專利名稱：一種細晶團聚體形貌的鈷粉及其制備方法
技術領域：
本發明屬于合金粉末制備技術領域，特別涉及一種細晶團聚體形貌的鈷粉及其制 備方法。
背景技術：
金屬鈷具有優良的物理、化學和機械性能，是制造高強度合金、耐高溫合金、硬質 合金、磁性材料和催化劑等的重要材料。90年代以來，世界鈷的消費量一直是呈增加趨勢， 年均增長率26%，到2002年，世界鈷消費量達8800萬磅。中國是世界上最大的硬質合金生產國，并且在高速發展當中，而鈷粉作為其重要 的生產原料，其需求量巨大。此外，金剛石工具和磁性材料都是發展非常迅速的行業，對鈷 粉的使用量也在迅速增長。粉末冶金鈷基合金具有良好的耐高溫和耐酸腐蝕的性能，是一 類重要的高溫合金，廣泛應用于飛機制造業。中國的硬質合金和金剛石工具的產量居世界 前列，因此鈷粉的消耗量很大。在鎳氫電池中，物理摻雜了超細鈷粉的泡沫鎳電極具有較高 的放電比容量和大電流充放電循環穩定性，近年來由于電池行業的迅猛發展，此行業超細 鈷粉的用量急劇上升。鈷粉的應用領域不斷擴大，預示著鈷粉有巨大的市場潛力。但與此同時，無論在硬質合金的制備還是金剛石工具、磁性材料等的生產中中，鈷 粉的制備工藝和鈷粉的形貌、粒徑及純度直接影響了產品的質量，影響了中國相關產品在 國際上的地位。隨著21世紀科技的飛速發展，各行業對鈷粉的要求越來越高，國外鈷粉廠家在諸 多技術領域作出了程度不同的改進、革新，并以先進的裝備來保障先進技術的實施，進一步 搶占市場，總之，盡管我國鈷粉生產在技術、質量水平和工藝裝備等方面與世界先進水平有 差距，但國內外鈷粉的需求旺盛，調整產品結構，改進工藝裝備，就能提高國內鈷粉的市場 競爭力，為我國的鈷粉發展開創美好的未來。目前我國生產鈷粉大多使用草酸鈷還原工藝，此工藝生產的鈷粉形貌為棒條狀， 隨著粉末冶金技術的發展，尤其是超細硬質合金等納米晶粉末冶金制品的出現，此種鈷粉 已經不能滿足各種先進粉末冶金制品的需要。

發明內容
本發明的目的是提供一種細晶團聚體形貌的鈷粉及其制備方法。一種細晶團聚體形貌的鈷粉，其特征在于，組成團聚體的細晶顆粒的形貌為球形 或類球形，細晶單顆粒直徑在0. 1 0. 5 μ m之間，團聚體鈷粉費氏粒度在0. 5 1. 5 μ m之 間。一種細晶團聚體形貌的鈷粉的制備方法，其特征在于，該方法步驟為，(1)配制鈷鹽溶液和沉淀劑溶液，鈷鹽溶液中鈷離子濃度為0. 5 2mol/L，沉淀劑濃度為0. 5 3mol/L ；(2)將配制的鈷鹽溶液和沉淀劑溶液同時并流加入到反應釜中，鈷鹽溶液加入速度為20 200L/h，沉淀劑溶液加入速度為30 400L/h，使鈷離子摩爾數與所加入的沉淀 劑摩爾數比值為1 (1 2. 2)，并在滴加過程中保持恒定，攪拌，攪拌速度為200 2000r/ min,反應溫度為40 80°C，反應溶液pH值為5. 5 6. 8，發生沉淀反應，加料完成后繼續 攪拌30 60min，反應完畢后卸料、陳化，陳化溫度為20 80°C，陳化時間為2 8h，生成 沉淀物前驅體；(3)用離心機對沉淀物前軀體進行固液分離，采用20 90°C的去離子水洗滌分離出來的固體，直至濾出液PH值為7，得到前軀體濾餅；(4)用流化床干燥機或真空干燥機對前軀體濾餅進行干燥，干燥的溫度為80 120°C，干燥的時間為2 IOh;(5)對干燥的前軀體進行煅燒，煅燒溫度為400 800°C，煅燒時間為2 8h，得到 鈷氧化物粉體；(6)鈷氧化物粉體在連續式金屬粉末還原爐中還原，還原溫度為400 550°C，還 原時間為4 6h，得到鈷粉。所述鈷鹽溶液為氯化鈷溶液、醋酸鈷溶液或硝酸鈷溶液。所述沉淀劑為碳酸銨或碳酸氫銨。所述還原爐的還原氣氛為氫氣氣氛或氨分解氣體氣氛。本發明的有益效果為本發明制備的鈷粉的形貌為細晶團聚體，且組成鈷粉團聚體的細晶顆粒具有球形 或類球形形貌，細晶單顆粒直徑在0. 1 0. 5 μ m之間，團聚體鈷粉Fsss (費氏)粒度在 0. 5 1. 5μπι之間。與傳統草酸沉淀還原生產的棒條狀鈷粉相比，此種鈷粉具有細晶球形 形貌，表面活性更高，在制備粉末冶金制品的過程中，可以有效降低燒結溫度，提高制品的 力學性能，且生產工藝簡單，成本低，易于實現工業化。


圖1是實施例1制備的鈷粉的SEM形貌圖。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明實施例1一種細晶團聚體形貌的鈷粉的制備方法，該方法步驟為，(1)配制鈷離子濃度為2mol/L的氯化鈷溶液10L，濃度為2mol/L的碳酸氫銨溶液 20L ；(2)先在容積為50L的反應釜中加入2L的去離子水，加熱到40°C，將配制的鈷鹽 溶液和碳酸氫銨溶液同時并流加入到反應釜中，鈷鹽溶液加入速度為20L/h，碳酸氫銨溶液 加入速度為40L/h，使鈷離子摩爾數與所加入的沉淀劑摩爾數比值為1 2，攪拌，攪拌速度 為200 2000r/min，反應溫度為40°C，反應溶液pH值為6. 7，發生沉淀反應，加料完成后 繼續攪拌30min，反應完畢后卸料、陳化，陳化溫度為40°C，陳化時間為4h，生成沉淀物前驅 體；(3)用離心機對沉淀物前軀體進行固液分離，采用60°C的去離子水洗滌分離出來的固體，直至濾出液PH值為7，得到前軀體濾餅；(4)用真空干燥機對前軀體濾餅進行干燥，干燥的溫度為100°C，干燥的時間為 8h ；(5)對干燥的前軀體進行煅燒，煅燒溫度為600°C，煅燒時間為2h，得到鈷氧化物 粉體；(6)對鈷氧化物粉體在連續式金屬粉末還原爐中還原，還原氣氛為氨分解氣體氣 氛，還原溫度為400°C，還原時間為6h，得到鈷粉。制備的鈷粉SEM形貌圖如圖1所示，制備的鈷粉具有細晶團聚體形貌，組成團聚 體的細晶顆粒的形貌為球形或類球形，細晶單顆粒直徑在0. 1 0.5 μ m之間，團聚體鈷粉 Fsss (費氏)粒度在0. 62 μ m之間。
實施例2一種細晶團聚體形貌的鈷粉的制備方法，該方法步驟為，(1)配制鈷離子濃度為0. 5mol/L的氯化鈷溶液20L，濃度為lmol/L的碳酸氫銨溶 液 20L ；(2)先在容積為50L的反應釜中加入2L的去離子水，加熱到80°C，將配制的鈷鹽 溶液和碳酸氫銨溶液同時并流加入到反應釜中，鈷鹽溶液加入速度為100L/h，碳酸氫銨溶 液加入速度為100L/h，使鈷離子摩爾數與所加入的沉淀劑摩爾數比值為1 2，攪拌，攪拌 速度為200 2000r/min，反應溫度為80°C，反應溶液pH值為6. 5，發生沉淀反應，加料完成 后繼續攪拌60min，反應完畢后卸料、陳化，陳化溫度為60°C，陳化時間為4h，生成沉淀物前 驅體；(3)用離心機對沉淀物前軀體進行固液分離，采用20°C的去離子水洗滌分離出來 的固體，直至濾出液PH值為7，得到前軀體濾餅；(4)用真空干燥機對前軀體濾餅進行干燥，干燥的溫度為110°C，干燥的時間為 IOh ；(5)對干燥的前軀體進行煅燒，煅燒溫度為500°C，煅燒時間為2h，得到鈷氧化物 粉體；(6)對鈷氧化物粉體在連續式金屬粉末還原爐中還原，還原氣氛為氫氣氣氛，還原 溫度為550°C，還原時間為4h，得到鈷粉。制備的鈷粉具有細晶團聚體形貌，組成團聚體的細晶顆粒的形貌為球形或類球 形，細晶單顆粒直徑在0. 1 0.5 μ m之間，團聚體鈷粉Fsss (費氏)粒度為1.24μπι。實施例3一種細晶團聚體形貌的鈷粉的制備方法，該方法步驟為，(1)配制鈷離子濃度為2mol/L的醋酸鈷溶液20L，濃度為2mol/L的碳酸銨溶液 20L ；(2)先在容積為50L的反應釜中加入2L的去離子水，加熱到80°C，將配制的鈷鹽 溶液和碳酸銨溶液同時并流加入到反應釜中，鈷鹽溶液加入速度為20L/h，碳酸銨溶液加入 速度為20L/h，使鈷離子摩爾數與所加入的沉淀劑摩爾數比值為1 1，攪拌，攪拌速度為 200 2000r/min，反應溫度為80°C，反應溶液pH值為6. 7，發生沉淀反應，加料完成后繼續 攪拌60min，反應完畢后卸料、陳化，陳化溫度為80°C，陳化時間為2h，生成沉淀物前驅體；
(3)用離心機對沉淀物前軀體進行固液分離，采用80°C的去離子水洗滌分離出來 的固體，直至濾出液PH值為7，得到前軀體濾餅；(4)用流化床干燥機對前軀體濾餅進行干燥，干燥的溫度為100°C，干燥的時間為 8h ；(5)對干燥的前軀體進行煅燒，煅燒溫度為400°C，煅燒時間為4h，得到鈷氧化物 粉體；(6)對鈷氧化物粉體在連續式金屬粉末還原爐中還原，還原氣氛為氨分解氣體氣 氛，還原溫度為500°C，還原時間為4h，得到鈷粉。制備的鈷粉具有細晶團聚體形貌，組成團聚體的細晶顆粒的形貌為球形或類球 形，細晶單顆粒直徑在0. 1 0.5 μ m之間，團聚體鈷粉Fsss (費氏)粒度在為0. 92 μ m。實施例4一種細晶團聚體形貌的鈷粉的制備方法，該方法步驟為，(1)配制鈷離子濃度為lmol/L的硝酸鈷溶液200L，濃度為2mol/L的碳酸氫銨溶 液 200L ；(2)先在容積為500L的反應釜中加入20L的去離子水，加熱到60°C，將配制的鈷 鹽溶液和碳酸氫銨溶液同時并流加入到反應釜中，鈷鹽溶液加入速度為200L/h，碳酸氫銨 溶液加入速度為200L/h，鈷離子摩爾數與所加入的沉淀劑摩爾數比值為1 2，攪拌，攪拌 速度為200 2000r/min，反應溫度為60°C，反應溶液pH值為5. 5，發生沉淀反應，加料完成 后繼續攪拌60min，反應完畢后卸料、陳化，陳化溫度為60°C，陳化時間為4h，生成沉淀物前 驅體；(3)用離心機對沉淀物前軀體進行固液分離，采用30°C的去離子水洗滌分離出來 的固體，直至濾出液PH值為7，得到前軀體濾餅；(4)用流化床干燥機對前軀體濾餅進行干燥，干燥的溫度為110°C，干燥的時間為 6h ；(5)對干燥的前軀體進行煅燒，煅燒溫度為400°C，煅燒時間為4h，得到鈷氧化物 粉體；(6)對鈷氧化物粉體在連續式金屬粉末還原爐中還原，還原氣氛為氫氣氣氛，還原 溫度為450°C，還原時間為6h，得到鈷粉。制備的鈷粉具有細晶團聚體形貌，組成團聚體的細晶顆粒的形貌為球形或類球 形，細晶單顆粒直徑在0. 1 0.5 μ m之間，團聚體鈷粉Fsss (費氏)粒度在為0. 86 μ m。
權利要求
一種細晶團聚體形貌的鈷粉，其特征在于，組成團聚體的細晶顆粒的形貌為球形或類球形，細晶單顆粒直徑在0.1～0.5μm之間，團聚體鈷粉費氏粒度在0.5～1.5μm之間。
2.一種細晶團聚體形貌的鈷粉的制備方法，其特征在于，該方法步驟為，(1)配制鈷鹽溶液和沉淀劑溶液，鈷鹽溶液中鈷離子濃度為0.5 2mol/L，沉淀劑濃度 為 0. 5 3mol/L ；(2)將配制的鈷鹽溶液和沉淀劑溶液同時并流加入到反應釜中，鈷鹽溶液加入速度為 20 200L/h，沉淀劑溶液加入速度為30 400L/h，使鈷離子摩爾數與所加入的沉淀劑摩爾 數比值為1 (1 2.2)，并在滴加過程中保持恒定，攪拌，攪拌速度為200 200017!11土11， 反應溫度為40 80°C，反應溶液pH值為5. 5 6. 8，發生沉淀反應，加料完成后繼續攪拌 30 60min，反應完畢后卸料、陳化，陳化溫度為20 80°C，陳化時間為2 8h，生成沉淀 物前驅體；(3)用離心機對沉淀物前軀體進行固液分離，采用20 90°C的去離子水洗滌分離出來 的固體，直至濾出液PH值為7，得到前軀體濾餅；(4)用流化床干燥機或真空干燥機對前軀體濾餅進行干燥，干燥的溫度為80 120°C， 干燥的時間為2 10h ；(5)對干燥的前軀體進行煅燒，煅燒溫度為400 800°C，煅燒時間為2 8h，得到鈷氧 化物粉體；(6)鈷氧化物粉體在連續式金屬粉末還原爐中還原，還原溫度為400 550°C，還原時 間為4 6h，得到鈷粉。
3.根據權利要求2所述的一種細晶團聚體形貌的鈷粉的制備方法，其特征在于，所述 鈷鹽溶液為氯化鈷溶液、醋酸鈷溶液或硝酸鈷溶液。
4.根據權利要求2所述的一種細晶團聚體形貌的鈷粉的制備方法，其特征在于，所述 沉淀劑為碳酸銨或碳酸氫銨。
5.根據權利要求2所述的一種細晶團聚體形貌的鈷粉的制備方法，其特征在于，所述 還原爐的還原氣氛為氫氣氣氛或氨分解氣體氣氛。
全文摘要
本發明公開了屬于合金粉末制備技術領域的一種細晶團聚體形貌的鈷粉及其制備方法。本發明制備的鈷粉的形貌為細晶團聚體，且組成鈷粉團聚體的細晶顆粒具有球形或類球形形貌，細晶單顆粒直徑在0.1～0.5μm之間，團聚體鈷粉費氏粒度在0.5～1.5μm之間。制備方法為可溶性鈷鹽水溶液與沉淀劑溶液發生沉淀反應，沉淀物經過離心機進行固液分離并反復洗滌其中殘余的酸根離子及其他雜質，離心洗滌后的沉淀物經過低溫干燥后高溫煅燒成氧化物，最后采用氫氣還原成鈷金屬粉末。本發明提供的鈷粉具有細晶團聚體形貌，表面活性高，且生產工藝簡單，成本低，易于實現工業化。
文檔編號B22F9/22GK101829786SQ20091008020
公開日2010年9月15日 申請日期2009年3月13日 優先權日2009年3月13日
發明者劉宇慧, 張景懷, 汪禮敏, 王林山, 閆世凱 申請人:北京有色金屬研究總院;有研粉末新材料(北京)有限公司