專利名稱：一種超細(xì)鈷粉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鈷粉的制備領(lǐng)域，尤其是一種超細(xì)鈷粉的制備方法。
背景技術(shù)：
超細(xì)鈷粉目前在硬質(zhì)合金、金剛石工具以及電池行業(yè)得到了廣泛的應(yīng) 用。硬質(zhì)合金對鈷粉的基本要求是純度高、粒度細(xì)、顆粒形狀接近球形、 團聚程度低。另外，在金剛石制品和電池行業(yè)，球形鈷粉有利于混料的均 勻性，使產(chǎn)品的一致性更好。
目前，制備超細(xì)鈷粉的主要方法有高壓水霧法、氫還原法、7射線輻照 法、沉淀-熱分解法、多元醇還原法、電解法和微乳液法。
高壓水霧化法是一種物理方法，即將鈷塊放入感應(yīng)熔煉爐中加熱熔化， 然后使熔融金屬從漏嘴中流出，進(jìn)入霧化裝置，在來自環(huán)孔噴嘴的高壓水 流沖擊下，被擊碎成小金屬液滴并迅速冷凝，形成超細(xì)鈷粉。但此法生產(chǎn) 的鈷粉粒度較粗(20-50pm)。
氫還原法，是先向鈷絡(luò)合物([Co( NH3 )5 ])3+ )溶液中通入二氧化碳， 沉淀出CoC03粉末，再在高溫下用氫氣還原，可制得含氧量少于2%，粒 度小于1/mi、非著火性磁性超細(xì)鈷粉。但該法存在氨氮廢水的排放問題。
7射線輻照法，是用7射線輻照直接從水溶液中制備出超細(xì)金屬或金屬 氧化物的方法。7射線輻照水溶液可產(chǎn)生水合電子eaq-，水合電子十分活潑 并具有很強的還原能力，在室溫下可以還原鈷離子。此法容易制得純凈的末，平均粒徑為30nm。但該法設(shè)備投資大，成本較高。
沉淀-熱分解法，制備鈷粉所用的原料是高純的電解鈷片或鈷粒，經(jīng)鹽 酸溶解后，再用草酸或草酸銨溶液使CoCl2溶液轉(zhuǎn)變?yōu)椴菟徕挸恋?，然?在保護性氣氛下于50(TC進(jìn)行熱分解，可得到平均粒度為l-1.5Mm的鈷粉。 該法易于得到不規(guī)則的鈷粉，且草酸具有一定的毒性。
多元醇還原法，所用的多元醇既是溶劑又是還原劑。首先將含鈷前驅(qū) 體(C0(0H)2,C0C204,C0304, Co203)分散到多元醇中，前驅(qū)體與多元醇反 應(yīng)生成中間相，接著中間相溶解，然后，鈷被還原出來，得到鈷粉。但該 法使用的多元醇成本較高，并且易于分解，難以大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
電解法，是用電解鈷做陽極，不銹鋼水套做陰極，電解硫酸鈷溶液， 溶液中加入膠體添加劑防止超細(xì)顆粒團聚，得到超細(xì)粉末。電解法一般用 于制備普通的鈷粉，難以得到高純度的產(chǎn)品。
微乳液法是制備超細(xì)粉末和納米粉常用的方法。先將表面活性劑二乙 基己基磺酸丁二酯鈉溶異辛烷中，再將CoC12和NaBH4 (硼氫化鈉)分別 溶于此溶液中得到微乳液。將兩種微乳液混合，用丙酮和水作為凝絮劑使 膠體凝聚，經(jīng)過濾和洗滌后，在低溫下干燥就可得到超細(xì)鈷粉。這種方法 生產(chǎn)的鈷粉粒徑都小于100nm。但該法成本較高。
此外，CN1686650專利公開了一種沉淀-還原制備納米鈷粉的方法，其 提到采用NaOH或KOH做沉淀劑，但制得的中間產(chǎn)物Co(OH)2呈膠體，并 且在沉淀的過程中，易于帶入Na、 K等雜質(zhì)離子，需要消耗大量的水來洗 滌
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一 種成本低、適宜于大規(guī)模生產(chǎn)、無廢水排出、產(chǎn)品純度高且粒度均勻的超 細(xì)鈷粉制備方法。
為此，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案
(a) .原料準(zhǔn)備采用含鈷礦料為原料，經(jīng)浸出凈化得到80-150g/L的鈷 鹽溶液；
(b) .噴霧將上述鈷鹽溶液進(jìn)行噴霧得到鈷鹽溶液的霧狀液滴；
(c) .將噴霧形成的霧狀液滴，在空氣或氧氣氣氛下，置于500-750。C下 進(jìn)行10-40秒的脫水，緊接著在800-950"C高溫下進(jìn)行20-80秒焙燒反應(yīng)， 然后是在700-850。C高溫下進(jìn)行30-100秒晶形重整反應(yīng)，得到球形的鈷的 氧化物粉末，同時放出含水蒸氣、酸性氣體的尾氣；
(d) .尾氣處理將高溫焙燒過程中產(chǎn)生的尾氣，進(jìn)行噴淋吸收處理得到 酸，該酸可以回用于前面的浸出凈化過程，實現(xiàn)了循環(huán)利用；
(e) .還原將上述鈷的氧化物粉末，送入還原爐中，在400-55(TC下進(jìn) 行連續(xù)熱還原得到超細(xì)球形鈷粉；
(f) .鈍化和包裝將還原后的超細(xì)鈷粉采用氮氣、氬氣或者二氧化碳等 惰性氣體進(jìn)行鈍化處理，然后采用真空包裝得到超細(xì)鈷粉成品。
本發(fā)明以鈷礦為原料，采用噴霧焙燒一還原法制備超細(xì)球 鈷粉的方 法，同時對噴霧焙燒過程中產(chǎn)生的尾氣進(jìn)行吸收處理，返回生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行 循環(huán)使用，既縮短了工藝流程，又減少了廢水排放，實現(xiàn)了超細(xì)球形鈷粉 的綠色環(huán)保、大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。上述的超細(xì)鈷粉的制備方法，采用壓力噴霧裝置對鈷鹽溶液進(jìn)行噴霧， 制得金屬鹽溶液的霧狀液滴。
上述的超細(xì)鈷粉的制備方法，所用的鈷鹽溶液為氯化鈷溶液、硫酸鈷 溶液或硝酸鈷溶液。
本發(fā)明所述的方法還可用于處理含鈷的廢料。
與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1、 制得的產(chǎn)品超細(xì)鈷粉為球形顆粒，粒度為0.6~1.0pm，粒度均勻、 分布集中、分散性好；
2、 直接采用浸出凈化后的鈷鹽溶液作為原料，減少了傳統(tǒng)工藝中鈷鹽 的結(jié)晶、溶解過程，降低了產(chǎn)品成本，縮短了工藝流程；
3、 與沉淀-還原法和沉淀-熱分解法相比，可以避免沉淀過程中雜質(zhì)鈉、 鐵、鈣、鎂等雜質(zhì)離子的帶入，節(jié)省了大量的洗滌用水，有利于節(jié)能減排 和降低產(chǎn)品成本；
4、 將高溫焙燒過程中產(chǎn)生的尾氣進(jìn)行淋洗處理后得到酸，酸返回用于 浸出凈化過程，實現(xiàn)了循環(huán)利用，既有利于降低成本，又避免了環(huán)境污染;
5、 工藝流程簡單、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高，適合于 大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
下面結(jié)合說明書附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。


圖l為本發(fā)明的工藝流程圖。
圖2為實施例1得到的超細(xì)鈷粉形貌圖。圖3為實施例2得到的超細(xì)鈷粉形貌圖。 圖4為實施例3得到的超細(xì)鈷粉形貌圖。
具體實施例方式
實施例l(參照圖1、 2)
采用含鈷礦料為原料，經(jīng)浸出凈化后，得到高純度的含鈷為80-150g/L 氯化鈷溶液。將上述氯化鈷溶液在0.2-5MPa壓力下，進(jìn)行壓力噴霧得到氯 化鈷霧狀液滴。將噴霧得到的霧狀液滴，在空氣或氧氣氣氛下，置于500-750 。C下進(jìn)行10-40秒的脫水，脫去溶液中的大部分水份；緊接著在800-95(TC 高溫下進(jìn)行20-80秒焙燒反應(yīng)；然后是在700-85(TC高溫下進(jìn)行30-100秒晶 形重整反應(yīng)，得到鈷的氧化物，同時放出含水蒸氣、酸性氣體的尾氣。將 高溫焙燒過程中產(chǎn)生的尾氣，進(jìn)行噴淋吸收處理后得到鹽酸，然后將鹽酸 返回用于浸出凈化過程。將制備的鈷氧化物送入還原爐，在400-55(TC下， 氫氣氣氛中連續(xù)熱還原得到費氏粒度為 0. 65pm的超細(xì)球形鈷粉，其形貌 如圖2所示。
氯化鈷的噴霧焙燒主要反應(yīng)方程式如下
2CoC/2 + 3H20 +1 / 2(92 Co203 + 4//C7; 3CoC72 + 3H20 +1 / 2(92 ~^~> Co3<94 + 6船。
還原反應(yīng)方程式如下
Co"A + 4仏=3Co + 4仏(9。實施例2(參照圖1、 3)
采用含鈷礦料為原料，經(jīng)浸出凈化后，得到高純度的含鈷為80-150g/L 硫酸鈷溶液。將上述硫酸鈷溶液在0.2-5MPa壓力下，進(jìn)行壓力噴霧得到硫 酸鈷霧狀液滴。將噴霧得到的霧狀液滴，在空氣或氧氣氣氛下，置于600-750 。C下進(jìn)行20-40秒的脫水，脫去溶液中的水份；緊接著在800-95(TC高溫下 進(jìn)行20-80秒焙燒反應(yīng)；然后是在700-85(TC高溫下進(jìn)行30-100秒晶形重整 反應(yīng)，得到鈷的氧化物，同時放出含水蒸氣、酸性氣體的尾氣；將高溫焙 燒過程中產(chǎn)生的尾氣，進(jìn)行噴淋吸收處理后得到硫酸，然后將硫酸返回用 于浸出凈化過程。將制備的鈷氧化物送入還原爐，在400-55(TC下，氫氣氣 氛中連續(xù)熱還原得到費氏粒度為 0.8nm的超細(xì)球形鈷粉，其形貌如圖3 所示。
硫酸鈷的噴霧焙燒主要反應(yīng)方程式如下
2C4Co203 + 2叫+1 / 2(92; 3CoS04Co304 + 3 S02 + 02。
還原反應(yīng)方程式如下
Co3(94 + 4//2 = 3Co + 4//2(9。
實施例3(參照圖1、 4)
采用含鈷礦料為原料，經(jīng)浸出凈化后，得到高純度的含鈷為80-150g/L 硝酸鈷溶液。將上述氯化鈷溶液在0.2-5MPa壓力下，進(jìn)行壓力噴霧得到硝酸鈷霧狀液滴。將噴霧得到的霧狀液滴，在空氣或氧氣氣氛下，置于600-750。C下進(jìn)行20-40秒的脫水，脫去溶液中的水份；緊接著在800-95(TC高溫下進(jìn)行20-80秒焙燒反應(yīng)；然后是在700-85(TC高溫下進(jìn)行30-100秒晶形重整反應(yīng)，得到鈷的氧化物，同時放出含水蒸氣、酸性氣體的尾氣；將高溫焙燒過程中產(chǎn)生的尾氣，進(jìn)行噴淋吸收處理后得到硝酸，然后將硝酸返回用于浸出凈化過程。將制備的鈷氧化物送入還原爐，在400-55(TC下，氫氣氣氛中連續(xù)熱還原得到費氏粒度為 0. 85pm的超細(xì)球形鈷粉，其形貌如圖4所示。
硝酸鈷的噴霧焙燒主要反應(yīng)方程式如下
2Co(iV03 )2Co26>3 + 4M 2 +1 / 2(92;3Co(M)3)2Co3(94 + 6M)2 + 02。
還原反應(yīng)方程式如下
Co2(93 + 3//2 = 2Co + 3//2(9;Co", + 4//， = 3Co + 4仏0>
9
權(quán)利要求
1、一種超細(xì)鈷粉的制備方法，其步驟如下a).原料準(zhǔn)備以含鈷礦料為原料，經(jīng)浸出凈化得80-150g/L鈷鹽溶液；b).噴霧將上述鈷鹽溶液經(jīng)過霧化噴頭進(jìn)行噴霧得到鈷鹽的霧狀液滴；c).在空氣或氧氣氣氛下，將霧狀液滴置于500-750℃下進(jìn)行10-40秒的脫水，緊接著在800-950℃高溫下進(jìn)行20-80秒焙燒反應(yīng)，然后是在700-850℃高溫下進(jìn)行30-100秒晶形重整反應(yīng)，得到鈷的氧化物，同時放出含水蒸氣、酸性氣體的尾氣；d).尾氣處理將高溫焙燒過程中產(chǎn)生的尾氣進(jìn)行噴淋吸收處理，得到酸；e).還原將上述鈷氧化物在400-550℃下、氫氣氣氛中還原得到超細(xì)鈷粉；f).鈍化和包裝將還原后的超細(xì)鈷粉采用惰性氣體進(jìn)行鈍化處理，然后采用真空包裝得到超細(xì)鈷粉成品。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)鈷粉的制備方法，其特征在于所述的酸回用于前面的浸出凈化過程中。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超細(xì)鈷粉的制備方法，其特征在于采用壓力噴霧裝置對鈷鹽溶液進(jìn)行噴霧，制得金屬鹽溶液的霧狀液滴。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超細(xì)鈷粉的制備方法，其特征在于所用的鈷鹽溶液為氯化鈷溶液、硫酸鈷溶液或硝酸鈷溶液。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)鈷粉的制備方法，其特征在于所述的惰性氣體為氮氣、氬氣或者二氧化碳。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超細(xì)鈷粉的制備方法。現(xiàn)有的一些方法中，存在成本較高、或存在氨氮廢水的排放問題、或鈷粉顆粒較粗、或難以得到高純度的產(chǎn)品等缺陷，均難以大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明以鈷礦為原料，采用噴霧焙燒—還原法制備超細(xì)球形鈷粉的方法，同時對噴霧焙燒過程中產(chǎn)生的尾氣進(jìn)行吸收處理，返回生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)使用，既縮短了工藝流程，又減少了廢水排放，實現(xiàn)了超細(xì)球形鈷粉的綠色環(huán)保、大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號B22F9/16GK101637824SQ200910101978
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日
發(fā)明者劉秀慶, 波 向 申請人:浙江華友鈷業(yè)股份有限公司