CN116177614A - 一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法,具有结构比较紧密,颗粒比较粗的碳酸钴,制备出大粒径的碳酸钴,能有效减少钴流失,避免了原料很大程度上的浪费,节约了成本,并且制备碳酸钴利于煅烧,产出高品质氧化物。工艺方法包括以下步骤:向密封反应釜通入氨水作为底液,调节pH后进行加热,向密封反应釜通入惰性气体;将钴盐溶液、氨水、碳酸盐溶液并流加入密封反应釜,反应过程中监控碳酸钴粒度并调节反应条件,碳酸钴粒度达到目标值后,停止反应并调节pH值,得到固液混合物;将固液混合物陈化后过滤得到沉淀物,沉淀物经洗涤,烘干冷却降至室温后研磨,进行煅烧,得到钴氧化物。属于钴氧化物制备工艺的技术领域。
Description
技术领域
本发明属于钴氧化物制备工艺的技术领域,涉及一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法。
背景技术
为了确保钴酸锂的极片具有较高的压实密度,通常所用的四氧化三钴颗粒为球形形貌。工业上多采用钴盐热分解制备四氧化三钴,且一般采用碳酸钴或碳酸钴进行煅烧,该方法工艺煅烧的产品大多颗粒较细,分布不均,产品一致性差,在合成时容易形成胶体或絮状物;在合成碳酸钴过程,无络合剂存在条件下,易局部过饱和,形成大量晶核,使得洗涤过滤困难,造成产品杂质高,多次洗涤则容易造成钴损失。因此现有的方法中大多通过添加络合剂来控制晶体的生长,改善产品形貌和提高过滤性能,但络合剂的添加,对废水的处理带来难题;对含钴废水的一般操作为将钴离子、铵离子单独分离成产品,其工艺较为繁琐。
碳酸钴内部存在絮状结构、层状结构时,在煅烧温度一定的情况下,热量由物料颗粒表面传递至内部及中心的时间越长,分解反应越不充分,且煅烧过程,内部絮状结构、层状结构容易造成二次颗粒的开裂问题,导致碳酸钴分解率越低,通常需要长时间煅烧来提高其分解率,但长时间煅烧造成资源浪费。
为了解决二次颗粒的开裂问题,通常采用二次煅烧,如公开号为CN105399148B的中国专利,公开了一种大粒径高密度球形四氧化三钴的制备方法,该专利方案中采用两段式热分解工艺煅烧大颗粒碳酸钴。即先在较低温度下对碳酸钴进行局部分解,形成微孔通道,再通过高温热分解使得颗粒表面致密化,形成大粒径的球形四氧化三钴。采用两段式分解工艺虽然能在一定程度上抑制四氧化三钴的开裂问题,但耗时较长,且成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法,具有结构比较紧密,颗粒比较粗的碳酸钴,制备出大粒径的碳酸钴,能有效减少钴流失,避免了原料很大程度上的浪费,节约了成本,并且制备碳酸钴利于煅烧,产出高品质氧化物;本发明在处理含钴废水时,以活性炭、氨水、碳酸铵和对苯二胺为原料,在实现碳、氮、钴共掺杂活性炭俱佳的效果,提高活性炭对钴离子的吸附效果,并且能够增大活性炭比表面积,该活性炭用作电极材料,能发挥良好的电学性能。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法,包括以下步骤:
(1)向密封反应釜通入氨水作为底液,调节pH后进行加热,向密封反应釜通入惰性气体;
(2)将钴盐溶液、氨水、碳酸盐溶液并流加入密封反应釜,反应过程中监控碳酸钴粒度并调节反应条件,碳酸钴粒度达到目标值后,停止反应并调节pH值,得到固液混合物;
(3)将固液混合物陈化后过滤得到沉淀物,沉淀物经洗涤,烘干冷却降至室温后研磨,进行煅烧,得到钴氧化物。
在步骤(1)中,通入氮气将反应装置内空气置换,使反应体系处于惰性的气氛中,不会由于存在钴离子被氧化。
在步骤(1)和步骤(2)中,适当氨浓度有利于碳酸钴颗粒的生长与粒径控制,由于碳酸钴溶度积较小,如果氨浓度小于7g/L,氨与钴的络合较少,碳酸钴加入时易使局部过饱和,形成大量晶核,使得洗涤过滤困难,造成钴损失且杂质高,同时粒径生长缓慢;如果氨浓度高于12g/L,氨与钴络合较多,导致母液中钴浓度太高,影响钴的沉淀率;温度低于50℃,碳酸钴颗粒生长缓慢且易团聚,高于70℃,体系中的氨易挥发,影响氨的利用率。
作为本发明的一种优选技术方案,钴盐溶液中Co2+质量浓度为120g/L,碳酸盐溶液浓度为170~235g/L,氨水浓度为10-12mol/L。
作为本发明的一种优选技术方案,在步骤(1)中,调节pH值为9.8-12.8,加热温度为50-70℃,惰性气体为氮气。
作为本发明的一种优选技术方案,在步骤(2)中,钴盐溶液的流量为2-5L/h,钴盐溶液为氯化钴、硫酸钴和硝酸钴中的一种或几种,碳酸盐溶液为碳酸铵和碳酸氢铵中的一种或两种,停止反应后调节pH值为12.2-12.4,反应温度为50-70℃。
作为本发明的一种优选技术方案,在步骤(2)中,调节反应条件包括两阶段,第一阶段为碳酸钴D50粒径小于10μm时,调节pH值7.2-7.4,调节氨质量浓度为7-12/L,第二阶段为碳酸钴D50粒径达到10μm后,调节pH值7.5-7.8,调节氨质量浓度为6-7g/L。其中,氨浓度均指的是NH3在氨水溶液中的质量浓度。
作为本发明的一种优选技术方案,在步骤(3)中,陈化条件为在60-70℃下陈化2-3h,烘干条件为在200℃真空烘干,烘干时间8-15h,研磨时间为2-3h,煅烧条件为在650-800℃下煅烧0.5-2h。
进一步地,在本发明方案还公开了含钴废水的处理方法,具体为,所述工艺方法的步骤(3)中,将过滤后的废水和洗涤产生的废水混合得到含钴废水,所述含钴废水的处理方法包括以下步骤:
1)、按配比称取去离子水和碳酸铵,将去离子水加入至碳酸铵中,边加入边研磨,加入完毕后,继续研磨后得到混合浆料;
2)、将混合浆料加入至氨水中混合均匀后作为底液,加入吸附颗粒,边搅拌边依次通入对苯二胺和含钴废水,加入完毕后,继续进行搅拌、包膜,得到混合浆液;
3)、将混合浆液干燥、研磨后进行煅烧,得到碳、氮、钴共掺杂多孔活性炭。
作为本发明的一种优选技术方案,在步骤1)中,去离子水和碳酸铵的质量比为4-5:50,继续研磨时间为1.5-3h。
作为本发明的一种优选技术方案,在步骤2)中,碳酸铵、含钴废水的Co2+、对苯二胺、氨水、吸附颗粒的质量比为20-30:50:950-1200:220:100-300;吸附颗粒为活性炭、改性活性炭、壳聚糖和改性壳聚糖中的一种或多种,搅拌转速为300-400r/min,包膜时间为3-4h。
作为本发明的一种优选技术方案,在步骤3)中,干燥条件为在30-40℃条件下真空干燥,真空干燥时间为5-8h,研磨时间为3-4h,煅烧条件为煅烧温度为500-600℃,煅烧时间为4-8h。
本发明的有益效果:
(1)采用氨水配合为络合剂,并且选用含氨的碳酸盐作为沉淀剂,氨水为主,含氨的碳酸盐为辅,两者相辅相成对钴离子进行络合,原理是先将氨离子与钴离子络合为钴氨络离子,再用碳酸根去沉淀游离的钴离子,破坏络合平衡,使钴氨络离子逐步释放钴离子,与碳酸根沉淀,控制了沉淀的速度,从而使碳酸钴晶体的生长速度大于成核速度,得到结构比较紧密,颗粒比较粗的碳酸钴,利于洗涤,减少废水钴废料的产生。
(2)通过碱的加入量调节反应pH值的高低,影响碳酸钴的成核和生长速度。在反应的初期,低pH值和高温有利于晶核的生长,减少晶核数量的形成。当粒径接近或达到目标值时,提高反应pH值和降低反应温度,可以增加晶核的生成量,减缓颗粒生长速度,达到调整颗粒生长的目的。本发明制备碳酸钴的制备方法正是基于上述原理通过分阶段控制反应条件,提高了反应效率,缩短了反应周期,制备出多孔隙、大粒径碳酸钴,减少废料的产生。
(3)检测分离母液中的钴浓度,分离出的母液中的钴浓度应控制在50mg/L以内。如果钴浓度过高,则表明钴盐反应不充分,可调整进料速度,延长停留时间,使反应更充分,达到钴盐等反应物的最大化利用。
(4)本发明在处理含钴废水时,以活性炭、氨水、碳酸铵和对苯二胺为原料,在实现碳、氮、钴共掺杂活性炭俱佳的效果,提高活性炭对钴离子的吸附效果,并且能够增大活性炭比表面积,该活性炭用作电极材料,能发挥良好的电学性能。
(5)本发明含钴废水中部分的钴离子能与碳酸根、铵离子作用,生成部分沉淀颗粒包覆碳酸铵,可以避免在加热的过程中碳酸铵分解后直接逸出,避免了原料很大程度上的浪费,节约了成本;在高温煅烧的过程中,内部包裹有碳酸铵的活性炭,底液采用氨气能反应生成为C、N共掺杂活性炭;同时,在煅烧的过程中,碳酸铵会受热分解为氨气和二氧化碳,氨气和二氧化碳一部分会因为受热从内部逸出,使C、N共掺杂活性炭具有较多的孔隙,进而拥有较大的比表面积,活性炭具有较多的内部孔隙和较大的比表面积利于制作成良好电学性能的电极材料。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合实施例,对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效,详细说明如下。
在本发明方案的步骤(3)中,将过滤后的废水和洗涤产生的废水混合得到含钴废水。
所述含钴废水的处理方法包括以下步骤:
1)、按质量比为1:10称取去离子水和碳酸铵,将去离子水加入至碳酸铵中,边加入边研磨,加入完毕后,继续研磨2h后得到混合浆料;
2)、将混合浆料加入至氨水中混合均匀后作为底液,加入吸附颗粒,边搅拌边依次通入对苯二胺和含钴废水,加入完毕后,继续进行搅拌、包膜3-4h,得到混合浆液;其中,碳酸铵、含钴废水的Co2+、对苯二胺、氨水、活性炭的质量比为2:5:100:22:20;搅拌转速为300r/min;
3)、将混合浆液在35℃条件下真空干燥7h、研磨3h后600℃下煅烧6h,得到碳、氮、钴共掺杂多孔活性炭。
实施例1
一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法,包括以下步骤:
(1)向密封反应釜通入氨水作为底液,作为底液的氨水的氨质量浓度为7g/L,调节pH值为10后进行60℃加热,向密封反应釜通入氮气;
(2)将氯化钴溶液、氨水、碳酸铵溶液并流加入密封反应釜,反应过程中监控碳酸钴粒度并调节反应条件,调节反应条件包括两阶段,第一阶段为碳酸钴D50粒径小于10μm时,调节pH值7.2,调节氨质量浓度为7g/L,第二阶段为碳酸钴D50粒径达到10μm后,调节pH值7.5,调节氨质量浓度为6g/L,碳酸钴粒度达到目标值后,停止反应并调节pH值为12.2,反应过程保持温度在50℃,得到固液混合物;其中,氯化钴溶液中Co2+质量浓度为120g/L,碳酸铵溶液浓度为220g/L,氨水浓度为10mol/L;其中氯化钴溶液以流量为2L/h的速度加入;
(3)将固液混合物在60℃下陈化2h后过滤得到沉淀物,沉淀物经洗涤,在200℃真空烘干8h,冷却降至室温后研磨2h,在650-800℃下煅烧0.5-2h,得到钴氧化物。
实施例2
一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法,包括以下步骤:
(1)向密封反应釜通入氨水作为底液,作为底液的氨水的氨质量浓度为7g/L,调节pH值为10后进行60℃加热,向密封反应釜通入氮气;
(2)将氯化钴溶液、氨水、碳酸铵溶液并流加入密封反应釜,反应过程中监控碳酸钴粒度并调节反应条件,调节反应条件包括两阶段,第一阶段为碳酸钴D50粒径小于10μm时,调节pH值7.3,调节氨质量浓度为10g/L,第二阶段为碳酸钴D50粒径达到10μm后,调节pH值7.6,调节氨质量浓度为6.5g/L,碳酸钴粒度达到目标值后,停止反应并调节pH值为12.3,反应过程保持温度在60℃,得到固液混合物;其中,氯化钴溶液中Co2+质量浓度为120g/L,碳酸铵溶液浓度为220g/L,氨水浓度为11mol/L;其中氯化钴溶液以流量为3L/h的速度加入。
(3)将固液混合物在60℃下陈化2.5h后过滤得到沉淀物,沉淀物经洗涤,在200℃真空烘干10h,冷却降至室温后研磨2.5h,在700℃下煅烧1h,得到钴氧化物。
实施例3
一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法,包括以下步骤:
(1)向密封反应釜通入氨水作为底液,作为底液的氨水的氨质量浓度为7g/L,调节pH值为10后进行60℃加热,向密封反应釜通入氮气;
(2)将氯化钴溶液、氨水、碳酸铵溶液并流加入密封反应釜,反应过程中监控碳酸钴粒度并调节反应条件,调节反应条件包括两阶段,第一阶段为碳酸钴D50粒径小于10μm时,调节pH值7.35,调节氨质量浓度为11g/L,第二阶段为碳酸钴D50粒径达到10μm后,调节pH值7.7,调节氨质量浓度为6.8g/L,碳酸钴粒度达到目标值后,停止反应并调节pH值为12.35,反应过程保持温度在65℃,得到固液混合物;其中,氯化钴溶液中Co2+质量浓度为120g/L,碳酸铵溶液浓度为220g/L,氨水浓度为11.5mol/L;其中氯化钴溶液以流量为4L/h的速度加入;
(3)将固液混合物在60℃下陈化2.8h后过滤得到沉淀物,沉淀物经洗涤,在200℃真空烘干12h,冷却降至室温后研磨2.8h,在750℃下煅烧1.8h,得到钴氧化物。
实施例4
一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法,包括以下步骤:
(1)向密封反应釜通入氨水作为底液,作为底液的氨水的氨质量浓度为7g/L,调节pH值为10后进行60℃加热,向密封反应釜通入氮气;
(2)将氯化钴溶液、氨水、碳酸铵溶液并流加入密封反应釜,反应过程中监控碳酸钴粒度并调节反应条件,调节反应条件包括两阶段,第一阶段为碳酸钴D50粒径小于10μm时,调节pH值7.4,调节氨质量浓度为12g/L,第二阶段为碳酸钴D50粒径达到10μm后,调节pH值7.8,调节氨质量浓度为7g/L,碳酸钴粒度达到目标值后,停止反应并调节pH值为12.4,反应过程保持温度在70℃,得到固液混合物;其中,氯化钴溶液中Co2+质量浓度为120g/L,碳酸铵溶液浓度为220g/L,氨水浓度为12mol/L;其中氯化钴溶液以流量为5L/h的速度加入;
(3)将固液混合物在60℃下陈化3h后过滤得到沉淀物,沉淀物经洗涤,在200℃真空烘干15h,冷却降至室温后研磨3h,在800℃下煅烧2h,得到钴氧化物。
对比例1
与实施例2相比,不同之处在于,在步骤(2)中,将氯化钴溶液、氨水、碳酸铵溶液并流加入密封反应釜,反应过程中监控碳酸钴粒度并调节反应条件,调节反应条件包括两阶段,第一阶段为碳酸钴D50粒径小于10μm时,调节pH值6,调节氨质量浓度为10g/L,第二阶段为碳酸钴D50粒径达到10μm后,调节pH值7.6,调节氨质量浓度为6.5g/L,碳酸钴粒度达到目标值后,停止反应并调节pH值为12.3,反应过程保持温度在60℃,得到固液混合物;其中,氯化钴溶液中Co2+质量浓度为120g/L,碳酸铵溶液浓度为220g/L,氨水浓度为11mol/L;其中氯化钴溶液以流量为3L/h的速度加入,其余步骤和参数均一致。
对比例2
与实施例2相比,不同之处在于,在步骤(2)中,将氯化钴溶液、氨水、碳酸铵溶液并流加入密封反应釜,反应过程中监控碳酸钴粒度并调节反应条件,调节反应条件包括两阶段,第一阶段为碳酸钴D50粒径小于10μm时,调节pH值6.5,调节氨质量浓度为10g/L,第二阶段为碳酸钴D50粒径达到10μm后,调节pH值7.6,调节氨质量浓度为6.5g/L,碳酸钴粒度达到目标值后,停止反应并调节pH值为12.3,反应过程保持温度在60℃,得到固液混合物;其中,氯化钴溶液中Co2+质量浓度为120g/L,碳酸铵溶液浓度为220g/L,氨水浓度为11mol/L;其中氯化钴溶液以流量为3L/h的速度加入,其余步骤和参数均一致。
对比例3
与实施例2相比,不同之处在于,在步骤(2)中,将氯化钴溶液、氨水、碳酸铵溶液并流加入密封反应釜,反应过程中监控碳酸钴粒度并调节反应条件,调节反应条件包括两阶段,第一阶段为碳酸钴D50粒径小于10μm时,调节pH值7.6,调节氨质量浓度为10g/L,第二阶段为碳酸钴D50粒径达到10μm后,调节pH值7.6,调节氨质量浓度为6.5g/L,碳酸钴粒度达到目标值后,停止反应并调节pH值为12.3,反应过程保持温度在60℃,得到固液混合物;其中,氯化钴溶液中Co2+质量浓度为120g/L,碳酸铵溶液浓度为220g/L,氨水浓度为11mol/L;其中氯化钴溶液以流量为3L/h的速度加入,其余步骤和参数均一致。
对比例4
与实施例2相比,不同之处在于,在步骤(2)中,将氯化钴溶液、氨水、碳酸铵溶液并流加入密封反应釜,反应过程中监控碳酸钴粒度并调节反应条件,调节反应条件包括两阶段,第一阶段为碳酸钴D50粒径小于10μm时,调节pH值7.3,调节氨质量浓度为13g/L,第二阶段为碳酸钴D50粒径达到10μm后,调节pH值7.6,调节氨质量浓度为6.5g/L,碳酸钴粒度达到目标值后,停止反应并调节pH值为12.3,反应过程保持温度在60℃,得到固液混合物;其中,氯化钴溶液中Co2+质量浓度为120g/L,碳酸铵溶液浓度为220g/L,氨水浓度为11mol/L;其中氯化钴溶液以流量为3L/h的速度加入,其余步骤和参数均一致。
对比例5
与实施例2相比,不同之处在于,在步骤(2)中,将氯化钴溶液、氨水、碳酸铵溶液并流加入密封反应釜,反应过程中监控碳酸钴粒度并调节反应条件,调节反应条件包括两阶段,第一阶段为碳酸钴D50粒径小于10μm时,调节pH值7.3,调节氨质量浓度为14g/L,第二阶段为碳酸钴D50粒径达到10μm后,调节pH值7.6,调节氨质量浓度为6.5g/L,碳酸钴粒度达到目标值后,停止反应并调节pH值为12.3,反应过程保持温度在60℃,得到固液混合物;其中,氯化钴溶液中Co2+质量浓度为120g/L,碳酸铵溶液浓度为220g/L,氨水浓度为11mol/L;其中氯化钴溶液以流量为3L/h的速度加入,其余步骤和参数均一致。
对比例6
与实施例2相比,不同之处在于,在步骤(2)中,将氯化钴溶液、氨水、碳酸铵溶液并流加入密封反应釜,反应过程中监控碳酸钴粒度并调节反应条件,调节反应条件包括两阶段,第一阶段为碳酸钴D50粒径小于10μm时,调节pH值7.3,调节氨质量浓度为5g/L,第二阶段为碳酸钴D50粒径达到10μm后,调节pH值7.6,调节氨质量浓度为6.5g/L,碳酸钴粒度达到目标值后,停止反应并调节pH值为12.3,反应过程保持温度在60℃,得到固液混合物;其中,氯化钴溶液中Co2+质量浓度为120g/L,碳酸铵溶液浓度为220g/L,氨水浓度为11mol/L;其中氯化钴溶液以流量为3L/h的速度加入,其余步骤和参数均一致。
对比例7
与实施例2相比,不同之处在于,在步骤(2)中,将氯化钴溶液、氨水、碳酸铵溶液并流加入密封反应釜,反应过程中监控碳酸钴粒度并调节反应条件,调节反应条件包括两阶段,第一阶段为碳酸钴D50粒径小于10μm时,调节pH值7.3,调节氨质量浓度为6g/L,第二阶段为碳酸钴D50粒径达到10μm后,调节pH值7.6,调节氨质量浓度为6.5g/L,碳酸钴粒度达到目标值后,停止反应并调节pH值为12.3,反应过程保持温度在60℃,得到固液混合物;其中,氯化钴溶液中Co2+质量浓度为120g/L,碳酸铵溶液浓度为220g/L,氨水浓度为11mol/L;其中氯化钴溶液以流量为3L/h的速度加入,其余步骤和参数均一致。
对比例8
与实施例2相比,不同之处在于,在步骤(2)中,将氯化钴溶液、氨水、碳酸铵溶液并流加入密封反应釜,反应过程中监控碳酸钴粒度并调节反应条件,调节反应条件包括两阶段,第一阶段为碳酸钴D50粒径小于10μm时,调节pH值7.3,调节氨质量浓度为10g/L,第二阶段为碳酸钴D50粒径达到10μm后,调节pH值8,调节氨质量浓度为6.5g/L,碳酸钴粒度达到目标值后,停止反应并调节pH值为12.3,反应过程保持温度在60℃,得到固液混合物;其中,氯化钴溶液中Co2+质量浓度为120g/L,碳酸铵溶液浓度为220g/L,氨水浓度为11mol/L;其中氯化钴溶液以流量为3L/h的速度加入,其余步骤和参数均一致。
对比例9
与实施例2相比,不同之处在于,在步骤(2)中,将氯化钴溶液、氨水、碳酸铵溶液并流加入密封反应釜,反应过程中监控碳酸钴粒度并调节反应条件,调节反应条件包括两阶段,第一阶段为碳酸钴D50粒径小于10μm时,调节pH值7.3,调节氨质量浓度为10g/L,第二阶段为碳酸钴D50粒径达到10μm后,调节pH值9,调节氨质量浓度为6.5g/L,碳酸钴粒度达到目标值后,停止反应并调节pH值为12.3,反应过程保持温度在60℃,得到固液混合物;其中,氯化钴溶液中Co2+质量浓度为120g/L,碳酸铵溶液浓度为220g/L,氨水浓度为11mol/L;其中氯化钴溶液以流量为3L/h的速度加入,其余步骤和参数均一致。
对比例10
与实施例2相比,不同之处在于,在步骤(2)中,将氯化钴溶液、氨水、碳酸铵溶液并流加入密封反应釜,反应过程中监控碳酸钴粒度并调节反应条件,调节反应条件包括两阶段,第一阶段为碳酸钴D50粒径小于10μm时,调节pH值7.3,调节氨质量浓度为10g/L,第二阶段为碳酸钴D50粒径达到10μm后,调节pH值7.6,调节氨质量浓度为6.5g/L,碳酸钴粒度达到目标值后,停止反应并调节pH值为12.3,反应过程保持温度在40℃,得到固液混合物;其中,氯化钴溶液中Co2+质量浓度为120g/L,碳酸铵溶液浓度为220g/L,氨水浓度为11mol/L;其中氯化钴溶液以流量为3L/h的速度加入,其余步骤和参数均一致。
对比例11
与实施例2相比,不同之处在于,在步骤(2)中,将氯化钴溶液、氨水、碳酸铵溶液并流加入密封反应釜,反应过程中监控碳酸钴粒度并调节反应条件,调节反应条件包括两阶段,第一阶段为碳酸钴D50粒径小于10μm时,调节pH值7.3,调节氨质量浓度为10g/L,第二阶段为碳酸钴D50粒径达到10μm后,调节pH值7.6,调节氨质量浓度为6.5g/L,碳酸钴粒度达到目标值后,停止反应并调节pH值为12.3,反应过程保持温度在80℃,得到固液混合物;其中,氯化钴溶液中Co2+质量浓度为120g/L,碳酸铵溶液浓度为220g/L,氨水浓度为11mol/L;其中氯化钴溶液以流量为3L/h的速度加入,其余步骤和参数均一致。
将实施例1-4和对比例1-11制得钴氧化物的钴含量进行计算并与氯化钴溶液的钴含量进行对比得出钴产出率;将实施例1-4和对比例1-11步骤(3)将过滤后的废水和洗涤产生的废水混合得到含钴废水与氯化钴溶液的钴含量进行对比得出钴废料率,含钴废水其结果如表1所示。
表1
钴产出率/% | 钴废料率/% | |
实施例1 | 98.52 | 1.48 |
实施例2 | 99.12 | 0.88 |
实施例3 | 98.88 | 1.12 |
实施例4 | 98.64 | 1.36 |
对比例1 | 92.11 | 7.89 |
对比例2 | 92.56 | 7.44 |
对比例3 | 93.34 | 6.66 |
对比例4 | 88.52 | 11.48 |
对比例5 | 85.43 | 14.57 |
对比例6 | 88.66 | 11.34 |
对比例7 | 89.41 | 10.59 |
对比例8 | 88.12 | 11.88 |
对比例9 | 90.21 | 9.79 |
对比例10 | 90.88 | 9.12 |
对比例11 | 87.68 | 12.32 |
从表1测试结果可知,实施例1-4与对比例1-3相比,通过对pH值的控制,控制碳酸钴颗粒的形貌,能有效减少废料的产生;实施例1-4与对比例4-9相比,适当氨浓度有利于碳酸钴颗粒的生长与粒径控制,由于碳酸钴溶度积较小,如果氨浓度小于7g/L,氨与钴的络合较少,碳酸钴加入时易使局部过饱和,形成大量晶核,使得洗涤过滤困难,造成钴损失且杂质高,同时粒径生长缓慢;如果氨浓度高于12g/L,氨与钴络合较多,导致母液中钴浓度太高,影响钴的沉淀率;实施例1-4与对比例10-11相比,温度低于50℃,碳酸钴颗粒生长缓慢且易团聚,高于70℃,体系中的氨易挥发,影响氨的利用率。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭示如上,然而并非用以限定本发明,任何本领域技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法,其特征在于,所述工艺方法包括以下步骤:
(1)向密封反应釜通入氨水作为底液,调节pH后进行加热,向密封反应釜通入惰性气体;
(2)将钴盐溶液、氨水、碳酸盐溶液并流加入密封反应釜,反应过程中监控碳酸钴粒度并调节反应条件,碳酸钴粒度达到目标值后,停止反应并调节pH值,得到固液混合物;
(3)将固液混合物陈化后过滤得到沉淀物,沉淀物经洗涤,烘干冷却降至室温后研磨,进行煅烧,得到钴氧化物。
2.根据权利要求1所述的一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法,其特征在于:钴盐溶液中Co2+质量浓度为120g/L,碳酸盐溶液浓度为170~235g/L,氨水浓度为10-12mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法,其特征在于:在步骤(1)中,调节pH值为9.8-12.8,加热温度为50-70℃,惰性气体为氮气。
4.根据权利要求1所述的一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法,其特征在于:在步骤(2)中,钴盐溶液的流量为2-5L/h,钴盐溶液为氯化钴、硫酸钴和硝酸钴中的一种或几种,碳酸盐溶液为碳酸铵和碳酸氢铵中的一种或两种,停止反应后调节pH值为12.2-12.4,反应温度为50-70℃。
5.根据权利要求1或4所述的一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法,其特征在于:在步骤(2)中,调节反应条件包括两阶段,第一阶段为碳酸钴D50粒径小于10μm时,调节pH值7.2-7.4,调节氨质量浓度为7-12/L,第二阶段为碳酸钴D50粒径达到10μm后,调节pH值7.5-7.8,调节氨质量浓度为6-7g/L。
6.根据权利要求1所述的一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法,其特征在于:在步骤(3)中,陈化条件为在60-70℃下陈化2-3h,烘干条件为在200℃真空烘干,烘干时间8-15h,研磨时间为2-3h,煅烧条件为在650-800℃下煅烧0.5-2h。
7.根据权利要求1所述的一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法,其特征在于,在步骤(3)中,将过滤后的废水和洗涤产生的废水混合得到含钴废水,所述含钴废水的处理方法包括以下步骤:
1)、按配比称取去离子水和碳酸铵,将去离子水加入至碳酸铵中,边加入边研磨,加入完毕后,继续研磨后得到混合浆料;
2)、将混合浆料加入至氨水中混合均匀后作为底液,加入吸附颗粒,边搅拌边依次通入对苯二胺和含钴废水,加入完毕后,继续进行搅拌、包膜,得到混合浆液;
3)、将混合浆液干燥、研磨后进行煅烧,得到碳、氮、钴共掺杂多孔活性炭。
8.根据权利要求7所述的一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法,其特征在于,在步骤1)中,去离子水和碳酸铵的质量比为4-5:50,继续研磨时间为1.5-3h。
9.根据权利要求7所述的一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法,其特征在于,在步骤2)中,碳酸铵、含钴废水的Co2+、对苯二胺、氨水、吸附颗粒的质量比为20-30:50:950-1200:220:100-300;吸附颗粒为活性炭、改性活性炭、壳聚糖和改性壳聚糖中的一种或多种,搅拌转速为300-400r/min,包膜时间为3-4h。
10.根据权利要求7所述的一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法,其特征在于,在步骤3)中,干燥条件为在30-40℃条件下真空干燥,真空干燥时间为5-8h,研磨时间为3-4h,煅烧条件为煅烧温度为500-600℃,煅烧时间为4-8h。
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