CN102886526B - 水合肼还原制备超细钴粉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于金属微粒制备领域，提供了一种水合肼还原制备超细钴粉的方法，包括如下步骤：配制钴盐和分散剂混合溶液；制备钴盐配合物；制备钴粉。本发明水合肼还原制备超细钴粉的方法，通过先加入水合肼形成水合肼～钴盐配合物，再调节pH值，然后再加入水合肼反应，使得水合肼和钴盐的反应势垒大大降低，使得水合肼和钴盐的反应充分彻底，提高了生产效率，降低了生产成本，而且所制备的钴粉纯度高，在工业领域中有广泛的应用。

Description

水合肼还原制备超细钴粉的方法

技术领域

本发明属于微粒制备技术领域，尤其涉及一种水合肼还原制备超细钴粉的方法。

背景技术

钴粉因其具有优良的物理、化学性能，被广泛用于硬质合金、磁性材料、催化剂等。科学实践证明，当物质被加工到极其细微的尺寸时，会产生表面效应、体积效应和量子效应，导致物理性质和化学性质的改变。

目前制备超细钴粉的方法很多，有氧化钴、草酸钴氢气还原法、草酸钴热离解法、多元醇钴盐还原法和水合肼钴盐还原法等。其中水合肼钴粉还原制备的超细钴粉性能优异，费氏粒度可以达到微米级或半微米级，并且制备过程简单易行，引入的杂质少，是由钴盐一步制备钴粉的可靠方法，避免了草酸钴、氧化钴氢气还原法制备钴粉中洗涤、抽滤的过程。水合肼在碱性条件下，将钴离子Co²⁺还原成钴粉Co在热力学上是可行的，但动力学上存在困难，需要加入晶核引发剂才能克服动力学上的能垒，一般晶核引发剂采用KBH₄，使得钴粉纯度低，生产效益也大大降低。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种水合肼还原制备超细钴粉的方法，解决现有技术中钴粉制备方法效率低，成本高，所制备的钴粉纯度低的技术问题。

本发明是这样实现的，

一种水合肼还原制备超细钴粉的方法，包括如下步骤：

向钴盐溶液中加入分散剂，搅拌得到第一溶液；

将该第一溶液温度调整至80～85℃，加入水合肼，反应得到第二溶液，该水合肼和钴盐溶液中钴离子摩尔比为1.3～1.5∶1；

将该第二溶液pH值调整至12～13，加入水合肼使水合肼的总摩尔量与钴盐溶液中钴离子摩尔量比为2.3～2.5∶1，反应后抽滤，将滤渣烘干，得到钴粉。

本发明实施例水合肼还原制备超细钴粉的方法，通过先加入水合肼形成水合肼～钴盐配合物，再调节pH值，然后再加入水合肼反应，使得水合肼和钴盐的反应势垒大大降低，使得水合肼和钴盐的反应充分彻底，提高了生产效率，降低了生产成本，而且所制备的钴粉纯度高，在工业领域中有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例水合肼还原制备超细钴粉的方法流程图；

图2是本发明实施例一水合肼还原制备超细钴粉的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1显示本发明实施例水合肼还原制备超细钴粉的方法流程图，包括如下步骤：

步骤S01，配制钴盐和分散剂混合溶液

向钴盐溶液中加入分散剂，搅拌得到第一溶液；

步骤S02，制备钴盐配合物

将该第一溶液温度调整至80～85℃，加入水合肼，反应得到第二溶液，该水合肼和钴盐溶液中钴离子摩尔比为1.3～1.5∶1；

步骤S03，制备超细钴粉

将该第二溶液pH值调整至12～13，加入水合肼使水合肼的总摩尔量与钴盐溶液中钴离子摩尔量比为2.3～2.5∶1，反应后抽滤，将滤渣烘干，得到钴粉。

具体地，步骤S01中，该钴盐溶液中，溶剂为水，例如纯净水、蒸馏水、超纯水等；该钴盐为易溶于水中的钴化合物，具体没有限制，例如，硝酸钴、氯化钴等；该钴盐溶液可以为自制得到，也可以购买得到。该钴盐溶液中，钴离子(Co²⁺)的摩尔浓度为0.8～1mol/L，通过使用上述浓度的钴盐溶液，使得钴离子能够完全反应，节约了资源，降低了生产成本。

该分散剂没有限制，能够在液相中起到分散作用即可，例如，次亚磷酸钠或者环糊精等，该分散剂的摩尔量与钴盐溶液中钴离子摩尔量之比为0.4～0.5∶1。通过使用上述用量的分散剂，能够有效的防止钴盐经过水合肼还原后所制备的钴微粒团聚，使得钴粉的粒径大大减少，而且使得钴离子和水合肼能够充分接触，反应完全；同时，不会引入杂质到钴粉中。向钴盐溶液中加入分散剂后，搅拌使钴盐和分散剂混合均匀，搅拌时间没有限制，例如30分钟。

具体地，步骤S02中，将第一溶液的温度调整至80～85℃，通过选择上述反应温度范围，一方面使得水合肼和钴盐的配合反应充分进行，另一方面防止了水合肼的挥发；然后向第一溶液中加入水合肼，该水合肼的质量分数为80％，该水合肼的摩尔量和上述钴盐溶液中钴离子摩尔量之比为1.3～1.5∶1，反应15-20分钟。通过加入水合肼，水合肼和钴盐离子在上述的温度范围内发生反应，生成钴盐～水合肼配合物(Co(N₂H₄)²⁺)，N₂H₄是一个比较强Lewis碱，可以提供电子对和金属离子配位，N₂H₄中两个配位N原子直接相连，与中心离子配位形成不稳定的三元环，这种配位有利于他和金属离子之间的电子流动，具体是该钴盐和水合肼的配合关系非常有利于N₂H₄和钴离子之间电子流动，大大降低了后面的反应能垒，有效地避免了氢氧化钴对钴粉的包覆作用，使得水合肼和钴离子之间的反应效率、反应程度大大提升，最后在碱性条件下，钴离子得到两个电子得到单质钴，N₂H₄得到两个质子形成N₂H₅ ⁺或N₂H₆ ²⁺，后与OH^-结合生成N₂和H₂O。

具体地，步骤S03中，用碱性剂将步骤S02中得到的第二溶液的pH值调整至12～13，该碱性剂没有限制，例如，氢氧化钠、氢氧化钾等，具体没有限制，能够将第二溶液的pH值调节至12～13即可，优选为浓度10mol/L以上，或固体氢氧化钠、氢氧化钾等；在调节第二溶液步骤中，不断搅拌第二溶液，使第二溶液中的溶质均匀混合，搅拌时间20分钟以上。

然后，向调整pH值后的第二溶液中加入水合肼，使得第二溶液中水合肼的总摩尔量与钴盐溶液中钴离子摩尔量之比为2.3～2.5，反应时间为30-40分钟。本步骤中，水合肼和钴离子在上述pH值条件下发生还原反应，在步骤S02中所得到的水合肼～钴盐配合关系的作用下，大大提高了水合肼和钴盐之间电子流动效率，使水合肼和钴离子的反应能垒显著降低，使得水合肼和钴离子的反应充分彻底；同时，避免了反应引发剂等物质的使用，使得所制备得到的钴纯度大大提高。

反应完成后，将反应后的溶液抽滤，收集滤渣，并且将该滤渣烘干，即得到钴粉。本发明实施例所制备的钴粉，以次磷酸钠为分散剂时，钴粉粒径范围为0.5～0.7微米，以环糊精为分散剂时，钴粉粒径为1.8～2.3微米，所制备的钴粉纯度在99％以上。

本发明实施例水合肼还原制备超细钴粉的方法，通过先加入水合肼形成水合肼～钴盐配合物，再调节pH值，然后再加入水合肼反应，使得水合肼和钴盐的反应势垒大大降低，使得水合肼和钴盐的反应充分彻底，提高了生产效率，降低了生产成本，而且所制备的钴粉纯度高，在工业领域中有广泛的应用。

以下结合具体实施例对上述水合肼还原制备超细钴粉的方法进行详细阐述。

实施例一

请参阅图2，图2显示本发明实施例一水合肼还原制备超细钴粉的方法流程图，包括如下步骤：

i，配制钴盐和分散剂混合溶液：

配制浓度为0.8mol/L的钴盐，向该钴盐溶液中加入环糊精，该环糊精的摩尔量为钴离子摩尔量的0.4倍，搅拌30分钟，得到第一溶液；

ii，制备钴盐配合物：

将该第一溶液温度调整至80℃，加入重量百分含量为80％的水合肼，反应15分钟，得到第二溶液，该水合肼和钴盐溶液中钴离子摩尔比为1.3∶1；

iii，制备钴粉

将该第二溶液pH值调整至12，加入水合肼使水合肼的总摩尔量与钴盐溶液中钴离子摩尔量比为2.3∶1，反应30分钟后抽滤，将滤渣烘干，得到钴粉。

实施例二

本发明实施例水合肼还原制备超细钴粉的方法，包括如下步骤：

i，配制钴盐和分散剂混合溶液：

配制浓度为0.9mol/L的钴盐，向该钴盐溶液中加入次磷酸钠，该次磷酸钠的摩尔量为钴离子摩尔量的0.45倍，搅拌40分钟，得到第一溶液；

ii，制备钴盐配合物：

将该第一溶液温度调整至82℃，加入重量百分含量为80％的水合肼，反应20分钟，得到第二溶液，该水合肼和钴盐溶液中钴离子摩尔比为1.4∶1；

iii，制备钴粉

将该第二溶液pH值调整至12.5，加入水合肼使水合肼的总摩尔量与钴盐溶液中钴离子摩尔量比为2.4∶1，反应30分钟后抽滤，将滤渣烘干，得到钴粉。

实施例三

本发明实施例水合肼还原制备超细钴粉的方法，包括如下步骤：

i，配制钴盐和分散剂混合溶液：

配制浓度为1.0mol/L的钴盐，向该钴盐溶液中加入环糊精，该环糊精的摩尔量为钴离子摩尔量的0.5倍，搅拌50分钟，得到第一溶液；

ii，制备钴盐配合物：

将该第一溶液温度调整至85℃，加入重量百分含量为80％的水合肼，反应20分钟，得到第二溶液，该水合肼和钴盐溶液中钴离子摩尔比为1.5∶1；

iii，制备钴粉

将该第二溶液pH值调整至13，加入水合肼使水合肼的总摩尔量与钴盐溶液中钴离子摩尔量比为2.5∶1，反应40分钟后抽滤，将滤渣烘干，得到钴粉。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水合肼还原制备超细钴粉的方法，包括如下步骤：

向钴盐溶液中加入分散剂，搅拌得到第一溶液，所述分散剂为环糊精或者次磷酸钠，所述分散剂摩尔量与所述钴盐溶液中钴离子摩尔量之比为0.4～0.5：1；

将所述第一溶液温度调整至80～85℃，加入水合肼，反应得到第二溶液，所述水合肼和所述钴盐溶液中钴离子摩尔比为1.3～1.5:1；

将所述第二溶液pH值调整至12～13，加入水合肼使所述水合肼的总摩尔量与所述钴盐溶液中钴离子摩尔量比为2.3～2.5：1，反应后抽滤，将滤渣烘干，得到钴粉。

2.如权利要求1所述的水合肼还原制备超细钴粉的方法，其特征在于，所述钴盐溶液中钴离子摩尔浓度为0.8～1mol/L。

3.如权利要求1所述的水合肼还原制备超细钴粉的方法，其特征在于，所述向第一溶液中加入水合肼步骤中，反应时间为15～20分钟，形成钴盐配合物。

4.如权利要求1所述的水合肼还原制备超细钴粉的方法，其特征在于，所述向第二溶液中加入水合肼步骤中，反应时间为30～40分钟。

5.如权利要求1所述的水合肼还原制备超细钴粉的方法，其特征在于，将所述第二溶液pH值调整至12～13，步骤中使用的调节剂为浓度10mol/L以上的碱溶液或固体碱。

6.如权利要求1所述的水合肼还原制备超细钴粉的方法，其特征在于，所述制备的钴粉费氏粒径为0.5～0.7微米。

7.如权利要求1所述的水合肼还原制备超细钴粉的方法，其特征在于，所述制备的钴粉费氏粒径为1.8～2.3微米。