專利名稱：臭氧彌散氧化沉淀-熱分解制備鈷氧化物粉末的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷、顏料、硬質合金、磁性材料、電池材料等領域應用的鈷氧化物粉 末的制備方法。
背景技術：
目前我國鈷氧化物粉末的制備通常是采用以鈷的硝酸鹽或硫酸鹽或氯化物水溶液為原 料，加入碳酸鹽或草酸鹽或氯氣、次氯酸鈉等強氧化劑，沉淀出碳酸鈷或草酸鈷或氫氧化鈷， 再經過焙燒而得到鈷氧化物粉末。如CN114639A采用硝酸鈷、硝酸鎳溶液與草酸銨溶液經過 沉淀反應后過濾、洗滌、焙燒后得到的氧化鈷、氧化鎳粉末；JP2208227A以氯化鈷溶液為原 料，與草酸或草酸銨溶液，沉淀、過濾、洗滌、干燥后經通氧焙燒而制得的氧化鈷粉末。在 采用這些方法生產鈷氧化物粉末的時候需要往鈷鹽溶液中加入大量的化工原料，如碳酸鈉、 草酸、氯氣等；這些化工原料的制備也是需要消耗大量的礦石資源，并且排放大量的廢棄物 進入大自然，使生態(tài)環(huán)境日趨惡化；全液態(tài)的濕法制粉產生的廢水量很大，大量的廢水處理 起來很困難，且對環(huán)境破壞嚴重。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服以上缺點，提供一種臭氧彌散氧化沉淀-熱分解制備鈷氧化物粉末 的方法，以實現大大節(jié)省化工原料；氧化反應副產物為氧氣對環(huán)境友好，且用氣液反應取代全 液態(tài)制粉方法，使氧化沉淀速度快，效率高，產品粒度微細、均勻，粒度分布窄、母液量少， 容易處理，工藝簡單，操作方便。
本發(fā)明的技術方案包括以下步驟
(1) 在0.01 2.0mol/L的鈷鹽溶液中；按溶液中鈷金屬重量的0.1 1%加入高分子分散 劑；調節(jié)PH0.5 5.5;
(2) 將微米級氣泡的臭氧氣體或含臭氧的氧氣或空氣彌散于鈷液中；控制反應溫度為20 90°C，在攪拌速度為100 1000轉/分條件下，反應及陳化0.5 2小時；(3) 過濾，沉淀用熱水洗滌，直至洗液中檢測不出陰離子為止；
(4) 在90 11(TC下干燥3 12小時；再于300 1000。C溫度下焙燒3 10小時獲得鈷氧化物粉末。
所述金屬鈷鹽為硝酸鈷或硫酸鈷或氯化鈷或醋酸鈷。
所述高分子分散劑為PVP、 0P、 TWEEN-80、 EPG-2000、 PVA、 PAA中的一種或一種以上的混合物。
所述微米級氣泡是通過專用的臭氧超聲彌散氧化裝置(己另申請實用新型專利)，通過裝置內均勻分布的噴嘴將臭氧氣體或含臭氧的氧氣或空氣釋放成毫米級氣泡，再通過超聲波將臭氧氣泡粉碎成微米級的微氣泡。
所述最優(yōu)反應溫度在20 45'C之間。所述反應的最優(yōu)pH值在3.0 5.0之間，所述最優(yōu)攪拌速度為500 800轉/分，所述最優(yōu)氧化反應時間為20 30分鐘。
本發(fā)明采用臭氧彌散氧化沉淀-熱分解制備的鈷氧化物產品粒度微細、均勻，粒度分布窄，粉末粒度一般在1.0 30nm。臭氧彌散氧化沉淀速度快，效率高，沉淀過程除臭氧后不需要消耗其他試劑，且氧化反應副產物為氧氣對環(huán)境友好；這種氣液反應，相對于全液態(tài)制粉方法來說沉淀母液量少，容易處理，工藝簡單，操作方便。
具體實施例方式
實施例1:
(1) 配制0. Olmol/L的CoCl2溶液500ml,加入PVP分散劑0. 002克，調節(jié)pH值=0. 5;
(2) 將臭氧氣體或含臭氧的氧氣或空氣通過噴嘴釋放成毫米級氣泡，再通過超聲波強化手段將毫米級的氣泡粉碎成微米級的微氣泡，在攪拌下將微氣泡形式的臭氧氣體彌散到加有分散劑的鈷液中，控制攪拌速度為300轉/分，溫度為4(TC，氧化20分鐘，沉淀結束后過濾，沉淀用熱水洗滌至洗液中檢測不出陰離子為止。
(3) 沉淀干燥后得到的鈷前驅體粉末，粉末粒度在0.5 25!xm之間。經XRD檢測鈷前驅體粉末的物相為CoOOH。
(4) 所得的鈷前驅體粉末在空氣氣氛下，在35(TC、焙燒8小時，得到鈷氧化物。經檢測成分為三氧化二鈷與四氧化三鈷的混合物，平均粒度在4. 5u m左右。實施例2:
(1) 配制O. lmol/L的CoCl2溶液500ml，加入0P分散劑0. 01克，調節(jié)pH值4.0;
(2) 將臭氧氣體或含臭氧的氧氣或空氣釋放成毫米級氣泡，再通過超聲波強化手段將毫米級的氣泡粉碎成微米級的微氣泡，在攪拌下將微氣泡形式的臭氧氣體彌散到加有分散劑的鈷液中，控制攪拌速度為350轉/分，溫度為35'C，氧化30分鐘，沉淀結束后過濾，沉淀用熱水洗滌至洗液中檢測不出陰離子為止。
(3) 沉淀干燥后得到的鈷前驅體粉末，粉末粒度在0.5 20nm之間。經XRD檢測鈷前驅體粉末的物相為CoOOH。
(4) 所得的鈷前驅體粉末在空氣氣氛下，在45(TC、焙燒6小時，得到鈷氧化物。經檢測成分為三氧化二鈷與四氧化三鈷的混合物，平均粒度在4. m左右。
實施例3:
(1) 配制1.5mol/L的CoCl2溶液500ml，加入PVA分散劑0.1克，調節(jié)pH值:4.0;
(2) 將臭氧氣體或含臭氧的氧氣或空氣釋放成毫米級氣泡，再通過超聲波強化手段將毫米級的氣泡粉碎成微米級的微氣泡，在攪拌下將微氣泡形式的臭氧氣體彌散到加有分散劑的鈷液中，控制攪拌速度為450轉/分，溫度為25。C，氧化30分鐘，沉淀結束后過濾，沉淀用熱水洗滌至洗液中檢測不出陰離子為止。
(3) 沉淀干燥后得到的鈷前驅體粉末，粉末粒度在0.5 21um之間。經XRD檢測鈷前驅體粉末的物相為CoOOH。
(4) 所得的鈷前驅體粉末在空氣氣氛下，在65(TC、焙燒6小時，得到鈷氧化物。經檢測成分為三氧化二鈷與四氧化三鈷的混合物，平均粒度在4.7nm左右。
實施例4:
(1) 配制1. 0mol/L的CoS(V溶液500ml，加入PEG-2000分散劑0. 05克，調節(jié)pH值=2. 0;
(2) 將臭氧氣體或含臭氧的氧氣或空氣釋放成毫米級氣泡，再通過超聲波強化手段將毫米級的氣泡粉碎成微米級的微氣泡，在攪拌下將微氣泡形式的臭氧氣體彌散到加有分散劑的鈷液中，控制攪拌速度為450轉/分，溫度為6(TC，氧化30分鐘，沉淀結束后過濾，沉淀用熱水洗滌至洗液中檢測不出陰離子為止。
(3) 沉淀干燥后得到的鈷前驅體粉末，粉末粒度在0.5 25um之間。經XRD檢測鈷前驅體粉末的物相為CoOOH。
(4) 所得的鈷前驅體粉末在空氣氣氛下，在85(TC、焙燒8小時，得到鈷氧化物。經檢測成分為一氧化鈷與四氧化三鈷的混合物，平均粒度在5. 5um左右。
實施例5:
(1) 配制1. 5mol/L的CoS。4溶液500ml，加入PAA分散劑0. 05克，調節(jié)pH值=4. 0;
(2) 將臭氧氣體或含臭氧的氧氣或空氣釋放成毫米級氣泡，再通過超聲波強化手段將毫米級的氣泡粉碎成微米級的微氣泡，在攪拌下將微氣泡形式的臭氧氣體彌散到加有分散劑的鈷液中，控制攪拌速度為850轉/分，溫度為35'C，氧化30分鐘，沉淀結束后過濾，沉淀用熱水洗滌至洗液中檢測不出陰離子為止。
(3) 沉淀干燥后得到的鈷前驅體粉末，粉末粒度在0.5 23um之間。經XRD檢測鈷前驅體粉末的物相為CoOOH。
(4) 所得的鈷前驅體粉末在空氣氣氛下，在750'C、焙燒5小時，得到鈷氧化物。經檢測成分為一氧化鈷與四氧化三鈷的混合物，平均粒度在5. 3p m左右。
實施例6:
(1) 配制1.0mol/L的Co(N03)2溶液500ml，加入0P、 PVP分散劑各0.02克，調節(jié)pH值=3. 0;
(2) 將臭氧氣體或含臭氧的氧氣或空氣釋放成毫米級氣泡，再通過超聲波強化手段將毫米級的氣泡粉碎成微米級的微氣泡，在攪拌下將微氣泡形式的臭氧氣體彌散到加有分散劑的鈷液中，控制攪拌速度為800轉/分，溫度為40'C，氧化30分鐘，沉淀結束后過濾，沉淀用熱水洗滌至洗液中檢測不出陰離子為止。
(3) 沉淀干燥后得到的鈷前驅體粉末，粉末粒度在0.5 20pm之間。經XRD檢測鈷前驅體粉末的物相為Co00H。
(4) 所得的鈷前驅體粉末在氮氣保護性氣氛下，在85(TC、焙燒8小時，得到鈷氧化物。
經檢測成分為三氧化二鈷，平均粒度在4.8iim左右。
6實施例7:
(1) 配制1. 0mol/L的Co(CH3C00)2溶液500ml，加入PVP、 PVA分散劑各0. 01克，調節(jié)pH值=4. 0;
(2) 將臭氧氣體或含臭氧的氧氣或空氣釋放成毫米級氣泡，再通過超聲波強化手段將毫米級的氣泡粉碎成微米級的微氣泡，在攪拌下將微氣泡形式的臭氧氣體彌散到加有分散劑的鈷液中，控制攪拌速度為500轉/分，溫度為45"C，氧化30分鐘，沉淀結束后過濾，沉淀用熱水洗滌至洗液中檢測不出陰離子為止。
(3) 沉淀干燥后得到的鈷前驅體粉末，粉末粒度在0.5 24um之間。經XRD檢測鈷前驅體粉末的物相為CoOOH。
(4) 所得的鈷前驅體粉末在氮氣保護性氣氛下，在95(TC、焙燒10小時，得到鈷氧化物。經檢測成分為三氧化二鈷，平均粒度在5.0um左右。
權利要求
1. 一種臭氧彌散氧化沉淀-熱分解制備鈷氧化物粉末的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)在0. 01～2.0mol/L的鈷鹽溶液中；按溶液中鈷金屬重量的0.1～1％加入高分子分散劑；調節(jié)PH0.5～5.5；(2)將微米級氣泡的臭氧氣體或含臭氧的氧氣或空氣彌散于鈷液中；控制反應溫度為20～90℃，在攪拌速度為100～1000轉/分條件下，反應及陳化0.5～2小時；(3)過濾，沉淀用熱水洗滌，直至洗液中檢測不出陰離子為止；(4)在90～110℃下干燥3～12小時；再于300～1000℃溫度下焙燒3～10小時獲得鈷氧化物粉末。
2. 根據權利要求1所述的臭氧彌散氧化沉淀-熱分解制備鈷氧化物粉末的方法，其特征 在于，所述高分子分散劑為PVP、 0P、 TWEEN-80、 EPG-2000、 PVA、 PAA中的一種或一種以上 的混合物。
3. 根據權利要求1所述的臭氧彌散氧化沉淀-熱分解制備鈷氧化物粉末的方法，其特征 在于，所述金屬鈷鹽為硝酸鈷或硫酸鈷或氯化鈷或醋酸鈷。
4. 根據權利要求1所述的臭氧彌散氧化沉淀-熱分解制備鈷氧化物粉末的方法，其特征 在于，所述微米級氣泡是通過均勻分布的噴嘴將臭氧氣體或含臭氧的氧氣或空氣釋放成毫米 級氣泡，再通過超聲波強化手段將毫米級的氣泡粉碎成微米級的微氣泡。
5. 根據權利要求1所述的臭氧彌散氧化沉淀-熱分解制備鈷氧化物粉末的方法，其特征 在于，所述反應溫度為20 45。C之間。所述反應的pH值為3. 0 5. 0,所述攪拌速度為500 800轉/分，所述氧化反應時間為20 30分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種臭氧彌散氧化沉淀-熱分解制備鈷氧化物粉末的方法。在0.01～2.0mol/L的鈷鹽溶液中；按溶液中鈷金屬重量的0.1～1％加入高分子分散劑；調節(jié)pH0.5～5.5；將微米級氣泡的臭氧氣體或含臭氧的氧氣或空氣彌散于鈷液中；控制反應溫度為20～90℃，在攪拌速度為100～1000轉/分條件下，反應及陳化0.5～2小時；生成不溶性的鈷沉淀物，將其洗滌、干燥，在300～1000℃焙燒3～10小時，制得鈷氧化物粉末。通過這種方法制備出的鈷氧化物產品粒度微細、均勻，粒度分布窄；同時氧化沉淀速度快，效率高，沉淀過程除臭氧后不需要消耗其他試劑，且氧化反應副產物為氧氣對環(huán)境友好；沉淀母液量少，容易處理，工藝簡單，操作方便。
文檔編號C01G51/00GK101475225SQ20091004253
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月19日 優(yōu)先權日2009年1月19日
發(fā)明者宇 易, 李治海, 田慶華, 郭學益 申請人:中南大學