CN101481147A - 一种超细四氧化三钴的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种超细四氧化三钴的制造方法，将过量的高纯钴片放入反应釜内，将纯水与硝酸体积比为3∶1的硝酸水溶液缓慢加入反应釜，反应终点pH为4～5，同时调钴液比重为1.5～1.54，陈化后，热过滤而制得硝酸钴溶液。以0.25Kg/L比例配比成碳酸氢铵悬浊液，使温度保持至40～50℃。将硝酸钴溶液与碳酸氢铵悬浊液按1∶2的体积比搅拌合成碳酸钴液浆，制成干粉碳酸钴，干燥方法是先经过压滤机将其固液分离，滤饼为碳酸钴膏，将其放入真空干燥机干燥成干粉，进入煅烧炉培烧5～6小时。利用本方法产生的四氧化三钴粒度可以≤1.5微米；合成温度较低，降低能耗；合成产物无需水洗，比较环保；合成产物无需粉碎研磨、分选，收率高。
Description
技术领域
本发明涉及钴的化合物的制备方法，尤其涉及一种钴的氧化物的制备方法。
背景技术
四氧化三钴广泛的用作气体传感材料、湿度传感材料、温度传感材料、红外传感材料。在石油化工工业中，用作催化剂，在陶瓷涂料、颜料工业中用作添加剂。四氧化三钴也是制备二次锂离子电池正极材料钴酸锂重要原料之一。随着通讯、信息技术的飞速发展，全球电动车的卡发热潮，电池技术将成为核心产业。
现代信息社会，移动电子设备迅猛发展，得益于绿色锂离子二次电池的优良电化性能：比容量大、体积小、工作电压高、循环寿命长、自放电小等。广泛应用于手机、移动计算、航天、现代生物医学工程等各个领域。而超细四氧化三钴在催光、滤光、医药、高端磁性新材料等方面有广阔的应用前景。
关于锂离子电池用四氧化三钴粉体制备方面的文献已有报道，如赣州钴钨有限责任公司2002年国家级火炬计划项目“四氧化三钴”、金川集团有限公司的“锂离子电池用四氧化三钴的研制及产业化”。在所制得锂离子电池用四氧化三钴粉体规格方面，国内相关文献中报道粒度大多在3-15um之间，未见提出所制得四氧化三钴粉体粒度小于1.5um的国内相关文献报道。
日本专利“四氧化三钴及其制造方法”(特开平11-292548。分类号CO1G 51/04)中提出低温合成Co(OH)2，其颗粒呈六角柱形片状；颗粒高度小于1/3底面直径，结晶度差。只能于300℃下培烧成Co3O4，振实密度小。而且使用大量氨水，液相沉淀反映的生产周期36-72h，工作环境差，分水处理成本高，不适于工业生产。
又如中国发明专利“四氧化三钴的制造方法”(申请号02112970.3，分类号CO1G 51/04)中提出：向钴盐溶液中，“加入络合沉淀剂，反应终点PH值在7.0-8.0之间”。但是此时反应混合溶液中仍有大量钴离子未进入沉淀。若有EDTA存在时，贵金属钴的损失更大。而且实施例中的煅烧时间长达14-20小时，不适于工业生产，该方法生产的四氧化三钴“钴含量73.0-74.0％”，其中钴的质量分数为73.55％-74.0％的四氧化三钴中含有较多氧化亚钴，不宜作为生产钴酸锂的原料。
发明内容
为了解决上述已有技术存在的缺陷，本发明提供了一种生产周期短、超细粉体密度小，硬度小，合成产物无需水洗，合成温度低、合成水可以循环利用、原料不需研磨、简化了物料混合工序，混料更均匀的制造方法。
本发明包括以下6个工艺步骤：
1、硝酸钴液的制备；
2、碳酸氢铵悬浊液的制备；
3、碳酸钴的形成；
4、固液分离；
5、干粉碳酸钴的制备；
6、四氧化三钴的煅烧过程。
其主要创新点在于：在由碳酸钴至四氧化三钴的煅烧过程中，硝酸铵离子在高温条件下产生爆破分离，这一爆破过程使煅烧中的四氧化三钴粒度很细，可以达到≤1.5微米。
所述的硝酸铵离子是硝酸钴与碳酸氢铵合成碳酸钴的过程中产生的副产物。
所述的硝酸钴与碳酸氢铵合成碳酸钴的过程为：将硝酸钴溶液与碳酸氢铵悬浊液按照1：2的体积比，在40℃温度下搅拌合成碳酸钴液浆，直至pH 6.8-7.0，继续搅拌30min，接下来将其制成干粉碳酸钴，干燥方法是先经过压滤机将其固液分离成滤饼和滤液，滤饼为碳酸钴膏，将该滤饼甩干，分离出膏状碳酸钴，将其放入真空干燥机内干燥成干粉，进入动态或静态的煅烧炉内，于500～650℃进行培烧5-6小时。
所述的滤液可以重复使用。
碳酸氢铵悬浊液是在中和釜内，以0.25Kg/L比例配比而成的，配制后需使温度保持至40～50℃。
硝酸钴溶液是将过量的高纯钴片放入反应釜内，将纯水与硝酸体积比为3:1的硝酸水溶液缓慢加入反应釜，反应终点pH为4～5，同时调钴液比重为1.5～1.54，陈化12小时后，然后热过滤而制得。
本发明的有益效果在于：
1、利用本方法产生的四氧化三钴粒度很细，可以≤1.5微米；2、合成水可以重复使用，节约用水；3、合成温度较低，降低能耗；4、合成产物无需水洗，比较环保；5、合成产物无需粉碎研磨、分选，收率高。
附图说明
图1是激光粒度分析仪下按照本发明所述的方法而制备的超细四氧化三钴的照片。
从照片中可以看出，超细四氧化三钴是球状颗粒，形貌均匀，粒度分布窄，分散良好，无明显团聚，颗粒大小约1微米。
具体实施方式
实施例1
将过量的高纯钴放入反应釜内，将纯水与硝酸体积比为3:1的硝酸水溶液缓慢加入反应釜，反应终点pH为4，同时调钴液比重为1.5，陈化12小时后，然后热过滤而制得硝酸钴溶液。在中和釜内，以0.25Kg/L比例配比成碳酸氢铵悬浊液，配制后需使温度保持至40～50℃。将硝酸钴溶液与碳酸氢铵悬浊液按照1∶2的体积比，在40℃温度下搅拌合成碳酸钴液浆，直至pH 6.8-7.0，继续搅拌30min，接下来将其制成干粉碳酸钴，干燥方法是先经过压滤机将其固液分离，滤饼为碳酸钴膏，将该滤饼甩干，分离出膏状碳酸钴，将其放入真空干燥机内干燥成干粉，进入动态或静态的煅烧炉内，于500℃进行培烧5小时。以上所述的滤液可以重复使用。
样品检测结论：四氧化三钴粒度很细，可以达到≤1.5微米。
实施例2
将过量的高纯钴片放入反应釜内，将纯水与硝酸体积比为3:1的硝酸水溶液缓慢加入反应釜，反应终点pH为5，同时调钴液比重为1.54，陈化12小时后，然后热过滤而制得硝酸钴溶液。在中和釜内，以0.25Kg/L比例配比成碳酸氢铵悬浊液，配制后需使温度保持至40～50℃。将硝酸钴溶液与碳酸氢铵悬浊液按照1：2的体积比，在40℃温度下搅拌合成碳酸钴液浆，直至pH 6.8-7.0，继续搅拌30min，接下来将其制成干粉碳酸钴，干燥方法是先经过压滤机将其固液分离，滤饼为碳酸钴膏，将该滤饼甩干，分离出膏状碳酸钴，将其放入闪蒸机内干燥成干粉，进入动态或静态的煅烧炉内，于550℃进行培烧6小时。以上所述的滤液可以重复使用。
样品检测结论：四氧化三钴粒度很细，可以达到≤1.5微米。
实施例3
将过量的高纯钴片放入反应釜内，将纯水与硝酸体积比为3:1的硝酸水溶液缓慢加入反应釜，反应终点pH为4.5，同时调钴液比重为1.52，陈化12小时后，然后热过滤而制得硝酸钴溶液。在中和釜内，以0.25Kg/L比例配比成碳酸氢铵悬浊液，配制后需使温度保持至40～50℃。将硝酸钴溶液与碳酸氢铵悬浊液按照1：2的体积比，在40℃温度下搅拌合成碳酸钴液浆，直至pH 6.8-7.0，继续搅拌30min，接下来将其制成干粉碳酸钴，干燥方法是先经过压滤机将其固液分离，滤饼为碳酸钴膏，将该滤饼甩干，分离出膏状碳酸钴，将其放入真空干燥机内干燥成干粉，进入动态或静态的煅烧炉内，于650℃进行培烧5.5小时。以上所述的滤液可以重复使用。
样品检测结论：四氧化三钴粒度很细，可以达到≤1.5微米。
实施例4
将过量的高纯钴片放入反应釜内，将纯水与硝酸体积比为3:1的硝酸水溶液缓慢加入反应釜，反应终点pH为4，同时调钴液比重为1.54，陈化12小时后，然后热过滤而制得硝酸钴溶液。在中和釜内，以0.25Kg/L比例配比成碳酸氢铵悬浊液，配制后需使温度保持至40～50℃。将硝酸钴溶液与碳酸氢铵悬浊液按照1：2的体积比，在40℃温度下搅拌合成碳酸钴液浆，直至pH 6.8-7.0，继续搅拌30min，接下来将其制成干粉碳酸钴，干燥方法是先经过压滤机将其固液分离，滤饼为碳酸钴膏，将该滤饼甩干，分离出膏状碳酸钴，将其放入闪蒸机内干燥成干粉，进入动态或静态的煅烧炉内，于600℃进行培烧6小时。以上所述的滤液可以重复使用。
样品检测结论：四氧化三钴粒度很细，可以达到≤1.5微米。
实施例5
将过量的高纯钴片放入反应釜内，将纯水与硝酸体积比为3:1的硝酸水溶液缓慢加入反应釜，反应终点pH为5，同时调钴液比重为1.5，陈化12小时后，然后热过滤而制得硝酸钴溶液。在中和釜内，以0.25Kg/L比例配比成碳酸氢铵悬浊液，配制后需使温度保持至40～50℃。将硝酸钴溶液与碳酸氢铵悬浊液按照1：2的体积比，在40℃温度下搅拌合成碳酸钴液浆，直至pH 6.8-7.0，继续搅拌30min，接下来将其制成干粉碳酸钴，干燥方法是先经过压滤机将其固液分离，滤饼为碳酸钴膏，将该滤饼甩干，分离出膏状碳酸钴，将其放入闪蒸机内干燥成干粉，进入动态或静态的煅烧炉内，于580℃进行培烧6小时。以上所述的滤液可以重复使用。
样品检测结论：四氧化三钴粒度很细，可以达到≤1.5微米。
Claims (3)
1、一种超细四氧化三钴的制造方法，包括以下6个工艺步骤：
(1.1)、硝酸钴液的制备；
(1.2)、碳酸氢铵悬浊液的制备；
(1.3)、碳酸钴的形成；
(1.4)、固液分离；
(1.5)、干粉碳酸钴的制备；
(1.6)、四氧化三钴的煅烧过程；
其特征在于：在由碳酸钴至四氧化三钴的煅烧过程中，硝酸铵离子在高温条件下产生爆破分离，这一爆破过程使煅烧中的四氧化三钴粒度很细，可以达到≤1.5微米；
所述的硝酸铵离子是硝酸钴与碳酸氢铵合成碳酸钴的过程中产生的副产物；
所述的硝酸钴与碳酸氢铵合成碳酸钴的过程为：将硝酸钴溶液与碳酸氢铵悬浊液按照1：2的体积比，在40℃温度下搅拌合成碳酸钴液浆，直至pH 6.8-7.0，继续搅拌30min，接下来将其制成干粉碳酸钴，干燥方法是先经过压滤机将其固液分离成滤饼，滤饼为碳酸钴膏，将该滤饼甩干，分离出膏状碳酸钴，将其放入真空干燥机内干燥成干粉，进入动态或静态的煅烧炉内，于500-650℃进行培烧5-6小时；
碳酸氢铵悬浊液是在中和釜内，以0.25Kg/L比例配比而成的，配制后需使温度保持至40～50℃；
硝酸钴溶液是将过量的高纯钴片放入反应釜内，将纯水与硝酸体积比为3:1的硝酸水溶液缓慢加入反应釜，反应终点pH为4～5，同时调钴液比重为1.5～1.54，陈化12小时后，然后热过滤而制得。
2、根据权利要求1所述的超细四氧化三钴的制造方法，其特征在于所述的滤液可以重复使用。
3、一种超细四氧化三钴，其特征在于是通过权利要求1或2所述的方法制得，其粒度≤1.5微米。
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