本發(fā)明涉及鈷材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種球形鈷粉的制備方法。

背景技術(shù)：

鈷粉因其具有優(yōu)良的物理性能和化學(xué)性能，而被廣泛應(yīng)用于硬質(zhì)合金及電池材料等行業(yè)中。而無(wú)論是硬質(zhì)合金行業(yè)還是電池材料行業(yè)，均對(duì)鈷粉的純度、分散性及表面形貌等物理狀態(tài)有嚴(yán)格的要求，若鈷粉純度不高、分散性不良或者形貌呈樹(shù)枝狀或條狀，則會(huì)在一定程度上影響硬質(zhì)合金的機(jī)械性能和使用壽命。

目前，國(guó)內(nèi)外制備超細(xì)鈷粉的方法比較多，主要有多元醇還原法、電解法、沉淀-熱解離法、氫還原法等。其中，氫還原法由于工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單，比較適合工業(yè)化生產(chǎn)，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)鈷粉的主要方法之一，但目前該方法制備的鈷粉，其形貌主要呈樹(shù)枝狀或者短棒狀，球形度較差。而由于前軀體對(duì)氫氣還原的鈷粉的顆粒形貌具有較大的影響，也就是前軀體形貌與鈷粉形貌具有一定的繼承性。因此，國(guó)內(nèi)外的研究人員對(duì)氫氣還原法的前軀體展開(kāi)了不少的研究。

申請(qǐng)?zhí)枮?00710075929.0的發(fā)明專(zhuān)利公布了一種超細(xì)鈷粉的制造工藝，該工藝具體為：碳酸鈷先進(jìn)行高能球磨，得到超細(xì)的碳酸鈷前驅(qū)體，然后在還原氣體的氣氛下，還原制備超細(xì)球形鈷粉。不過(guò)這種球磨生產(chǎn)工藝，容易引入雜質(zhì)，影響鈷粉的品質(zhì)。

又如申請(qǐng)?zhí)枮?01010196228.4發(fā)明專(zhuān)利公布了一種近球狀聚集態(tài)鈷粉的制備方法。該方法以碳酸氫銨為沉淀劑，與鈷鹽溶液并流加入反應(yīng)器生成前驅(qū)體，然后將獲得的碳酸鈷置于還原爐中進(jìn)行熱分解氫還原，從而得到近球狀聚集態(tài) 的鈷粉。

該方法著重控制前軀體的生成，對(duì)還原過(guò)程的控制并不精細(xì)，得到的鈷粉球形化效果并不是十分理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中形貌不佳，球形化不理想等問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供了一種球形鈷粉的制備方法。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明實(shí)施例采用了如下的技術(shù)方案：

一種球形鈷粉的制備方法，至少包括以下步驟：

步驟s01.將鈷鹽溶液和沉淀劑溶液并流混合，進(jìn)行沉淀反應(yīng)；

步驟s02.在氧化氣氛下，將步驟s01反應(yīng)獲得的沉淀物進(jìn)行動(dòng)態(tài)焙燒；

步驟s03.在還原氣氛下，將步驟s02獲得的產(chǎn)物進(jìn)行煅燒；

其中，所述動(dòng)態(tài)焙燒溫度為400～800℃，焙燒時(shí)間4～8h。

本發(fā)明上述實(shí)施例提供的球形鈷粉的制備方法，將動(dòng)態(tài)焙燒與氫還原相結(jié)合，不需要添加任何表面活性劑，僅動(dòng)態(tài)焙燒即可獲得具有良好流動(dòng)性的前軀體(co3o4)，從而為氫還原煅燒提供了具有良好流動(dòng)性的前軀體，最終獲得的鈷粉具有分散性好、顆粒小、粒度均勻可控、球化度高、形貌規(guī)整等特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的球形鈷粉的制備方法的工藝流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1提供的球形鈷粉的制備方法制備的co3o4的sem圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1提供的球形鈷粉的制備方法制備的鈷粉sem圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例2提供的球形鈷粉的制備方法制備的co3o4的sem圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例2提供的球形鈷粉的制備方法制備的鈷粉sem圖。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例3提供的球形鈷粉的制備方法制備的co3o4的sem圖。

圖7是本發(fā)明實(shí)施例3提供的球形鈷粉的制備方法制備的鈷粉sem圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實(shí)施例提供一一種球形鈷粉的制備方法，至少包括以下步驟：

步驟s01.將鈷鹽溶液和沉淀劑溶液并流混合，進(jìn)行沉淀反應(yīng)；

步驟s02.在氧化氣氛下，將步驟s01反應(yīng)獲得的沉淀物進(jìn)行動(dòng)態(tài)焙燒；

步驟s03.在還原氣氛下，將步驟s02獲得的產(chǎn)物進(jìn)行煅燒；

其中，所述動(dòng)態(tài)焙燒溫度為400～800℃，焙燒時(shí)間4～8h。

在一優(yōu)選的實(shí)施例中，上述步驟s01的反應(yīng)設(shè)備為反應(yīng)釜。由于反應(yīng)釜自帶攪拌設(shè)備，且攪拌速度均勻可控，對(duì)反應(yīng)混合液能夠?qū)崿F(xiàn)快速均勻混合和避免大顆粒前軀體的生成具有重要作用。在本發(fā)明實(shí)施例中，控制攪拌速度為150～250rpm。

在一優(yōu)選實(shí)施例中，鈷鹽和沉淀劑按照質(zhì)量比為1：(1.5～2.0)進(jìn)行投加，控制沉淀劑稍微過(guò)量，有利于鈷鹽的絡(luò)合與碳酸鈷成核。

在一優(yōu)選實(shí)施例中，將鈷鹽配置成濃度為80～120g/l的鈷鹽溶液，同時(shí)沉淀劑配置成濃度為180～250g/l的沉淀劑溶液。

在一優(yōu)選實(shí)施例中，沉淀劑采用碳酸氫銨，主要是由于這類(lèi)型的沉淀劑， 最終會(huì)分解成氣體而不會(huì)引入雜質(zhì)，不會(huì)對(duì)產(chǎn)物的純度造成不良影響。

優(yōu)選地，鈷鹽為氯化鈷，這主要是考慮到反應(yīng)后氯離子容易清洗，且不易去其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，不會(huì)引入雜質(zhì)。

在一優(yōu)選實(shí)施例中，步驟s01的反應(yīng)需保持在40～55℃范圍內(nèi)，能夠明顯提高反應(yīng)物的化學(xué)活性，提高反應(yīng)速率。

在整個(gè)反應(yīng)中，反應(yīng)混合液的ph對(duì)本發(fā)明技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)具有一定的影響。因此，本發(fā)明實(shí)施例在反應(yīng)時(shí)，需要調(diào)節(jié)ph值在6.98～7.30，從而達(dá)到控制鈷鹽和沉淀劑的結(jié)合速率。

在任何一個(gè)實(shí)施例中，為保證獲得的前軀體四氧化三鈷具有良好的流動(dòng)性，在動(dòng)態(tài)焙燒過(guò)程中，需有秩序的進(jìn)行預(yù)加熱、預(yù)分解，將步驟s01得到的產(chǎn)物置于沸騰爐、流態(tài)化爐或回轉(zhuǎn)窯等設(shè)備中，并在爐內(nèi)流動(dòng)的氣流下運(yùn)動(dòng)、分解，從而達(dá)到修飾前軀體四氧化三鈷形貌的作用，使得前軀體四氧化三鈷同時(shí)具有良好的分散性。這里的流動(dòng)氣流為具有氧化性的氣流，具體為空氣或者氧氣。

在一優(yōu)選實(shí)施例中，煅燒的溫度為350～550℃，煅燒時(shí)間為1～4h，還原氣氛在該煅燒溫度和煅燒時(shí)間內(nèi)，可以徹底將四氧化三鈷還原為鈷粉。

本發(fā)明實(shí)施例中，在上述步驟s01反應(yīng)結(jié)束，還包括將反應(yīng)產(chǎn)物碳酸鈷進(jìn)行離心或過(guò)濾洗滌、干燥處理的步驟。

本發(fā)明實(shí)施例提供的球形鈷粉的制備方法，不需要添加任何的表面活性劑，并以碳酸氫銨為沉淀劑，產(chǎn)物中不引入其他任何雜質(zhì)，更重要的是，在還原前增加了動(dòng)態(tài)焙燒工序，優(yōu)化了前軀體的球形度，降低了粉末的不規(guī)則性，使得所制備的前軀體粉末形貌規(guī)整，球形度高，粒徑均一，最終使得由前軀體還原得到的鈷粉呈現(xiàn)出純度高、分散性好、顆粒小、粒度均勻可控、球形度好，形貌規(guī)整等特點(diǎn)。與此同時(shí)，該工藝簡(jiǎn)單易行、可以采用連續(xù)式生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，并能保證產(chǎn)品批次質(zhì)量的穩(wěn)定性，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例提供的球形鈷粉的制備方法合成的鈷粉材料，可應(yīng)用于鋰離子電池或者硬質(zhì)合金領(lǐng)域中。

為了更好的體現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例提供的球形鈷粉的制備方法，下面通過(guò)多個(gè)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1

(1)配置濃度為80g/l的氯化鈷溶液、濃度為180g/l的碳酸氫銨溶液；

(2)按碳酸氫銨用量為氯化鈷用量的2倍，將碳酸氫銨溶液和氯化鈷溶液并流加入反應(yīng)釜中，升溫至45℃；

(3)在200rpm的攪拌速度下攪拌，并保持反應(yīng)溫度為45℃，ph值為7.0～7.1，反應(yīng)2h，得到超細(xì)球形碳酸鈷沉淀物；

(4)將超細(xì)球形碳酸鈷進(jìn)行離心分離、洗滌及干燥，然后在氧氣氣氛下動(dòng)態(tài)焙燒，焙燒溫度為400℃，焙燒8h，得到黑色的前軀體co3o4超細(xì)粉體。經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例1獲得的前軀體co3o4超細(xì)粉體中，其粒度≤1.0μm。并對(duì)獲得的co3o4超細(xì)粉體進(jìn)行sem掃描，掃描結(jié)果如說(shuō)明書(shū)附圖2所示；

(5)將獲得的co3o4超細(xì)粉體置于還原氣氛氫氣中，以420℃煅燒2h，得到粒度在0.5μm左右的超細(xì)球形鈷粉，經(jīng)sem掃描，其形貌如圖3所示。

實(shí)施例2

(1)配置濃度為100g/l的氯化鈷溶液、濃度為200g/l的碳酸氫銨溶液；

(2)按碳酸氫銨用量為氯化鈷用量的1.5倍，將碳酸氫銨溶液和氯化鈷溶液并流加入反應(yīng)釜中，升溫至50℃；

(3)在250rpm的攪拌速度下攪拌，并保持反應(yīng)溫度為50℃，ph值為7.1～7.2，反應(yīng)3h，得到超細(xì)球形碳酸鈷沉淀物；

(4)將超細(xì)球形碳酸鈷進(jìn)行離心分離、洗滌及干燥，然后在氧氣氣氛下動(dòng)態(tài)焙燒，焙燒溫度為800℃，焙燒4h，得到黑色的前軀體co3o4超細(xì)粉體。經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例2獲得的前軀體co3o4超細(xì)粉體中，其粒度≤1.0μm。并對(duì)獲得的co3o4超細(xì)粉體進(jìn)行sem掃描，掃描結(jié)果如說(shuō)明書(shū)附圖4所示；

(5)將獲得的co3o4超細(xì)粉體置于還原氣氛氫氣中，以420℃煅燒2h，得到粒度在0.5μm左右的超細(xì)球形鈷粉，經(jīng)sem掃描，其形貌如圖5所示。

實(shí)施例3

(1)配置濃度為120g/l的氯化鈷溶液、濃度為220g/l的碳酸氫銨溶液；

(2)按碳酸氫銨用量為氯化鈷用量的1.8倍，將碳酸氫銨溶液和氯化鈷溶液并流加入反應(yīng)釜中，升溫至40℃；

(3)在150rpm的攪拌速度下攪拌，并保持反應(yīng)溫度為40℃，ph值為7.2～7.3，反應(yīng)3h，得到超細(xì)球形碳酸鈷沉淀物；

(4)將超細(xì)球形碳酸鈷進(jìn)行離心分離、洗滌及干燥，然后在氧氣氣氛下動(dòng)態(tài)焙燒，焙燒溫度為550℃，焙燒7h，得到黑色的前軀體co3o4超細(xì)粉體。經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例3獲得的前軀體co3o4超細(xì)粉體中，其粒度≤1.0μm。并對(duì)獲得的co3o4超細(xì)粉體進(jìn)行sem掃描，掃描結(jié)果如說(shuō)明書(shū)附圖6所示；

(5)將獲得的co3o4超細(xì)粉體置于還原氣氛氫氣中，以52℃煅燒2h，得到粒度在0.5μm左右的超細(xì)球形鈷粉，經(jīng)sem掃描，其形貌如圖7所示。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換或改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。