CN101429652B - 一种铁粉表面包镀镍的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用水热氢还原技术在铁粉表面上包镀一层金属镍或纳米镍粉的方法，属于有色金属冶金和粉末冶金材料技术领域。所述方法是将硫酸镍或硫酸镍水溶液、氨水、硫酸铵按一定比例加入水中，配成混合溶液，加入少量蒽醌、添加剂，再将需要被镍包镀的铁粉加入到混合溶液中，然后将含有铁粉的混合溶液转入高压釜内，密封高压釜。在高压釜内经高温高压水溶液氢还原处理，溶液中的镍离子还原沉积在铁粉表面，形成致密的金属镍层或纳米镍粉包镀层。包镀反应完成后，将高压釜内的物料冷却，排出表面包镀了金属镍的铁粉和水溶液，经过滤、干燥，获得表面被金属镍包镀的铁粉产品。本发明生产工艺方法简单，易于操作，包镀镍层可控。

Description

一种铁粉表面包镀镍的方法 

技术领域

一种铁粉表面包镀镍的方法，涉及采用水热氢还原技术在铁粉上包镀一层金属镍或纳米镍粉的方法，属于有色金属冶金和粉末冶金材料技术领域。

技术背景

镍粉是一种性能优良的粉末冶金材料，近年来由于有色金属价格上涨以及为了节省宝贵的资源，寻找以镍包镀(或称包覆)的方法来制备含镍复合粉替代纯镍粉已成为一种趋势，同时包镀粉还能解决不同粉末混合时的不均匀问题，因此开发新的包镀复合粉制造技术是粉末冶金的一个新趋势。如透气性金属陶瓷复合材料具有一定的强度和较高的透气性能，耐腐蚀、耐高温，在透气性成型模具、过滤、吸音、隔热防护涂层、梯度功能材料等方面有着广阔的应用前景，这种复合材料是用一定量的氧化铝、氧化硅、莫来石等陶瓷粉与铁、镍、铬等金属粉加入适量的成塑粘结剂成型后烧结而成的，但是由于用铁粉制造的材料质脆且强度偏低，而镍、铬粉较昂贵，影响了其工业应用。利用化学镀镍铁粉与陶瓷粉等复合，生产出具有较高强度和韧性及较大透气性的金属陶瓷材料，可取得良好的增强效果。又如电磁信息泄露问题关系到国家安全和人们的日常生活，随着电磁屏蔽涂料的发展，所需要的涂料中金属填料的种类也多种多样。金属铁粉是一种价格低廉的吸波材料，常用在电磁屏蔽涂料中作填料。但由于铁粉耐氧化性差，不稳定，表面容易形成氧化层，使它从导电体变成绝缘体，从而失去屏蔽电磁波的能力。为了解决铁粉作为涂料中金属填料的缺点，提高铁粉的电磁屏蔽效能、抗氧化能力和吸波性能，在铁粉上包镀一层镍，特别是纳米镍粉，使镍包镀铁粉具有镍的耐氧化和镍铁双金属吸波效果。

随着现代科学技术的发展，单一材料已难以满足某些特殊要求，复合材料的研究日益受到重视并迅速发展，作为复合材料单元之一的金属包镀型粉末，兼有包镀层金属和用作芯核的被包镀粉末的两种物质的优良性能，在冶金、机械、航空、航海、材料保护及其它诸多领域的应用都已获得巨大成功。由于金属镍包镀层具有良好的抗腐蚀性、超耐磨损性、韧性好、低应力、与大多数粉末润湿性好和相对较高的硬度等优点，在金属型包镀粉末研究领域中占有重要地位。根据芯核的不同，镍包镀粉末可应用于耐火材料、固体润滑材料、热喷涂原料和制备复合材料等，应用前景广阔。据估计，在铁粉上包镀一层镍制备成镍铁复合粉末，目前有千吨以上的市场需求。

镍包镀复合粉末的制备方法主要有羰基镍分解法、化学镀镍法、电镀镍法、镍盐分解法、水热氢还原法、沉淀-还原法，包镀产品的性能与所采用的工艺有较大的关系。此外还有等 离子气相沉积、化学气相沉积和真空蒸发镀等，但这几种方法一般不适用廉价的粉末包镀。

(1)羰基镍分解法

在被包镀的芯核粉末表面包上金属Ni的工艺中最为成熟的就是Ni(CO)₄分解法，羰基镍分解法制备镍包镀型复合粉末的原理如下：

Ni+4CO→Ni(CO)₄

在50℃以上，活性镍与一氧化碳接触时，1个镍原子与4个气体分子相结合，生成四羰基镍化合物，反应是可逆的，在100℃以上的温度，羰基镍又会分解为金属镍和一氧化碳(CO)，其中CO可以循环使用。从理论上讲，此法是制备Ni包镀粉末的一种理想方法，原料利用率非常高，包镀效果也好，可是CO和生成的Ni(CO)₄都是剧毒物质，且Ni(CO)₄的挥发性较高，所以需要在密闭系统内反应，要求有极为严密的防毒措施，这对生产设备及技术工艺要求较高，需要规模化生产才能降低成本。国内除少数几个企业使用该方法外，由于该工艺的特殊要求，一般企业无法采用。

(2)化学镀镍法

化学镀镍是在常压下利用合适的还原剂，使镍离子有选择性地在经催化的表面镀上镍层的一种化学处理方法。化学镀镍液是由镍盐、络合剂、稳定剂和还原剂等基本组分组成，再配以适当的温度、pH值、搅拌等工艺条件，使粉体在镀液中被包镀一层金属镍。通过配制适当的镀液，该法既可以直接在有催化活性的金属粉末表面施镀，也可以在未被预处理的非金属粉末表面直接施镀。化学镀法制备镍包镀粉末有许多优点，既可应用于小规模实验研究，又能用于大规模工业生产，操作简单，无需大的设备，生产成本较低，包镀效果好。但此法存在过程较慢、镀液易于分解、镀液不能重复使用、易产生游离镍粉、包镀镍层疏松不致密等。废镀液对环境危害大。

在化学镀中利用金属镍包镀其它粉末时，可以选择不同的还原剂，以次亚磷酸钠、硼氢化钠作为还原剂时，镀层中含有硼、磷元素及其化合物，这些物质影响了镀层的质量和使用性能等，并大大降低材料的机械性能。而用联胺(水合肼)作还原剂，可以得到硼、磷元素少的镍包镀层复合粉末。由于联胺价格较高，增加了生产成本，在一些场合失去了工业意义。

(3)电镀镍法

电镀法制备镍包镀型复合粉末不同于一般的电镀，它的电极是由颗粒组成的，所以该方法只适用于金属粉末，对非金属粉末需要在其表面先用其他方法涂镀一层镍膜后方可采用。电镀法根据设备不同，主要有两种方法：一种是滚镀法，镀槽用有机玻璃做成多角形，槽底有一固定的金属板作阴极，使镀槽与垂直方向成一定的倾角旋转，利用镀槽的旋转使颗粒在槽内翻滚，颗粒作为阴极在其表面包镀镍层；另一种是流化床法，流化床电极是一种三维电极体系，当电解质溶液流过导电颗粒组成的床层时，使颗粒呈流化状态，构成导电颗粒流化床，插入馈电极和对电极，通电后由全部导电颗粒连同馈电极构成流化床电极，电化学反应 便在导电颗粒上进行。电镀法具有包镀量可控、镀层具有很高的化学稳定性和耐磨性，且硬度高，但在一些材料的表面包镀均匀性、完整性不太好，适应范围受限。

(4)镍盐分解法

镍盐分解法是选取合适的镍盐水溶液与被包镀的粉末混合，放入水浴中干燥并不断搅拌，得到镍盐包镀粉末，使粉末在液相中包上一层金属镍盐，最后在保护性气氛下加热分解得到镍包镀粉末。此方法制得的包镀镍层粉末比较均匀，操作简单，所需设备也不复杂，而且能定量包镀，成本也较低。但盐类分解往往产生某些污染环境、恶化劳动条件的产物，包镀镍层不致密、容易脱落等。

(5)沉淀-还原法

沉淀一还原法是将镍盐(如硝酸镍)溶于50～60℃的蒸馏水配制成水溶液，把作为被包镀的芯核粉末(如Cu、Fe、Al₂O₃、TiC、SiC)加入溶液中，将氨水(或草酸、碳酸氢铵)注入到溶液中，并不断搅拌，使镍生成氢氧化镍沉淀降于粉体表面，放入100℃水浴中蒸干，得到表面包覆氢氧化镍(或草酸镍、碱式碳酸镍)的粉末，最后将其放入反应炉中，高温下氢气气氛中还原，还原产物即为镍包镀粉末。此法所用设备简单，易于操作。但用氨水或碳酸氢铵作沉淀剂时，由于镍离子与氨形成络合物，镍不能完全被沉淀下来，造成原料的浪费。另外，此法只有在包镀粉末镍含量在5％～15％时效果较好，包镀镍层也不致密等。

(6)水热氢还原法

镍包镀粉末的制备过程是在带有磁力搅拌器的高压釜中实现的。将原料硫酸镍、硫酸铵、氨水或其它缓冲溶液体系(如醋酸盐体系、碳酸盐体系)按配比条件要求配成料液，连同作为核芯的被包镀粉末和表面活化剂一并装入釜内，盖严密封，经过控温(110～200℃)充氢反应、卸釜排料、固液分离、洗涤、烘干等工艺，得到镍包镀粉末。水热加压氢还原法制备包镀粉末，由于反应一直在溶液中进行，所以镍层均匀，包镀效果好。氨水作为中和剂，中和还原产生的氢离子，使镍离子还原反应能够持续进行。该方法对核芯粉末有以下要求：与溶液体系不发生化学反应，与溶液有良好的浸润性，借助搅拌能均匀分散在液相中，具有适宜的粒度。但由于许多核芯粉末不具有催化作用，需要包镀前进行氯化亚锡敏化、贵金属氯化钯等活化处理，才能进行表面包镀，增加了生产成本，甚至由于价格过高，使产品失去工业使用价值。有一些粉末即使进行了前处理工艺，也不能进行镍包镀，该方法对被包镀核芯粉末有选择性。

在上述各种包镀镍的方法中，各有优缺点，羰基镍分解法、化学镀镍法应用最多，水热氢还原法有一定优势，而其它方法则较少采用。在国内用羰基镍分解法制备包镀粉末的规模小，在国外却获得了大规模的应用。而等离子气相沉积、化学气相沉积和真空蒸发镀等因成本高，不适应于包镀粉末的工业化生产。

CN1820876A公开了一种制备镍、钴包覆无机粉体颗粒热涂层材料的方法的发明专利， 用肼类-联氨(N₂H₄)类为还原剂，氨水为配合剂，贵金属的可溶性化合物溶液为活化剂，以含有镍、钴、镍钴镀覆金属的盐为主盐，得到纳米镍、钴、镍钴包镀的无机载体复合粉末。

CN1821443A公开了一种制备中空镍、钴、镍钴纤维和空心球的方法及设备的方法的发明专利，以黏胶和碳纤维或黏胶和碳的球形材料为有机载体诱导实现化学镀金属膜，含贵金属的可溶性化合物溶液为活化剂，以含有镍、钴、镍钴镀覆金属的盐为主盐，联氨(N₂H₄)为还原剂，氨水为配合剂，用与主盐有相同阴离子的铵盐做缓冲剂，获得镍、钴、镍钴包镀的纳米中空纤维和空心球。

CN101041180A公开了一种纳米镍包铝粉及其制备方法的发明专利，用硼氢化物加水合肼为还原剂，把镍盐水溶液倒入盛有还原剂水溶液浸泡的球形铝粉容器中，快速搅拌，直到镍盐水溶液变为无色时就生成了纳米镍包铝粉。与水热氢还原工艺相比，不需要压力设备，操作简单较为方便。

CN1817521A公开了一种镍包覆铜的复合粉的生产方法，在硫酸镍溶液中缓慢加入联氨，制备铜粉表面包覆了镍的金属复合粉。

国内还报道了在铁粉上包镀镍，制备镍铁复合粉末的化学镀制备工艺(王鸿莹等，表面技术，2006，35(6)，p32～43)，采用联胺(水合肼)做还原剂，通过化学镀制取外表包镍的铁基复合粉末。

国内外在用化学镀镍法常压下制备包镀粉末方面研究较多，但化学镀方法在常压下进行，工艺流程长、工序多，废镀液不能重复使用，对环境危害大，镀层含有硼、磷高，限制了它们的使用范围，性能也大幅度降低。若用联胺(或称水合肼)作还原剂，则生产成本太高，实际应用价值不高。本发明人还发现，当用联胺作还原剂时，除镀层疏松外，特别是镍镀层纯度不高，镀层含镍量只有95～97.5％，虽不含硼、磷元素，但含氢、氧、氮元素较多，降低了镀层的抗氧化能力。

2003年韩国发明人JUNG HEON SAENG等申请了水热氢还原制备镍包金刚石复合粉末的发明专利(专利申请号KR20030018720，公开号KR20040083983A)，采用的原料为硫酸铵、硫酸镍、氨水，需要用包镀前进行氯化亚锡敏化、贵金属氯化钯等活化处理，制备过程包括了许多的预处理工序，流程长，活化处理药剂昂贵。

中国既是镍金属的消费大国，同时也是镍矿资源较贫乏的国家。随着镍的应用领域和消费数量不断扩大，各种镍可再生资源不断增多。由于镍价格较贵，再生镍已经具备了一定的产业规模，据估计，目前我国再生镍占镍总产量的比例已接近30％，从各种镍可再生资源中回收制取金属镍或其化合物，在镍生产中占据了一定的地位。含镍可再生资源的种类按其组成与形态及浸出的难易程度大致可分为四类：(1)水溶性含镍废料，如铜冶炼厂产出的黄渣(无水硫酸镍、粗镍等)、电镀退镀液等。(2)酸溶性废料，如各种含镍废液的中和渣及某些企业作为副产品回收的碳酸镍渣等。(3)金属或合金类废料，如电镀挂珠、镀镍丝等及各类镍基合金的加工废料。(4)镍冶炼废渣(如炉渣、烟尘等)、选矿及浸出的尾渣等。除第(4)类废渣由于含镍量低、成份复杂，回收难度大，须另行处理外，其余三类镍废料经过浸出或溶解、萃取或沉淀法除去杂质，最后一般得到硫酸镍溶液，经真空蒸发浓缩后可直接生产硫酸镍结晶产品，或制成碳酸镍后按市场需要生产氧化镍或氯化镍、醋酸镍、氟化镍等其它化工产品。其中硫酸镍溶液含有较高的有机物和其它金属杂质，需要进一步净化处理才能用于生产硫酸镍结晶，达到电镀用硫酸镍的要求；但若直接用作水热氢还原法的原料，则不需要处理，可显著降低生产成本。

本发明结合目前镍冶炼提取工业和镍再生资源回收的特点，根据铁粉包镀镍复合粉末材料的发展需要，以镍回收生产过程中产生的硫酸镍水溶液或硫酸镍为含镍原料，采用水热氢还原法在铁粉表面制备包镀常规镍层或纳米镍粉，获得镍铁复合粉末。由于采用有机物作为添加剂，不需要包镀前对核心被包镀粉末进行氯化亚锡敏化、贵金属氯化钯等活化处理，大大缩短了工艺处理过程，生产成本低，生产过程对环境无污染，并可获得均匀包镀纳米镍粉的产品。该方法制备的镍包镀铁粉质量好，既保持了铁粉的廉价性，又具有镍的抗氧化性和机械性能，以及镍铁双金属功能，可满足产品的不同用途。

发明内容

本发明的目的是：结合目前镍冶炼提取工业和镍再生资源回收的特点，根据镍铁复合粉末的性能要求，以硫酸镍溶液或硫酸镍、铁粉为原料，采用水热氢还原法在作为核芯的铁粉上包镀金属镍层或纳米镍粉，产品可用于功能材料或复合材料的制备，满足不同需要，解决粉末冶金制造过程中原料混合不均匀，以及作为功能材料时铁粉抗氧化性、耐腐蚀性和耐磨性等综合性能差的问题。在铁粉包镀纳米镍粉，可减少金属镍的用量，适合作功能材料使用，获得纳米纳粉的使用效果。

本发明的目的是通过以下方法实现的：将硫酸镍(或硫酸镍水溶液)、氨水、硫酸铵按一定比例加入水中溶解，配制成混合溶液，加入少量蒽醌、添加剂；称取需要包镀重量的铁粉，用稀硫酸洗涤，将其表面的氧化物层洗去，再将铁粉加入到混合溶液中，然后将含有铁粉的混合溶液转入高压釜内，密封高压釜。开启高压釜搅拌电机，使铁粉悬浮在混合溶液中；将高压釜内的溶液加热，当溶液达到一定温度(通常是110℃以上)时，充入高压氢气，使釜内压力达到1MPa以上；保持高压釜内的压力和溶液的温度，氢气将溶液中的镍离子还原，纳米镍粉沉积在铁粉表面；随着包镀时间的延长，包镀的镍量增加，铁粉表面被镍粉覆盖，当包镀镍量达到一定时，将在铁粉表面形成一层致密的金属镍层或纳米镍粉包镀层。当溶液中的镍离子完全被氢气还原后，包镀反应停止，将高压釜内的溶液冷却至90℃以下，排出表面包镀了金属镍的铁粉和水溶液，经过滤、干燥，获得金属镍包镀铁粉产品。滤液(包镀尾 液)经蒸发、浓缩、结晶，回收硫酸铵。

本发明的详细内容和实现的具体工艺步骤如下：

1、量取一定体积的去离子水，抽入搅拌槽内，加热去离子水至40～60℃，加入硫酸镍，搅拌使硫酸镍溶解，加入氨水、硫酸铵，配成镍离子浓度为10～130g/L、硫酸铵浓度0～200g/L、氨镍比(氨与镍离子的摩尔比)为2～4.5的混合水溶液。

2、在硫酸镍、硫酸铵和氨的混合水溶液中，按0.1～0.2g/L计量加入蒽醌。

3、在硫酸镍、硫酸铵和氨的混合水溶液中加入蒽醌后，再加入下列添加剂中的一种或多种：明胶、骨胶、瓜尔胶、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、聚乙烯醇、丙烯酸酯共聚物羧酸盐、聚甲基丙烯酸铵。每升混合水溶液中加入添加剂总量为0～0.15g。当欲包镀纳米镍粉时，每升混合水溶液中加入添加剂总量为0.12～0.15g。当不加入添加剂时，即添加剂加入量为零时，包镀层较致密。

4、按包镀镍量配比称取粒度小于180μm、含铁量大于90％的铁粉，加入浓度为1～4g/L的稀硫酸溶液中，搅拌浸泡5～10分钟，过滤后加入到上述加入了蒽醌、添加剂的硫酸镍、硫酸铵和氨的混合水溶液中。

5、将含有铁粉的混合溶液转入高压釜内，密封高压釜后，开启高压釜搅拌电机，搅拌速度600～1100转/分，使铁粉悬浮在混合溶液中。加热高压釜，使釜内溶液温度升高，当温度上升到110℃后，将高压氢气从高压储罐中导入减压缓冲罐内，然后充入高压釜内，使釜内氢气压力达到3.5～5MPa；充入的氢气将溶液中的镍离子还原，并沉积在铁粉表面，包镀反应持续进行，氢气压不断下降；当氢气压力降至1MPa时，再充入氢气至一定压力，保持溶液的温度在116～200℃范围内，至镍离子还原反应完成为止，包镀反应结束。纯氢气可以用氢气与氮气、氢气与氩气、氢气与氮气和氩气的混合气体代替，氢气分压不低于1.8MPa。

6、用冷却水间接冷却的方法将高压釜内的溶液冷却至90℃以下，从釜内排出表面包镀了金属镍的铁粉和水溶液，将镍包镀铁粉从水溶液中过滤出来，放入真空烘箱内于40～70℃温度下干燥，获得金属镍包镀铁粉产品。滤液经蒸发、浓缩、结晶，回收硫酸铵。

7、根据产品的不同用途，包镀镍量为2～90％，控制包镀金属镍的量，可在铁粉表面包镀金属镍层或纳米镍粉。当包镀镍量控制在2～11％以下时，可在铁粉上包镀纳米镍粉。

本发明具有如下优点和积极效果：采用水热氢还原的方法，以镍冶炼提取工业和镍再生资源回收过程中产生的硫酸镍溶液或硫酸镍结晶为含镍原料，以硫酸铵溶液为缓冲体系，氨水为中和剂，加入少量蒽醌和添加剂，氢气为还原剂，在高压釜内将金属镍或纳米镍粉包镀在铁粉上，制备镍铁复合粉末。与以往工艺不同的是，由于采用有机物作为添加剂，不需要包镀前对核心被包镀粉末进行氯化亚锡敏化、贵金属氯化钯等活化处理，省去了活化溶液配制、铁粉包镀前活化、烘干、筛分，大大缩短了工艺处理过程，降低了生产成本，并避免了 由于铁粉包镀前活化不完全而产生的包镀不均匀现象。另外，在高压釜内经氢还原包镀后还可获得包镀纳米镍粉的产品。金属镍包镀量、均匀性、产品粒度均可控，产品质量好，工艺技术条件简单、流程短，生产过程易于控制，适于不同生产规模。无废气、废渣产生，包镀后产生的硫酸铵尾液可回收利用，可作化肥使用，实现生产过程的废物零排放。

具体实施方式

实施例1

铁粉表面包镀金属镍层。称取硫酸镍20Kg和硫酸铵5.4Kg，加入搅拌槽内，倒入去离子水30L，加热搅拌溶解，量取浓度为25％氨水12.3L，加入搅拌槽内，和槽内的硫酸镍与硫酸铵水溶液混合，再用去离子水将溶液稀释至60L总体积，配成含镍70g/L、氨镍比2.3、硫酸铵90g/L的混合溶液；加入蒽醌6g，按添加剂总量3.6g加入聚乙烯吡咯烷酮与聚丙二醇的混合物；称取铁粉20.5Kg，用浓度为1.5g/L的稀硫酸浸泡洗涤约8分钟，将其表面的氧化物层洗去，过滤后用去离子水洗涤一次，滤干后的铁粉加入到混合溶液中，然后将含有铁粉的混合溶液转入到体积为120L的高压釜内，密封高压釜。开启高压釜搅拌电机，使铁粉悬浮在混合溶液中；将高压釜内的溶液加热，当溶液达到110℃时，将减压缓冲罐内的氢气充入高压釜中，使釜内压力达到3.2MPa，并保持与高压釜相通。当高压釜内溶液温度到126℃时，氢气压力下降速度加快，即氢气还原溶液中镍离子的反应加快，金属镍沉积在铁粉表面；经过23分钟后，釜内温度上升至166℃，氢气压力下降缓慢，再经过6分钟后，氢气压力不再下降，釜内温度上升至171℃，可以认为釜内溶液中的镍离子已经完全被氢气还原，包镀反应停止。开启冷却水，将釜内的溶液冷却至90℃以下，排出表面包镀了金属镍的铁粉和水溶液，用离心过滤机滤干水，并用去离子水洗涤粉末一次，在真空干燥箱内于60℃干燥6小时，冷却后取出，获得表面为灰白色的金属镍包镀铁粉产品，重量为24.3Kg，经分析含镍量为16.5％。包镀尾液经蒸发、浓缩、结晶，回收硫酸铵。

添加剂中还可以是下列化合物的一种或多种：明胶、骨胶、瓜尔胶、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、聚乙烯醇、丙烯酸酯共聚物羧酸盐、聚甲基丙烯酸铵。当不加入添加剂时，即添加剂加入量为零时，包镀层较致密；加入添加剂后，包镀层含有一些孔隙。调整需要包镀镍和铁粉的相对量，可以获得包镀镍量为6～90％的镍铁复合粉，其表面被一层金属镍包镀。

实施例2

铁粉表面包镀纳米镍粉。量取含镍54.1g/L的硫酸镍溶液40L，加入6.6Kg硫酸铵，在搅拌槽内混合，加热溶解，量取浓度为25％氨水9.6L，加入搅拌槽内，和槽内的硫酸镍与硫 酸铵水溶液混合，再用去离子水将溶液稀释至60L总体积，配成含镍36.07g/L、氨镍比3.5、硫酸铵110g/L的蓝色混合溶液；加入蒽醌9g，按添加剂总量7.8g加入明胶与聚乙二醇的混合物；称取铁粉23.5Kg，用浓度为3.0g/L的稀硫酸浸泡洗涤约8分钟，将其表面的氧化物层洗去，过滤后用去离子水洗涤一次，滤干后的铁粉加入到混合溶液中，然后将含有铁粉的混合溶液转入到体积为120L的高压釜内，密封高压釜。开启高压釜搅拌电机，使铁粉与混合溶液充分接触；将高压釜内的溶液加热，当溶液达到110℃时，将减压缓冲罐内的氢气充入高压釜中，使釜内压力达到3.8MPa，并保持与高压釜相通。当高压釜内溶液温度到132℃时，氢气压力下降速度加快；经过11分钟后，釜内温度上升至137℃，再经过6分钟后，氢气压力不再下降，包镀反应停止。开启冷却水，将釜内的溶液冷却至90℃以下，排出表面包镀了镍粉的铁粉和水溶液，用滤布将水滤去，再用去离子水洗涤粉末一次，在真空干燥箱内于50℃干燥4小时，冷却后取出，获得表面为黑色的镍包镀铁粉产品，经扫描电子显镜观察，镍粉呈纳米粒度包镀在铁粉上。纳米镍粉包镀铁粉重量为25.2Kg，经分析含镍量为7.82％。

添加剂中还可以是下列化合物的一种或多种：明胶、骨胶、瓜尔胶、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、聚乙烯醇、丙烯酸酯共聚物羧酸盐、聚甲基丙烯酸铵。调整需要包镀镍和铁粉的相对量，可经获得包镀镍量为2～11％的镍铁复合粉，其表面被纳米镍粉包镀。

实施例3

用氢气与惰性气体的混合气体代替纯氢气作为还原气体在铁粉表面包镀金属镍层。称取硫酸镍25.7Kg和3.0Kg硫酸铵，加入搅拌槽内，倒入去离子水36L，加热搅拌溶解，量取浓度为25％氨水17.2L，加入搅拌槽内，和槽内的硫酸镍与硫酸铵水溶液混合，使硫酸镍完全溶解，再用去离子水将溶液稀释至60L总体积，配成含镍90g/L、氨镍比2.5、硫酸铵50g/L的混合溶液；加入蒽醌6g，按添加剂总量1.8g加入骨胶；称取铁粉8Kg，用浓度为1.5g/L的稀硫酸浸泡洗涤约6分钟，过滤后用去离子水洗涤一次，过滤后的铁粉加入到混合溶液中，然后将含有铁粉的混合溶液转入到体积为120L的高压釜内，密封高压釜。开启高压釜搅拌电机，使铁粉悬浮在混合溶液中，将高压釜内的溶液加热；将氮气和氢气充入减压缓冲罐内，配成总压为5.0MPa，氢气分压为2.6MPa的混合气体。当溶液加热至120℃时，将减压缓冲罐内的混合气体充入高压釜内，使釜内压力达到4.2MPa，并保持与高压釜相通。当高压釜内溶液温度到135℃时，经过19分钟后，釜内温度上升至148℃，氢气压力下降较快，在温度为162℃和混合气体压力3.8MPa下经过10分钟后，氢气压力不再下降，包镀反应停止。开启冷却水，将釜内的溶液冷却至90℃以下，排出表面包镀了金属镍的铁粉和水溶液，用离心过滤机滤干水，并用去离子水洗涤粉末一次，在真空干燥箱内于60℃干燥4小时，冷却后取出，获得表面为灰白色的金属镍包镀铁粉产品，重量为12.9Kg，经分析含镍量为39.1％。

添加剂中还可以是下列化合物的一种或多种：明胶、骨胶、瓜尔胶、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、聚乙烯醇、丙烯酸酯共聚物羧酸盐、聚甲基丙烯酸铵。或者根据产品的用途不同，也可不加入添加剂，包镀层较致密；调整需要包镀镍和铁粉的相对量，可以获得包镀镍量为6～90％的镍铁复合粉，其表面被一层金属镍包镀。上述混合气体中的氮气也可用氩气代替，效果相同。在氢气与氮气、氢气与氩气、氢气与氮气和氩气的混合气体中，当氢气分压不低于1.8MPa，也能实现上述包镀过程。

以上所述，仅为本发明的具体实施例。任何本领域内的技术人员，在本发明揭露的技术范围内，进行变化或替换，均可在铁粉上实现包镀镍的目的。

Claims (9)

1.一种铁粉表面包镀镍的方法，其特征是采用水热氢还原的方法，在高压釜内将铁粉表面包镀一层金属镍或纳米镍粉，包镀溶液为硫酸盐溶液体系；首先将硫酸镍、氨水、硫酸铵按镍离子浓度为10～130g/L、硫酸铵浓度0～200g/L、氨镍比(氨与镍离子的摩尔比)为2～4.5加入水中，配制成混合溶液，加入少量蒽醌、添加剂；然后在混合溶液内加入欲包镀的铁粉，将含有铁粉的混合溶液转入高压釜内；接着将高压釜内的溶液搅拌、加热，当溶液温度达到116～200℃时，充入高压纯氢气，氢气压力为1.0～5MPa，将溶液中的镍离子还原，铁粉表面被镍粉覆盖；当包镍量占镍包铁粉总重量的2～90％时，将在铁粉表面形成镍包镀层；包镀反应完成后，将高压釜内的溶液冷却至90℃以下，排出表面包镀了金属镍的铁粉和水溶液；最后经过滤、干燥，获得表面包镀金属镍或纳米镍粉的铁粉。

2.由权利要求1所述的一种铁粉表面包镀镍的方法，其特征是含镍原料为工业纯硫酸镍溶液或硫酸镍结晶，氨水、硫酸铵均为工业纯。

3.由权利要求1、2所述的混合溶液成分较优条件为镍离子浓度为70～100g/L、硫酸铵浓度80～135g/L、氨镍比为2.5～2.9。

4.由权利要求1所述的一种铁粉表面包镀镍的方法，其特征是蒽醌加入量为0.1～0.2g/L，添加剂为明胶、骨胶、瓜尔胶、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、聚乙烯醇、丙烯酸酯共聚物羧酸盐、聚甲基丙烯酸铵中的一种或多种，不同添加剂总量为0～0.15g/L；当欲包镀纳米镍粉时，混合水溶液中加入不同添加剂总量为0.12～0.15g/L。

5.由权利要求1所述的一种铁粉包镀镍的方法，其特征是铁粉粒度小于180μm、含铁量大于90％。

6.由权利要求1所述的一种铁粉包镀镍的方法，其特征是氢还原包镀反应发生时，溶液的温度为130～160℃，釜内氢气压力为2.8～3.6MPa。

7.由权利要求1所述的一种铁粉表面包镀镍的方法，其特征是包镀镍量可控制在2～90％内，铁粉表面包镀金属镍层或纳米镍粉。

8.由权利要求1所述的一种铁粉表面包镀镍的方法，其特征是纯氢气可以分别用氢气与氮气、氢气与氩气、氢气与氮气和氩气的混合气体代替，氢气分压不低于1.8MPa。

9.由权利要求1、7所述的一种铁粉表面包镀镍的方法，其特征是在铁粉上包镀纳米镍粉时，包镀镍量控制在2～11％。