專利名稱：纖維狀鎳粉與氧化亞鎳粉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特種粉體功能材料的制備工藝，尤其是纖維狀鎳粉與氧化亞鎳粉的制備方法。
背景技術(shù)：
特種鎳粉由于具有極大的體積效應(yīng)、表面效應(yīng)和形貌特征，在催化劑、電池材料、導(dǎo)電漿料、電磁波吸收材料、微孔過濾器材料、粉末冶金等領(lǐng)域顯示出許多特異功能。作為一種新型材料，越來越受到關(guān)注，其用途廣闊，需求量大。目前使用的特種鎳粉主要采用羰基法生產(chǎn)。該方法是在高溫高壓下進(jìn)行，羰基鎳易燃、易爆，有毒、污染環(huán)境，過程控制復(fù)雜，且產(chǎn)品粒度只能達(dá)到微米級，應(yīng)用范圍受限。日本專利JP64-28309中雖公開了一種制備針狀或纖維狀鎳粉的方法，但該方法的前驅(qū)體合成是在高壓釜中進(jìn)行，其處理量有限，而且要求高溫高壓，成本高，操作復(fù)雜。
氧化亞鎳是一種很有前途的重要無機(jī)材料，它被廣泛應(yīng)用在催化劑材料、電池材料、磁性材料、電子材料、玻璃、搪瓷、陶瓷材料等方面。目前國內(nèi)外氧化亞鎳粉末的制備方法一般是用鎳的碳酸鹽、硝酸鹽或氫氧化物為原料，經(jīng)煅燒而得，也有以氯化鎳為原料，加入草酸銨生成草酸鎳沉淀，再在空氣中煅燒而得；這些方法得到的產(chǎn)品中雜質(zhì)含量較高，粒度粗，又無纖維狀形貌特征。此外，制備氧化亞鎳粉還有一些其他方法，但這些方法中絕大部分著重于制備球形氧化亞鎳或者納米膜，很少有纖維狀氧化亞鎳粉的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述方法的不足之處，提供一種纖維狀鎳粉與氧化亞鎳粉的制備方法。該方法安全可靠，無毒無污染，對環(huán)境友好；采用一個流程一套裝置，只要改變熱分解的氣氛便可以得到兩種超細(xì)粉體材料，并易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；其中制備出的鎳粉純度高、粒度小、比表面積大、抗氧化性強(qiáng)，能滿足國內(nèi)外許多領(lǐng)域?qū)︽嚪鄣囊蟆?br> 本發(fā)明的技術(shù)方案在溶液中控制沉淀物的形貌和粒度，隨后在一定的溫度和氣氛調(diào)控下將干燥的沉淀物進(jìn)行熱分解，得到所需形貌和粒度的金屬及其氧化物粉末。
纖維狀鎳粉的制備方法，其特征在于首先將可溶性鎳鹽溶液和按化學(xué)計(jì)量的復(fù)合沉淀劑溶液以一定加料方式加入反應(yīng)器中，在Ni2+-NH3-NH4+-SGn--C2O42--H2O(SGn-代表酸根Cl-，SO42-，CH3COO-或者NO3-)體系中進(jìn)行復(fù)合沉淀轉(zhuǎn)化，控制溫度為55～85℃，pH為7.0～9.0，料液中初始Ni2+濃度為0.4～1.2mol/l；然后將反應(yīng)完成后獲得的復(fù)合沉淀物經(jīng)過洗滌、過濾和干燥即為鎳粉的前驅(qū)體；隨后將鎳粉前驅(qū)體置于PID調(diào)節(jié)的電爐中，控制溫度為350～650℃，并在非氧化性氣氛調(diào)控下進(jìn)行熱分解；將熱分解完成后的鎳粉隨即進(jìn)行冷卻和表面防氧化處理，得到纖維狀鎳粉。
纖維狀氧化亞鎳粉的制備方法，其特征在于首先將可溶性鎳鹽溶液與按化學(xué)計(jì)量的復(fù)合沉淀劑溶液經(jīng)加料裝置以一定加料方式加入反應(yīng)器中，在Ni2+-NH3-NH4+-SGn--C2O42--H2O(SGn-代表酸根Cl-，SO42-，CH3COO-或者NO3-)體系中進(jìn)行復(fù)合沉淀轉(zhuǎn)化，控制溫度為55～85℃，PH為7.0～9.0，料液中初始Ni2+濃度為0.4～1.2mol/l；然后將反應(yīng)完成后獲得的復(fù)合沉淀物經(jīng)過洗滌、過濾和干燥即為氧化亞鎳粉的前驅(qū)體；緊接著將氧化亞鎳的前驅(qū)體置于PID調(diào)節(jié)的電爐中，控制溫度為350～800℃，并在氧化性氣氛調(diào)控下進(jìn)行熱分解；將熱分解完成后的氧化亞鎳粉直接冷卻即得到纖維狀氧化亞鎳粉。
上述纖維狀鎳粉與氧化亞鎳粉的制備方法中所說的可溶性鎳鹽包括六水氯化鎳，六水硫酸鎳，四水醋酸鎳，六水硝酸鎳或氯化鎳溶液，硫酸鎳溶液，醋酸鎳溶液，硝酸鎳溶液。
上述纖維狀鎳粉與氧化亞鎳粉的制備方法中所述的復(fù)合沉淀劑包括草酸、草酸鹽、氨水、堿和分散劑PVP。
上述纖維狀鎳粉與氧化亞鎳粉的制備方法中所說的按化學(xué)計(jì)量的復(fù)合沉淀劑的計(jì)量系數(shù)為1.0～2.0。
上述纖維狀鎳粉與氧化亞鎳粉的制備方法中，pH值用氨水調(diào)節(jié)，控制氨鎳比為2.0～10.0。
上述纖維狀鎳粉與氧化亞鎳粉的制備方法中所說的氧化性氣氛包括氧氣和空氣氣氛，所說的非氧化性氣氛包括氫氣、氫氣加氮?dú)?、氫氣加惰性氣體以及純惰性氣體氣氛。
上述纖維狀鎳粉與氧化亞鎳粉的制備方法中所說的表面防氧化處理方法是溫度調(diào)控下的二氧化碳?xì)怏w吸附法。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.采用沉淀轉(zhuǎn)化熱分解法，在常溫常壓下的Ni2+-NH3-NH4+-SGn--C2O42--H2O(SGn-代表酸根Cl-，SO42-，NO3-或CH3COO-)體系中進(jìn)行鎳粉或氧化亞鎳粉前驅(qū)體合成過程，以及后續(xù)的前驅(qū)體熱分解過程安全可靠、無毒無污染，對環(huán)境友好。
2.熱分解完成后的纖維狀鎳粉表面防氧化處理是在溫度和氣氛調(diào)控下的同一套裝置內(nèi)進(jìn)行。
3，按照本發(fā)明生產(chǎn)的鎳粉和氧化亞鎳粉呈纖維狀，粒度為納米級、多孔、比表面積大、其中鎳粉防氧化能力強(qiáng)；而纖維狀氧化亞鎳粉經(jīng)過細(xì)磨后還可以得到球狀的氧化亞鎳粉；這些粉體均能滿足多種用途的要求。


圖1本發(fā)明中纖維狀鎳粉和氧化亞鎳粉的制備工藝流程2本發(fā)明中纖維狀鎳粉或氧化亞鎳粉的前驅(qū)體XRD3本發(fā)明中纖維狀鎳粉的XRD4本發(fā)明中纖維狀氧化亞鎳粉的XRD5本發(fā)明中纖維狀鎳粉或氧化亞鎳粉的前驅(qū)體SEM6本發(fā)明中纖維狀鎳粉的SEM7本發(fā)明中纖維狀氧化亞鎳粉的SEM8本發(fā)明中纖維狀氧化亞鎳粉研磨后的SEM1描述了纖維狀鎳粉與氧化亞鎳粉的制備工藝過程①將可溶性鎳鹽溶液和復(fù)合沉淀劑溶液經(jīng)加料裝置分別加入反應(yīng)器，在Ni2+-NH3-NH4+-SGn--C2O42--H2O(SGn-代表酸根Cl-，SO42-，NO3-或CH3COO-)體系中進(jìn)行復(fù)合沉淀轉(zhuǎn)化反應(yīng)，控制溫度為55～85℃，pH為7.0～9.0，料液中初始Ni2+濃度為0.4～1.2mol/l；②將反應(yīng)完成后獲得的復(fù)合沉淀物經(jīng)過洗滌、過濾和干燥即為鎳粉或氧化亞鎳粉前驅(qū)體；③將前驅(qū)體置入PID調(diào)節(jié)的電爐中，控制溫度為350～650℃，在非氧化性氣氛調(diào)控下進(jìn)行熱分解；隨即在同一套裝置中進(jìn)行冷卻和表面防氧化處理至室溫，得到纖維狀鎳粉；④將前驅(qū)體置入PID調(diào)節(jié)的電爐中，控制溫度為350～800℃，在氧化性氣氛調(diào)控下進(jìn)行熱分解，得到纖維狀氧化亞鎳粉；
經(jīng)檢測，其理化性能如下纖維狀鎳粉粒度短徑≤100nm；長徑≥10μm；比表面積≥13m2/g；碳≤0.01wt％；硫≤0.001wt％；鐵≤0.01wt％；氧≤0.15wt％纖維狀氧化亞鎳粉粒度短徑≤150nm；長徑≥10μm；比表面積≥10m2/g；碳≤0.01wt％；硫≤0.001wt％；鐵≤0.01wt％；
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將氯化鎳溶液和由氨、草酸銨和分散劑PVP組成的復(fù)合沉淀劑溶液經(jīng)加料裝置加入反應(yīng)器，在Ni2+-NH3-NH4+-Cl--C2O42--H2O體系中進(jìn)行復(fù)合沉淀轉(zhuǎn)化，控制溫度為60℃左右，用氨水調(diào)節(jié)pH為8.5左右，料液中初始Ni2+濃度為0.8mol/l，C2O42-濃度為0.88mol/l。
反應(yīng)完成后將獲得的復(fù)合沉淀物經(jīng)過洗滌、過濾和干燥后即為鎳粉前驅(qū)體，其后將前驅(qū)體放入燒舟并置入PID調(diào)節(jié)的電爐中，控制溫度為450℃左右，并在(H2+N2)的氣氛調(diào)控下進(jìn)行熱分解。熱分解完成后隨即在二氧化碳?xì)夥障逻M(jìn)行冷卻和表面防氧化處理至室溫，出爐后從燒舟中取出的灰黑色粉末即為纖維狀納米級特種鎳粉。
實(shí)施例2將硝酸鎳溶液和由氨、草酸鈉和分散劑PVP組成的復(fù)合沉淀劑溶液經(jīng)加料裝置加入反應(yīng)器，在Ni2+-NH3-NH4+-NO3-C2O42--H2O體系中進(jìn)行復(fù)合沉淀轉(zhuǎn)化，控制溫度為65℃左右，pH為8.6左右，料液中初始Ni2+濃度為0.6mol/l，C2O42-濃度為0.72mol/l。
反應(yīng)完成后將獲得的復(fù)合沉淀物經(jīng)過洗滌、過濾和干燥后即為鎳粉前驅(qū)體，其后將前驅(qū)體放入燒舟并置入PID調(diào)節(jié)的電爐中，控制溫度為400℃左右，并在N2的氣氛調(diào)控下進(jìn)行熱分解，熱分解完成后隨即在二氧化碳?xì)夥障逻M(jìn)行冷卻和表面防氧化處理至室溫，出爐后從燒舟中取出的灰黑色粉末即為纖維狀納米級特種鎳粉。
實(shí)施例3將硫酸鎳溶液和由氨、草酸銨和分散劑PVP組成的復(fù)合沉淀劑溶液經(jīng)加料裝置加入反應(yīng)器，在Ni2+-NH3-NH4+-SO42--C2O42--H2O體系中進(jìn)行復(fù)合沉淀轉(zhuǎn)化，控制溫度為70℃，pH為8.8，料液中初始Ni2+濃度為0.5mol/l，C2O42-濃度為0.65mol/l。
反應(yīng)完成后將獲得的復(fù)合沉淀物經(jīng)過洗滌、過濾和干燥后即為鎳粉前驅(qū)體，其后將前驅(qū)體放入燒舟并置入PID調(diào)節(jié)的電爐中，控制溫度為360℃，并在(H2+N2)的氣氛調(diào)控下進(jìn)行熱分解，熱分解完成后隨即在二氧化碳?xì)夥障逻M(jìn)行冷卻和表面防氧化處理至室溫。出爐后從燒舟中取出的灰黑色粉末即為纖維狀納米級特種鎳粉。
實(shí)施例4將醋酸鎳溶液和由氨、草酸和分散劑PVP組成的復(fù)合沉淀劑溶液經(jīng)加料裝置加入反應(yīng)器，在Ni2+-NH3-NH4+-CH3COO--C2O42--H2O體系中進(jìn)行復(fù)合沉淀轉(zhuǎn)化，控制溫度為65℃，pH為8.7，料液中初始Ni2+濃度為0.7mol/l，C2O42-濃度為0.85mol/l。
反應(yīng)完成后將獲得的復(fù)合沉淀物經(jīng)過洗滌、過濾和干燥后即為鎳粉前驅(qū)體，其后將前驅(qū)體放入燒舟并置入PID調(diào)節(jié)的電爐中，控制溫度為420℃，并在N2的氣氛調(diào)控下進(jìn)行熱分解，熱分解完成后隨即在二氧化碳?xì)夥障逻M(jìn)行冷卻和表面防氧化處理至室溫，出爐后從燒舟中取出的灰黑色粉末即為纖維狀納米級特種鎳粉。
實(shí)施例5將氯化鎳溶液和由氨、草酸銨和分散劑PVP組成的復(fù)合沉淀劑溶液經(jīng)加料裝置加入反應(yīng)器，在Ni2+-NH3-NH4+-Cl--C2O42--H2O體系中進(jìn)行復(fù)合沉淀轉(zhuǎn)化，控制溫度為60℃左右，用氨水調(diào)節(jié)pH為8.5左右，料液中初始Ni2+濃度為0.8mol/l，C2O42-濃度為0.88mol/l。
反應(yīng)完成后將獲得的復(fù)合沉淀物經(jīng)過洗滌、過濾和干燥后即為氧化亞鎳粉前驅(qū)體，其后將前驅(qū)體放入燒舟并置入PID調(diào)節(jié)的電爐中，控制溫度為400℃，并在空氣氣氛下進(jìn)行熱分解，熱分解完成后隨即冷卻至室溫，出爐后從燒舟中取出的黑色或淺綠色粉末即為纖維狀氧化亞鎳粉。
實(shí)施例6將硝酸鎳溶液和由氨、草酸鈉和分散劑PVP組成的復(fù)合沉淀劑溶液經(jīng)加料裝置加入反應(yīng)器，在Ni2+-NH3-NH4+-NO3--C2O42--H2O體系中進(jìn)行復(fù)合沉淀轉(zhuǎn)化，控制溫度為65℃左右，pH為8.6左右，料液中初始Ni2+濃度為0.6mol/l，C2O42-濃度為0.72mol/l。
反應(yīng)完成后將獲得的復(fù)合沉淀物經(jīng)過洗滌、過濾和干燥后即為氧化亞鎳粉前驅(qū)體，其后將前驅(qū)體放入燒舟并置入PID調(diào)節(jié)的電爐中，控制溫度為450℃，在氧氣氣氛下進(jìn)行熱分解，熱分解完成后隨即冷卻至室溫，出爐后從燒舟中取出的黑色或淺綠色粉末即為纖維狀氧化亞鎳粉。
實(shí)施例7將硫酸鎳溶液和由氨、草酸銨和分散劑PVP組成的復(fù)合沉淀劑溶液經(jīng)加料裝置加入反應(yīng)器，在Ni2+-NH3-NH4+-SO42--C2O42--H2O體系中進(jìn)行復(fù)合沉淀轉(zhuǎn)化，控制溫度為70℃，pH為8.8，料液中初始Ni2+濃度為0.5mol/l，C2O42-濃度為0.65mol/l。
反應(yīng)完成后將獲得的復(fù)合沉淀物經(jīng)過洗滌、過濾和干燥后即為氧化亞鎳粉前驅(qū)體，其后將前驅(qū)體放入燒舟并置入PID調(diào)節(jié)的電爐中，控制溫度為500℃，在空氣氣氛下進(jìn)行熱分解，熱分解完成后隨即進(jìn)行冷卻至室溫，出爐后從燒舟中取出的黑色或淺綠色粉末即為纖維狀氧化亞鎳粉。
實(shí)施例8將醋酸鎳溶液和由氨、草酸和分散劑PVP組成的復(fù)合沉淀劑溶液經(jīng)加料裝置加入反應(yīng)器，在Ni2+-NH3-NH4+-CH3COO--C2O42--H2O體系中進(jìn)行復(fù)合沉淀轉(zhuǎn)化，控制溫度為65℃，pH為8.7，料液中初始Ni2+濃度為0.7mol/l，C2O42-濃度為0.85mol/l。
反應(yīng)完成后將獲得的復(fù)合沉淀物經(jīng)過洗滌、過濾和干燥后即為氧化亞鎳粉前驅(qū)體，其后將前驅(qū)體放入燒舟并置入PID調(diào)節(jié)的電爐中，控制溫度為650℃，在氧氣氣氛下進(jìn)行熱分解，熱分解完成后隨即冷卻至室溫，出爐后從燒舟中取出的黑色或淺綠色粉末即為纖維狀氧化亞鎳粉。
權(quán)利要求
1.纖維狀鎳粉的制備方法，其特征在于首先將可溶性鎳鹽溶液與按化學(xué)計(jì)量的復(fù)合沉淀劑溶液經(jīng)加料裝置以一定加料方式加入反應(yīng)器中，在Ni2+-NH3-NH4+-SGn--C2O42--H2O(SGn-代表酸根Cl-，SO42-，CH3COO-或者NO3-)體系中進(jìn)行復(fù)合沉淀轉(zhuǎn)化，控制溫度為55～85℃，PH為7.0～9.0，料液中初始Ni2+濃度為0.4～1.2mol/l；然后將反應(yīng)完成后獲得的復(fù)合沉淀物經(jīng)過洗滌、過濾和干燥即為鎳粉的前驅(qū)體；緊接著將鎳粉的前驅(qū)體置于PID調(diào)節(jié)的電爐中，控制溫度為350～650℃，在非氧化性氣氛調(diào)控下進(jìn)行熱分解，將熱分解完成后的鎳粉隨即進(jìn)行冷卻和表面防氧化處理，得到纖維狀鎳粉。
2.纖維狀氧化亞鎳粉的制備方法，其特征在于首先將可溶性鎳鹽溶液與按化學(xué)計(jì)量的復(fù)合沉淀劑溶液經(jīng)加料裝置以一定加料方式加入反應(yīng)器中，在Ni2+-NH3-NH4+-SGn--C2O42--H2O(SGn-代表酸根Cl-，SO42-，CH3COO-或者NO3-)體系中進(jìn)行復(fù)合沉淀轉(zhuǎn)化，控制溫度為55～85℃，PH為7.0～9.0，料液中初始Ni2+濃度為0.4～1.2mol/l；然后將反應(yīng)完成后獲得的復(fù)合沉淀物經(jīng)過洗滌、過濾和干燥即為氧化亞鎳粉的前驅(qū)體；緊接著將氧化亞鎳的前驅(qū)體置于PID調(diào)節(jié)的電爐中，控制溫度為350～800℃，并在氧化性氣氛調(diào)控下進(jìn)行熱分解，將熱分解完成后的氧化鎳粉直接冷卻即得到纖維狀氧化亞鎳粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的方法，其特征在于所述的可溶性鎳鹽包括六水氯化鎳，六水硫酸鎳，四水醋酸鎳，六水硝酸鎳或氯化鎳溶液，硫酸鎳溶液，醋酸鎳溶液，硝酸鎳溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的方法，其特征在于所述的復(fù)合沉淀劑包括草酸、草酸鹽、氨水、堿和分散劑PVP。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的方法，其特征在于所述的按化學(xué)計(jì)量的復(fù)合沉淀劑的計(jì)量系數(shù)為1.0～2.0。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的方法，其特征在于用氨水調(diào)節(jié)pH值，控制氨鎳比為2.0～10.0。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的方法，其特征在于所述的氧化性氣氛包括氧氣氣氛和空氣氣氛，所述的非氧化性氣氛包括氫氣、氫氣加氮?dú)?、氫氣加惰性氣體以及純惰性氣體氣氛。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的方法，其特征在于所述的表面防氧化處理方法是指溫度調(diào)控下的二氧化碳?xì)怏w吸附法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種特種粉體功能材料的制備工藝，尤其是纖維狀鎳粉與氧化亞鎳粉的制備方法，其特征在于采用沉淀轉(zhuǎn)化熱分解法，在常溫常壓下的Ni
文檔編號C01G53/04GK1600480SQ0315957
公開日2005年3月30日 申請日期2003年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月24日
發(fā)明者張傳福, 鄔建輝, 湛菁, 黎昌俊, 吳琳琳 申請人:中南大學(xué)