一種小粒徑球形碳酸鈷的制備方法與流程

本發明屬于金屬粉末材料制備工藝技術領域，具體涉及一種小粒徑球形碳酸鈷的制備方法。

背景技術：

碳酸鈷作為一種重要的化工原料及材料前驅體，廣泛應用于陶瓷工業的著色劑、采礦工業的選礦劑、有機工業的催化劑、硬質合金及電池材料前驅體等。其中材料應用方面比如硬質合金用鈷粉前驅體及四氧化三鈷前驅體對碳酸鈷的粒徑、形貌及各項物理指標都有要求，兩者領域中的發展趨勢都是球形條件下的一大一小粒徑的兩種顆粒，分別對應球形20微米左右大顆粒和球形2-5微米小顆粒的前驅體，前者產業化工藝成熟，后者在可產業化的、成本低的制備方法中基本沒有，即小顆粒碳酸鈷在溫和而成本低的條件下幾乎不成球形。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種小粒徑球形碳酸鈷的制備方法，通過過程控制pH值，解決了現有方法制備小粒徑球形碳酸鈷在溫和的、可產業化條件下的不成球的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種小粒徑球形碳酸鈷的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟1，將鈷鹽和碳銨溶液并流加入反應釜進行反應，控制反應過程pH值，使得半小時后體系pH值調整到7.0±0.1；

步驟2，繼續并流加入鈷鹽及碳銨溶液，保持步驟1的pH值不變，繼續反應并沉淀；

步驟3，對步驟2沉淀后的溶液進行固液分離和干燥，得到小粒徑球形碳酸鈷。

本發明的特點還在于，

所述步驟1中的鈷鹽為氯化鈷、硫酸鈷、醋酸鈷中的一種。

所述步驟1中鈷鹽的濃度為60-160g/l，流量為1-5L/h。

所述步驟1中的pH值根據碳銨的流量進行調節。

所述步驟1中碳銨的濃度為120-240g/l。

所述步驟2中反應的溫度為35-65℃。

所述步驟2中的攪拌速率為50-220r/min。

所述步驟2中的反應時間為1-5h。

本發明的有益效果是，本發明一種小粒徑球形碳酸鈷的制備方法，通過過程控制pH值，維持了碳酸鈷顆粒粒子之間的成核及生長條件的均勻性，使得沉淀及溶液各向同性，這樣可以在已經成核的基礎上向外均勻、且成球形的生長，形成球形碳酸鈷。另外，該方法工藝成本低，易于推廣。

附圖說明

圖1為本發明提供實施例1中制備的碳酸鈷放大500倍的電鏡圖；

圖2為本發明提供實施例1中制備的碳酸鈷放大3000倍的電鏡圖；

圖3為本發明提供實施例2中制備的碳酸鈷放大1000倍的電鏡圖；

圖4為本發明提供實施例2中制備的碳酸鈷放大5000倍的電鏡圖；

圖5為本發明提供實施例3中制備的碳酸鈷放大500倍的電鏡圖；

圖6為本發明提供實施例3中制備的碳酸鈷放大5000倍的電鏡圖；

圖7為本發明提供對比實驗中制備的碳酸鈷放大1000倍的電鏡圖；

圖8為本發明提供實比實驗中制備的碳酸鈷放大5000倍的電鏡圖；

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明實施例提供一種小粒徑球形碳酸鈷的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟1，將鈷鹽和碳銨溶液并流加入反應釜進行反應，控制反應過程pH值，使得半小時后體系pH值調整到7.0±0.1；所述鈷鹽為氯化鈷、硫酸鈷、醋酸鈷中的一種，鈷鹽的濃度為60-160g/l，流量為1-5L/h；根據碳銨的流量進行調節；碳銨的濃度為120-240g/l；

步驟2，繼續并流加入鈷鹽及碳銨溶液，保持步驟1的pH值不變，反應2h后沉淀；反應的溫度為35-65℃，攪拌速率為50-220r/min；

步驟3，對步驟2沉淀后的溶液進行固液分離和干燥，得到小粒徑球形碳酸鈷。

同現有制備方法相比，本發明主要有以下技術優勢：通過過程控制pH值，維持了碳酸鈷顆粒粒子之間的成核及生長條件的均勻性，使得沉淀及溶液各向同性，這樣可以在已經成核的基礎上向外均勻、且成球形的生長，形成球形碳酸鈷。另外，該方法工藝成本低，易于推廣。

實施例1

將濃度為120g/l的氯化鈷和濃度為220g/l的碳銨混合反應，其中氯化鈷的流量為2.5L/h，反應過程中調節碳銨的流量使得半個小時后混合溶液的pH值為7.015，保持pH值不變繼續放映，在40℃下、以150r/min的速度攪拌，反應2個小時后沉淀，之后對沉淀后的溶液進行固液分離和干燥，得到小粒徑球形碳酸鈷，如圖1及圖2所示。其中激光粒度儀測試D₁₀為18.572μm，D₅₀為34.967μm，D₉₀為50.655μm，二次顆粒電鏡大小在3-5μm之間，可能是激光粒度測試過程中小的球形顆粒的團聚所致。

實施例2

將濃度為60g/l的氯化鈷和濃度為120g/l的碳銨混合反應，其中氯化鈷的流量為1L/h，反應過程中調節碳銨的流量使得半小時后混合溶液的pH值為7.002，保持pH值不變繼續反應，在35℃下、以220r/min的速度攪拌，反應2個小時后沉淀，之后對沉淀后的溶液進行固液分離和干燥，得到小粒徑球形碳酸鈷，如圖3及圖4所示。其中激光粒度儀測試D₁₀為9.582μm，D₅₀為23.616μm，D₉₀為44.681μm，二次顆粒電鏡大小在3-5μm之間，可能是激光粒度測試過程中小的球形顆粒的團聚所致。

實施例3

將濃度為160g/l的氯化鈷和濃度為240g/l的碳銨混合反應，其中氯化鈷的流量為5L/h，反應過程中調節碳銨的流量使得半小時后混合溶液的pH值為7.096，保持pH值不變繼續反應，在65℃下、以50r/min的速度攪拌，反應2個小時后沉淀，之后對沉淀后的溶液進行固液分離和干燥，得到小粒徑球形碳酸鈷，如圖5及圖6所示。其中激光粒度儀測試D₁₀為8.603μm，D₅₀為19.409μm，D₉₀為35.255μm，二次顆粒電鏡大小在3-5μm之間，可能是激光粒度測試過程中小的球形顆粒的團聚所致。

對比實驗：

將濃度為120g/l的氯化鈷和濃度為220g/l的碳銨混合反應，其中氯化鈷的流量為2.5L/h，碳銨的流量為4.6L/h，pH值為7.15，在40℃下、以220r/min的速度攪拌，反應2個小時后沉淀，之后對沉淀后的溶液進行固液分離和干燥，得到小粒徑球形碳酸鈷，如圖7及圖8所示。其中D₁₀為4.401um，D₅₀為11.749um，D₉₀為23.252um。從圖中可以看出，沒有過程控制pH值得到的碳酸鈷分散性和粒度分布差，幾乎不成球。

以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。