[发明专利]一种超细球形钴粉的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超细粉体制备领域，具体涉及一种均匀、分散的超细球形钴粉的制备方法。

背景技术

磁性钴粉具有优良的物理性能、化学性能以及机械性能，广泛应用于电池材料、硬质合金、金钢石工具、金属陶瓷等行业中。而电池材料、硬质合金和金钢石工具等领域对钴粉基本要求：钴粉颗粒细小（粒径<1.5um），分散性良好且形貌为球形或类球形，化学纯度高。其原因是：超细球形钴粉具有良好的流动性，较高的填充度和较强的渗透性等特性，因此，对超细球形钴粉的研制有着重要的工程意义。

目前，国内外制备超细钴粉的方法很多，主要有高压水喷雾法，电解法，γ-射线辐射法，多元醇还原法，沉淀-热离解法，氧化钴或草酸钴氢气还原法等。高压水喷雾法是一种物理方法，生产工艺简单，无污染，但其制备的钴粉颗粒粗大，粒径在20～50um；电解法只能制备一般性能的钴粉；γ-射线辐射法制得的钴粉颗粒小，并且多为α-Co，但难以实现工业化生产；多元醇还原法，其中多元醇既为溶剂，又为还原剂，还原温度低，钴粉颗粒小且球化率高，但多元醇不稳定，易分解；沉淀-热离解法的干燥温度不易控制，且需要保护气氛；草酸钴或钴的氧化物的氢气还原法是国内主要生产钴粉方法之一，其工艺流程简单、产率和效率高，适合于工业化生产，但该方法制备的钴粉从形貌分析，主要呈树枝状，分散效果差；从化学纯度分析，与先进厂家生产的钴粉相比，其化学纯度较低，杂质较多；从粒度分析，一般为1.0um～3.0um，且1.0um以下的难以大规模的生产。若将该类钴粉应用在电池、硬质合金中，会降低其综合性能，给实际应用带来不便。

相对而言，要制备超细球形钴粉，且能实现工业化生产最有效的方法是氢气还原法，由于前驱物颗粒形貌决定最终还原钴粉的形貌，因此，国内外科研人员致力于对氢气还原法的前驱体进行研究。专利申请号为200410068855.4采用气流超声喷雾法制备了<60nm的CoOx的前驱体，经焙烧，剪切破碎，离心，风干，再经管式炉H₂还原制备纳米钴粉，但工序冗长，控制复杂；专利申请号为200610067164.1采用冷冻干燥技术直接对未加任何表面活性剂的草酸钴进行预冻处理，然后再通入H₂还原得到超细球形钴粉，但干燥时间长且效率低；专利申请号为200710075929.0将碳酸钴或草酸钴进行高能球磨，从而得到超细的碳酸钴或草酸钴的前驱体，然后再用H₂还原制备超细球形钴粉，但在球磨中易引入杂质，并且还原时颗粒易长大；专利申请号为201010196228.4以碳酸氢铵为沉淀剂，与钴盐溶液并流方式加入反应器中制备碳酸钴沉淀物，然后再用H₂还原制备近球形聚焦状的钴粉，但制备碳酸钴沉淀物时，影响因素较多如温度、加料速度、浓度等，且制得的钴粉球化效果不太理想。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种制备超细球形钴粉的方法，此方法结合溶剂合成法和氢气还原法的优点，其目的在于制备颗粒细小、球化率高且分散性好的超细钴粉，具体步骤如下：

（1）按钴盐和理论反应量1.05～1.3倍的沉淀剂称量，再称取总质量2wt%～6wt%的表面活性剂；先将钴盐溶入一定量溶剂中，配制成0.25mol/l～0.8mol/l的A溶液，再将表面活性剂和沉淀剂分别加入到A溶液中，强烈搅拌，形成B溶液或料浆；其所述的钴盐为六水氯化钴、七水硫酸钴或六水硝酸钴；所述沉淀剂为尿素或碳酸铵；所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠（SDS），聚乙烯基吡咯烷酮（PVP），十二烷基苯磺酸钠（SDBS)，聚乙二醇(PEG)；所述的溶剂为乙二醇、1，2-丙二醇或者水；

（2）静置十分钟后，将上述B溶液或料浆转移到反应釜中，再将反应釜放入到干燥箱内，温度为150℃～220℃，保温时间为8~24h，进行相应的化学反应，生成沉淀物；（溶剂合成法制备前驱体）

（3）通过对沉淀物的抽滤、洗涤、干燥，得到前驱体；

（4）将得到的前驱体在还原性气氛下煅烧，煅烧温度为500～700℃，煅烧时间为1.5~5h得到粒度<1um的球形钴粉；

与现有技术相比，本发明有以下有益的效果：

（1）本反应体系是在密闭的反应器（反应釜）进行的，通过对反应釜加热，从而创造一个高温高压的环境，使得化学反应速度快，反应率高；

（2）本发明所采用溶剂合成法制备前驱体，再用氢气还原，所制备的钴粉，其分散效果比较好，且形貌较均匀；