子具有不完整、粗糙的表面，且吸附溶液中物質(zhì)的能力較強(qiáng)。粒子生長過程中，聚集生長起主要的作用。通過改變環(huán)境相，減小界面張力使極性的粒子通過分子識別和位點(diǎn)識別進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠ヅ洌纬捎羞x擇性和方向性的聚集，即可形成所需顆粒的微觀形貌和致密結(jié)構(gòu)，降低多孔粒子聚集體形成的幾率，從而實(shí)現(xiàn)對形貌和晶型結(jié)構(gòu)的調(diào)控。本發(fā)明即利用上述理論，在制備前驅(qū)體堿式碳酸鈷材料過程中，通過控制反應(yīng)條件以影響堿式碳酸鈷晶核的形成、生長及顆粒間的聚集生長，進(jìn)而影響堿式碳酸鈷粉末結(jié)構(gòu)形貌。