專利名稱：一種沉淀－氫還原工藝制備納米鎳粉的方法
技術領域：
本發明屬于金屬粉末制備技術領域，特別是提供一種沉淀-氫還原工藝制備納米鎳粉的方法，適合于工業化生產納米級鎳粉。
背景技術：
隨著科技的迅速發展，納米級超細鎳粉的應用范圍愈加廣泛，如在鎳-氫燃料電池工業。納米鎳粉在電磁波吸收及隱身材料方面，已被現代軍事工業廣泛采用。各種高孔隙率的泡沫金屬材料，特別是超微孔徑的特種過濾材料及器件，是近年來高科技發展中迫切需要解決的難題。尤其是生物工程和病毒過濾用特種材料，以及化工行業大量采用的多種高效納米鎳催化劑等都與納米鎳粉直接相關。新型超細晶粒WC-Ni、TiC-Ni硬質合金、新型超細晶粒W-Ni-Cu高比重合金、記憶合金、陶瓷、塑料與鎳的新型復合材料、Ni-Al噴涂合金粉末等對納米鎳粉的需求量急速增加。預計近五年內世界各國對納米鎳粉的需求量將超過150000噸/年。
傳統的鎳粉生產技術主要有四類電解法制備鎳粉，羰基法制備鎳粉，還原法制備鎳粉(包括高壓氫還原，草酸鎳或氧化鎳還原)，霧化法制備鎳粉(包括氣霧化、水霧化離心霧化、旋轉電極霧化、高速打擊粉碎)。上述方法中以羰基法生產的鎳粉粒度最細(可達到納米級)，但因成本太高，嚴重影響了其應用范圍，其余的粒度又比較粗(微米級以上)。
近些年，隨著納米技術發展，出現了一些新的納米鎳粉制備技術，主要有水溶液還原法，例如中國專利01107728.x，是利用強還原性的水合肼或聯氨與鎳鹽(如NiSO4)的水溶液混合，用NaOH調節PH值。直接從溶液中還原出鎳粉，然后經洗滌、分離、干燥過程最終得到納米鎳粉，還原過程可以用微波強化(中國專利200310121139.3)，或采用水合肼和硼氫化鉀兩種還原劑(例如中國專利01144702.8)；冷凍干燥技術例如中國專利200510000294.9，將硝酸鎳(Ni(NO)2·6H2O)溶液與碳酸納(Na2CO3)溶液混合得到的沉淀溶于氨水中得到澄清溶液，然后分散在液氮中預凍，然后干燥得到前驅體，最后進行二次氫氣還原；醇水溶液還原法將少量的硼氫化鈉溶液加入氯化鎳的醇水溶液中，誘導反應發生，再加入氫氧化鈉與水合肼糊狀混合物。反應后，產物經分離、洗滌、干燥后即可制得納米鎳粉；金屬蒸發-凝聚法是將鎳金屬加熱到蒸發溫度以上，使其變成蒸汽，然后在冷凝器中凝聚成粉末。經過分析可知，雖然上述方法也能得到納米鎳粉，但是有的工藝復雜，如冷凍干燥法和醇水溶液還原法；有的成本比較高，如用水溶液還原法，必然導致鎳粉成本的增高。有的生產效率低，如金屬蒸汽法。另外，微乳液技術也可以用于制備納米鎳粉，但還原時間很長，母液的分離和料漿的清洗、分離很困難，生產效率很低，生成成本太高。
發明內容
本發明目的在于提供一種沉淀-氫還原工藝制備納米鎳粉的方法，工藝簡單，適用于工業化規模的生產納米鎳粉。這種工藝可明顯地提高生產效率，降低生產成本。
本發明的工藝是簡單的沉淀-離心干燥-還原。先將含鎳離子的鹽類，例如Ni(NO3)2·6H2O、NiSO4·6H2O、NiCl2·6H2O溶于水中，然后和配置好的(NH4)2CO3溶液進行反應，生成一種Ni2(OH)2CO3沉淀物，靜置后，將上層清澈的蘭色溶液抽出，下層的納米沉淀料漿用離心機離心分離，將離心出來的粉團放在烘箱中烘干，擦篩，在強排水氫氣還原爐中于200～500℃之間還原得到納米鎳粉。本發明的方法制備的納米級鎳粉的平均粒徑≤73nm技術。
具體工藝步驟為1.制備Ni(NO3)2·6H2O水溶液將固體Ni(NO3)2·6H2O按0.5-1mol/L的濃度溶于去離子(或蒸餾水)中，不斷攪拌使其充分溶解，制備成Ni(NO3)2水溶液備用；2.制備(NH4)2CO3水溶液將固體(NH4)2CO3按0.5-1mol/L的濃度溶于去離子水(或蒸餾水)中，不斷攪拌使其充分溶解，制備成(NH4)2CO3水溶液備用；3.制備Ni2(OH)2CO3納米沉淀料漿按溶液體積比例1∶1，將(NH4)2CO3溶液慢慢的倒入Ni(NO3)2溶液中，并不斷攪拌，立即會有氣泡產生并生成了綠色的Ni2(OH)2CO3納米沉淀物，反應結束后停止攪拌，靜置5～7小時，溶液中的納米沉淀物會凝聚在容器的下層，將上層的蘭色溶液抽出。
4.離心分離將下層的綠色納米沉淀料漿用離心機離心分離，得到分離好的綠色粉團。
5.烘干-擦篩粉料將離心得到的粉團用普通的烘干箱于110～130℃左右烘干，然后用100～150μm的篩網擦篩后獲得納米級前驅體粉末。
6.用強排水氫氣還原爐還原前驅體粉末將烘干-擦篩得到的前驅體粉末，放于強排水式還原爐中用H2于200～500℃，保溫20～50min還原，即可得到SAXS平均粒徑≤73nm的納米鎳粉。
本發明的優點1.采用碳酸銨作為沉淀劑，中間沉淀物不用清洗，經還原后分解后即可消除，簡化工藝；2.由于采用了連續離心分離機，大大縮短了納米顆粒沉淀時間，大大提高生產效率。
3.采用強排水氫氣還原爐較低溫度下還原，便于實現批量生產。
4.所用設備簡單，工序短，生產成本低。
5.從生產技術上提供了一種能夠快速連續化大規模生產納米金屬鎳粉(X光小角度散射SAXS的平均粒徑≤73nm)的新技術。
具體實施例方式
實施例1采用Ni(NO3)2·6H2O，溶液濃度為0.5mol/L，制備0.5kg納米鎳粉，方法如下1.制備Ni(NO3)2·6H2O水溶液稱取2.5kg Ni(NO3)2·6H2O，加入約17L去離子水(或蒸餾水)，攪拌均勻，使其充分溶解，配置成濃度為0.5mol/L的Ni(NO3)2溶液。
2.制備(NH4)2CO3水溶液取0.9kg(NH4)2CO3，加入約17L去離子水(或蒸餾水)，攪拌，使其充分溶解，配置濃度為0.5mol/L的(NH4)2CO3溶液。
3.制備Ni2(OH)2CO3納米沉淀料漿在不斷攪拌中將(NH4)2CO3溶液慢慢的倒入Ni(NO3)2溶液中立即會有氣泡產生并生成了綠色的Ni2(OH)2CO3納米沉淀物，反應結束后停止攪拌，靜置5～7小時，溶液中的納米沉淀物會凝聚在容器的下層，將上層的蘭色溶液(溶液I)抽出。
4.離心分離將下層的綠色納米沉淀料漿用離心機離心分離，得到分離好的綠色粉團。
5.烘干-擦篩粉料將綠色粉團在烘干箱于110～130℃烘干，然后用100～150μm的篩網擦篩。
7.強排水氫氣還原爐還原烘干后的粉末將烘干-擦篩得到的綠色粉料，然后在強排水氫氣還原爐中用H2于200℃經過保溫50min還原，即可得到SAXS平均粒徑67nm的納米鎳粉。
出爐后的粉末可以采用真空封裝保存。
實施例2除了步驟1、2中的水溶液濃度為1mol/L，以及步驟7中還原溫度為500℃、保溫20min，其它過程與實施例1相同，得到SAXS平均粒徑73nm的納米鎳粉。
實施例3采用NiSO4·6H2O，溶液濃度為0.5mol/L，制備0.5kg納米鎳粉，除了在步驟1中稱取2.2kg NiSO4·6H2O，在步驟7中還原溫度為400℃、保溫30min，其它過程與實施例1相同，得到SAXS平均粒徑70nm的納米鎳粉。
實施例4采用NiCl2·6H2O，溶液濃度為0.5mol/L，制備0.5kg納米鎳粉，除了在步驟1中稱取2.0kg NiSO4·6H2O，在步驟7中還原溫度為400℃、保溫30min，其它過程與實施例1相同，得到SAXS平均粒徑72nm的納米鎳粉。
權利要求
1.一種沉淀一氫還原工藝制備納米鎳粉的方法，其特征在于工藝為先將含鎳離子的鹽類溶于水中，然后和配置好的(NH4)2CO3溶液進行反應，生成一種Ni2(OH)2CO3沉淀物，靜置后，將上層清澈的蘭色溶液抽出，下層的納米沉淀料漿用離心機離心分離，將離心分離出來的粉團放在烘箱中烘干，擦篩，在氫氣還原爐中于200～500℃之間還原得到納米鎳粉。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于所述的含鎳離子的鹽類為Ni(NO3)2·6H2O、Ni(SO4)2·6H2O或NiCl2·6H2O。
3.按照權利要求1所述的方法，其特征在于具體工藝步驟為a、制備Ni(NO3)2·6H2O水溶液將固體Ni(NO3)2·6H2O按0.5-1mol/L的濃度溶于去離子或蒸餾水中，不斷攪拌使其充分溶解，制備成Ni(NO3)2水溶液備用；b、制備(NH4)2CO3水溶液將固體(NH4)2CO3按0.5-1mol/L的濃度溶于去離子水或蒸餾水中，不斷攪拌使其充分溶解，制備成(NH4)2CO3水溶液備用；c、制備Ni2(OH)2CO3納米沉淀料漿水溶液按體積比1∶1，將步驟b的(NH4)2CO3溶液慢慢的倒入步驟a的Ni(NO3)2溶液中，并不斷攪拌，會有氣泡產生并生成了綠色的Ni2(OH)2CO3納米沉淀物，反應結束后停止攪拌，靜置5～7小時，溶液中的納米沉淀物會凝聚在容器的下層，將上層的蘭色溶液抽出；d、離心分離將下層的綠色納米沉淀料漿用離心機離心分離，得到分離好的綠色粉團；e、烘干—擦篩粉料將離心得到的粉團用普通的烘干箱于110～130℃烘干，然后用100～150μm的篩網擦篩后獲得納米級前驅體粉末；f、用強排水氫氣還原爐還原前驅體粉末將烘干—擦篩得到的前驅體粉末，放于強排水氫氣還原爐中用H2于200～500℃，保溫20～50min還原，得到納米鎳粉。
全文摘要
本發明提供了一種沉淀－氫還原工藝制備納米鎳粉的方法，屬于金屬粉末制備技術領域。工藝為先將含鎳離子的鹽類溶于水中，然后和配置好的(NH
文檔編號B22F9/16GK1765549SQ200510086999
公開日2006年5月3日 申請日期2005年11月25日 優先權日2005年11月25日
發明者林濤, 李會謙, 汪莉, 吳成義, 張麗英, 郭志猛 申請人:北京科技大學