一種球形鈷粉的制備方法
【專利摘要】一種球形鈷粉的制備方法，屬于納米金屬材料技術領域。本發明取氧化鈣與一氧化鈷按適當的比例混合，對混合粉末球磨，然后燒結制備前驅體Ca3Co2O6，用氫氣還原前驅體制備鈷粉，再用濃度為0.2mol/L的氯化銨溶液清洗還原后的產物得到高純度的球形鈷粉。本發明操作簡單，原料成本低廉，生產的納米鈷粉形貌呈球形。
【專利說明】
一種球形鈷粉的制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于金屬材料制備領域，涉及納米金屬材料中球形鈷粉的制備方法。
【背景技術】
[0002]鈷粉由于具有良好的物理性能、化學性能和力學性能，而廣泛運用于硬質合金、金剛石工具以及電池行業，如鈷粉成為硬質合金必不可少的原料，具有填充孔隙和粘接的作用，有利于WC顆粒之間的分隔，避免鈷池的形成，從而改善了合金的綜合性能;尤其是球形鈷粉的作用更顯著;一方面由于球形鈷粉流動性好，填充密度高，低的孔隙度和相對低的滑動摩擦系數，從而增強了與其它物質的互溶性，促進了硬質合金的成型；另一方面，使用球形鈷粉可降低操作過程的粉塵濃度，因此粒度均勻分散性好的球形鈷粉是理想的原料。
[0003]目前，制備超細鈷粉的主要方法有氫還原法、沉淀-熱分解法、多元醇還原法和電解法。
[0004]氫還原法，通常是先向鈷絡合物([Co(NH3)5])3+)溶液中通入二氧化碳，沉淀出CoC03粉末，再在高溫下用氫氣還原，可制得含氧量少于2%，粒度小于Ιμπι、非著火性磁性超細鈷粉。
[0005]沉淀-熱分解法制備鈷粉所用的原料是高純的電解鈷片或鈷粒，經鹽酸溶解后，再用草酸或草酸銨溶液使CoCl2溶液轉變為草酸鈷沉淀，然后在保護性氣氛下于500°C進行熱分解，可得到平均粒度為1-1.5μπι的鈷粉。該法易于得到不規則的鈷粉，且草酸具有毒性。
[0006]多元醇還原法所用的多元醇既是溶劑又是還原劑。首先將含鈷前驅體(Co(OH)2,CoC2O4,Co3O4,Co2O3)分散到多元醇中，前驅體與多元醇反應生成中間相，接著中間相溶解，然后，鈷被還原出來，得到鈷粉。由于多元醇還原法特殊的機理和低的還原溫度，產物呈球形，粒度小，粒度分布窄。但該法使用的多元醇成本較高，并且易于分解，難以大規模工業化生產。
[0007]電解法是用電解鈷做陽極，不銹鋼水套做陰極，電解硫酸鈷溶液，溶液中加入膠體添加劑防止超細顆粒團聚，得到超細粉末。電解法一般用于制備普通的鈷粉，難以得到高純度的產品。

【發明內容】

[0008]本發明的目的是提出一種納米球形鈷粉的制備方法。
[0009 ]本發明是通過以下技術方案實現的。
[0010]本發明所述的一種納米球形鈷粉的制備方法，按以下步驟。
[0011 ] (a)原料準備:取氧化鈣與一氧化鈷按質量比7:3?4的比例混合。
[0012](b)球磨:按氧化鈣和一氧化鈷的混合粉末與瑪瑙球質量比為1:1?3，將粉末與瑪瑙球倒入球磨罐中，將球磨罐放入球磨機中球磨4h得到混合均勻的混料。
[0013](C)煅燒:將混料置于氧化鋁剛玉坩禍中，并放入管式爐中，在溫度為100tC條件下煅燒5h，形成單一相前軀體Ca3Co2O6，待冷卻至室溫，取出Ca3Co2O6，并進行研磨。
[0014](e)還原:將研磨后的粉末Ca3Co2O6置入石英舟中，再將石英舟置于管式爐的玻璃試管中通氫氣進行還原;還原溫度為900?100tC，還原時間為5?8h，得到球形鈷粉和氧化鈣的混合物，冷卻至室溫。
[0015](d)鈷粉提純:取出還原后的混合物置于燒杯中，往燒杯中加入0.2?0.4mol/L的氯化銨溶液，將燒杯放入水浴鍋中，調節溶液溫度達到80°C、溶液pH值在4-6間，用攪拌器不斷攪拌溶液;每次清洗30min，反復清洗3次，然后用乙醇洗1-2遍，得到球形鈷粉。
[0016](e)干燥:將清洗后的納米球形鈷粉于40?70°C真空干燥，得到納米球形鈷粉。
[0017]本發明步驟(a)所述的氧化鈣與一氧化鈷的純度均為99.9%。
[0018]本發明步驟(e)所述的還原溫度優選800?1000°C，還原時間優選2?4h。
[0019]本發明步驟(d)所述的pH值調節，通過滴質量濃度為10%?20%的鹽酸溶液對pH值進行調節。
[0020]本發明工藝十分簡單，對設備要求低，原料成本低廉，產品純度高且粒度均勻。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為實施例1制備的鈷粉的電子顯微鏡(SEM)圖。
[0022 ]圖2為實施例2制備的鈷粉的電子顯微鏡(SEM)圖。
[0023 ]圖3為實施例3制備的鈷粉的電子顯微鏡(SEM)圖。
[0024]圖4為實施例4制備的鈷粉的電子顯微鏡(SEM)圖。
[0025]圖5為實施例3制備的鈷粉的X射線衍射(XRD)圖。
【具體實施方式】
[0026]本發明將通過以下實施例作進一步說明。
[0027]實施例1。
[0028]稱70g氧化鈣、30g—氧化鈷倒入裝有300g瑪瑙球的球磨罐中，將球磨罐置于球磨機中，球磨機轉速為200r/min，球磨4h，得到混合均勻的混料，將混料置于氧化鋁剛玉坩禍中，將坩禍放入管式爐，在通空氣的條件下煅燒，煅燒溫度100tC，煅燒時間5h，得到鈷酸鈣Ca3Co206，待冷卻至室溫，取出Ca3Co206并進行研磨，將研磨后的Ca3Co206倒入石英舟中，再將石英舟置于管式爐的玻璃試管中通氫氣進行還原；還原溫度為800°C，還原時間為2h，得到產物球形鈷粉和氧化鈣的混合物85g，冷卻至室溫;取出還原后的粉末置于燒杯中，往燒杯中加入0.2mol/L的氯化銨溶液，用攪拌器不斷攪拌溶液;每次清洗30min，反復清洗3次，然后用乙醇洗I遍，得到球形鈷粉;將清洗后的納米球形鈷粉于40?70°C真空干燥，得到高純度的球形鈷粉，其中氧含量為3%，鈣含量為0.036%，其電子顯微鏡圖(SEM)如圖1所示。
[0029]實施例2。
[0030]稱70g氧化鈣、30g—氧化鈷倒入裝有300g瑪瑙球的球磨罐中，將球磨罐置于球磨機中，球磨機轉速為200r/min，球磨4h，得到混合均勻的混料，將混料置于氧化鋁剛玉坩禍中，將坩禍放入管式爐，在通空氣的條件下煅燒，煅燒溫度100tC，煅燒時間5h，得到鈷酸鈣Ca3Co206，待冷卻至室溫，取出Ca3Co206并進行研磨，將研磨后的Ca3Co206倒入石英舟中，再將石英舟置于管式爐的玻璃試管中通氫氣進行還原；還原溫度為800°C，還原時間為2h，得到產物球形鈷粉和氧化鈣的混合物85g，冷卻至室溫;取出還原后的粉末置于燒杯中，往燒杯中加入0.2mo 1/L的氯化銨溶液，將燒杯放入水浴鍋中，調節溶液溫度達到80°C、濃度PH值在 4-6間，用攪拌器不斷攪拌溶液;每次清洗30min，反復清洗3次，然后用乙醇洗1遍，得到球形鈷粉;將清洗后的納米球形鈷粉于40?70°C真空干燥，得到高純度的的球形鈷粉，其中氧含量為2.5%，鈣含量為0.016%。其電子顯微鏡圖(SEM)如圖2所示。
[0031] 實施例3。[〇〇32] 稱70g氧化鈣、30g—氧化鈷倒入裝有300g瑪瑙球的球磨罐中，將球磨罐置于球磨機中，球磨機轉速為200r/min，球磨4h，得到混合均勻的混料，將混料置于氧化鋁剛玉坩堝中，將坩堝放入管式爐，在通空氣的條件下煅燒，煅燒溫度1000?，煅燒時間5h，得到鈷酸鈣 Ca3C〇2〇6，待冷卻至室溫，取出Ca3C〇2〇6并進行研磨，將研磨后的Ca3C〇2〇6倒入石英舟中，再將石英舟置于管式爐的玻璃試管中通氫氣進行還原;還原溫度為850%，還原時間為2h，得到產物球形鈷粉和氧化鈣的混合物85g，冷卻至室溫;取出還原后的粉末置于燒杯中，往燒杯中加入0.2mol/L的氯化銨溶液，將燒杯放入水浴鍋中，調節溶液溫度達到80%、濃度PH值在 4-6間，用攪拌器不斷攪拌溶液;每次清洗30min，反復清洗3次，然后用乙醇洗1遍，得到球形鈷粉;將清洗后的納米球形鈷粉于40?70°C真空干燥，得到高純度、分散性好的球形鈷粉， 其中氧含量為1.5%，鈣含量為0.010%。其電子顯微鏡圖(SEM)如圖3所示。其X射線衍射(XRD ) 圖如圖5所示。[〇〇33] 實施例4。[〇〇34] 稱70g氧化鈣、30g—氧化鈷倒入裝有300g瑪瑙球的球磨罐中，將球磨罐置于球磨機中，球磨機轉速為200r/min，球磨4h，得到混合均勻的混料，將混料置于氧化鋁剛玉坩堝中，將坩堝放入管式爐，在通空氣的條件下煅燒，煅燒溫度1000?，煅燒時間5h，得到鈷酸鈣 Ca3C〇2〇6，待冷卻至室溫，取出Ca3C〇2〇6并進行研磨，將研磨后的Ca3C〇2〇6倒入石英舟中，再將石英舟置于管式爐的玻璃試管中通氫氣進行還原;還原溫度為900%，還原時間為2h，得到產物球形鈷粉和氧化鈣的混合物85g，冷卻至室溫;取出還原后的粉末置于燒杯中，往燒杯中加入0.2mol/L的氯化銨溶液，將燒杯放入水浴鍋中，調節溶液溫度達到80%、濃度PH值在 4-6間，用攪拌器不斷攪拌溶液;每次清洗30min，反復清洗3次，然后用乙醇洗1遍，得到球形鈷粉;將清洗后的納米球形鈷粉于40?70°C真空干燥，得到高純度的的球形鈷粉，其中氧含量為1.5%，鈣含量為0.010%。其電子顯微鏡圖(SEM)如圖4所示。
【主權項】
1.一種納米球形鈷粉的制備方法，其特征是按以下步驟:(a )取氧化鈣與一氧化鈷按質量比7:3?4的比例混合；(b)按氧化鈣和一氧化鈷的混合粉末與瑪瑙球質量比為1:1?3,將粉末與瑪瑙球倒入 球磨罐中，將球磨罐放入球磨機中球磨4h得到混合均勻的混料；(c)將混料置于氧化鋁剛玉坩堝中，并放入管式爐中，在溫度為l〇〇〇°C條件下煅燒5h， 形成單一相前軀體Ca3C〇2〇6，待冷卻至室溫，取出Ca3C〇2〇6，并進行研磨；(e)將研磨后的粉末Ca3C〇206置入石英舟中，再將石英舟置于管式爐的玻璃試管中通氫 氣進行還原；還原溫度為900?1000°C，還原時間為5?8h，得到球形鈷粉和氧化鈣的混合 物，冷卻至室溫；(d)取出還原后的混合物置于燒杯中，往燒杯中加入0.2?0.4mo 1/L的氯化銨溶液，將 燒杯放入水浴鍋中，調節溶液溫度達到80°C、溶液pH值在4-6間，用攪拌器不斷攪拌溶液;每 次清洗30min，反復清洗3次，然后用乙醇洗1-2遍，得到球形鈷粉；(e)將清洗后的納米球形鈷粉于40?70°C真空干燥，得到納米球形鈷粉。2.根據權利要求1所述的一種納米球形鈷粉的制備方法，其特征是步驟(a)所述的氧化 I丐與一氧化鈷的純度均為99.9%。3.根據權利要求1所述的一種納米球形鈷粉的制備方法，其特征是步驟(e)所述的還原 溫度為800?1000°C，還原時間為2?4h。4.根據權利要求1所述的一種納米球形鈷粉的制備方法，其特征是步驟(d)所述的pH值 調節，通過滴質量濃度為10%?20%的鹽酸溶液對pH值進行調節。
【文檔編號】B22F9/22GK106077694SQ201610640105
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月8日 公開號201610640105.2, CN 106077694 A, CN 106077694A, CN 201610640105, CN-A-106077694, CN106077694 A, CN106077694A, CN201610640105, CN201610640105.2
【發明人】唐建成, 吳家景, 葉楠
【申請人】南昌大學