[发明专利]一种半微米钴粉的制备方法

说明书

技术领域

本发明申请涉及一种半微米钴粉的制备方法，属于金属粉末材料制备技术领域。

背景技术

钴粉为灰色不规则状粉末，溶于酸，有磁性，在潮湿空气中易氧化，用作硬质合金、金刚石工具、高温合金、磁性材料等冶金产品，及可充电池、工业爆破剂、火箭燃料和医药等化学制品。一般工业应用中，常见的钴粉分为标准型钴粉、类球状钴粉和超细类球状钴粉。

超细钴粉具有特殊的物理化学性能，具有极大的表面效应和体积效应，随着科学技术的发展，不同的应用领域对粉末材料性能的要求不断提高，如超细硬质合金的制备中，要求钴粉费氏粒度小于0.8 um，才可以获得更好的使用性能。超细钴粉的制备方法很多，常见的有气相还原法、水热还原法、液相还原法等，但存在着设备要求较高、成本较高、产品纯度不高等缺点。如中国专利CN101428348A公开了一种水热处理制备球形超细金属粉末的工艺方法，其制备的钴粉纯度只能达到2N5（即 99.5%），且需要在高温高压下反应，对设备要求较高；中国专利CN101100001A公开了一种超细钴粉及其制造工艺，需要在高能球磨机内球磨20～50小时，生产效率低、能耗大；中国专利CN101780545A 公开了低氧亚微米钴粉及其草酸钴前驱体和制造方法，其反应工艺温和，草酸钴前驱体粒径细且均匀，但存在着过滤、洗涤的困难。

发明内容

本发明申请即是针对目前在超细钴粉制备中存在的上述缺点，提供一种成本低廉、方法简单实用，且产品纯度高的制备方法。

本发明申请采用氯化钴与碳酸氢铵反应生产碳酸钴沉淀，然后与草酸溶液反应，反应终止后将反应产物直接用离心喷雾干燥设备干燥破碎、气流破碎，得到粒径细匀，颗粒形貌为类球形草酸钴和碳酸钴混合前驱体粉末，前驱体粉末在超细粉末氢还原炉内还原，还原出炉后，在氮气或二氧化碳气氛中保存12～24小时，在氮气气氛下气流破碎，并加入石蜡、油酸包裹，防止钴粉氧化，便于储存与使用。

具体来说，本发明申请提供一种半微米钴粉的制备方法，所述的方法包括如下的步骤：

1)    将氯化钴与碳酸氢铵或碳酸铵、碳酸钠进行反应，反应温度30～50 ℃，PH值6.5～7.2；

2)    将反应后得到的溶液进行过滤，得到碳酸钴沉淀，然后用70～90 ℃的纯水进行洗涤和浆化；

3)    将浓度为100～300 g/L的草酸溶液，按20～100 L/min的流量加入上述碳酸钴浆料中进行反应，搅拌速度100～800 r/min，反应温度0～40 ℃，草酸溶液加完后，反应1～5小时，待PH值达到6～7后，进行过滤或离心喷雾干燥； 

4)    上述物料干燥后，采用气流破碎，得到草酸钴和碳酸钴混合的钴前驱体粉末；

5)    将上述钴前驱体粉末在氢还原炉中进行还原，还原出炉后在氮气或二氧化碳气氛中保存12～24小时进行钝化，使超细钴粉表面能完全释放，提高其抗氧化能力，然后经气流破碎，加石蜡或油酸包裹，真空包装成产品。

进一步的，在上述的步骤1中，氯化钴的浓度为80～120 g/l，碳酸氢铵或碳酸铵、碳酸钠的浓度为150～250 g/l。

优选的，在上述的步骤3中，草酸溶液与碳酸钴浆料进行反应的温度为15～30 ℃。

进一步的，在上述的步骤3中，所述碳酸钴与草酸的摩尔比为1：0.1～0.99。

优选的，在上述的步骤3中，所述的草酸采用工业级或食品级草酸，用纯水进行溶解。

在上述步骤4中得到的钴前驱体粉末，其中，D50粒径为0.6～1.5 um，FSSS粒径（即费氏粒度）为0.5～0.8 um，粒径约为半微米，松装密度为0.15～0.25 g/cm³，钴含量为32～45% wt。

进一步的，在上述步骤5中，钴前驱体粉末在氢还原炉中进行还原的温度在360～450 ℃，还原时间为2～10小时。

在上述步骤5中，所述氢还原炉为常规钴粉管式电阻还原炉，其加热段与冷却段长度比为1：1～2，加强其冷却效果，同时其冷却段至少有2个以上气体进口，可通氮气或二氧化碳等气体，吸附在钴粉表面，提高钴粉抗氧化能力。

通过上述方法得到的半微米钴粉，其费氏粒径为0.4～0.8 um，氧含量0.4～0.8%，碳含量0.01～0.05%，形状为类球形。

本发明申请所述的方法，具有以下的特点和优点：

1.    本发明申请所述的方法在室温下反应，易于工业化生产；