CN1457948A

CN1457948A - 棒状金属镍粉的制备方法

Info

Publication number: CN1457948A
Application number: CN 02117739
Authority: CN
Inventors: 喻克宁; 金东镇; 梁焕珍; 郑宪生
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2003-11-26

Abstract

本发明提供了一种制备棒状金属镍粉的方法。应用该方法可以制得形貌均一、分散良好的长度为1～8微米厚度为0.2～1微米的棒状镍粉。其主要特点在于用碱沉淀硫酸镍的乙二醇溶液，再用水合联氨或氢气还原所得的沉淀物得到金属镍粉。通过改变还原剂、温度、反应物浓度等参数可以控制棒状镍粉的长度和厚度。反应后乙二醇没有发生质的变化，可以多次使用。

Description

棒状金属镍粉的制备方法

本发明属于金属粉末制备领域。它提供了以乙二醇为介质、水合联氨或氢气为还原剂制备棒状金属镍粉的新方法。应用该方法可以制得形貌均一、分散良好的长度为1～8微米厚度为0.2～1微米的棒状金属镍粉。

现代科学技术的发展对粉体材料提出了越来越高的要求。尽管纳米粒子已成为当前的研究热点之一，但在应用上人们最为关心的仍是微米和亚微米级的粒子。除了化学组成和粒度以外，形貌有时成为影响粉末材料使用性能的重要因素。棒状和针状的镍粉在磁记录材料、电池材料、导电塑料、硬质合金和粉末冶金等方面有着广泛的应用前景。

在镍粉的制备方法中，化学法由于在控制组成、粒度、形貌和易于规模生产等方面的便利而占有重要地位。用氢气或水合联氨等还原剂从金属盐的水溶液中沉积金属的方法已有近百年的历史，有的已实现了工业化生产。其特点是反应速度较快，一般不超过2小时；所得镍粉一般为球形，但有时团聚比较严重；多元醇过程可以制备形貌均一、分散良好的镍、钴等金属粉末，其特点是多元醇既是溶剂又是还原剂，反应可在常压下进行，但反应速度较慢、还原温度较高，一般需在多元醇的沸点(乙二醇是197℃，其它多元醇更高)回流几个小时甚至几天。Figlarz等人的专利用多元醇法制得了球形镍粉和片状镍粉。以后，从文献中又看到他们制备出了丝状镍粉，但从电镜图上看象是细小的球形镍粉在磁场下的互相连接，与同一篇文章中棒状银粉的电镜照片完全不同。

鉴于水溶液化学还原法和多元醇方法各自的优缺点以及很少见到棒状镍粉的制备方法，本发明的目的在于将多元醇过程与化学还原过程结合起来，保留各自的优点，克服各自的缺点，从而在较低温度下和/或较短时间内制备出形貌均一、分散良好的棒状镍粉。

为达这一目的，主要采用了在乙二醇溶液中用碱沉淀硫酸镍，再用水合联氨还原该沉淀的方法，也可以氢气为还原剂在高压釜中还原上述沉淀物。因此，本项发明包括两个步骤：一是用碱沉淀硫酸镍的乙二醇溶液得到氢氧化镍沉淀，这一步是获得棒状镍粉的关键。乙二醇和硫酸镍都是必须的，使用其它醇或镍的其它盐都将导致镍粉形貌的改变，而用作为沉淀剂的碱可选择氢氧化钠或氢氧化钾。一般硫酸镍在乙二醇中的浓度为0.1～1.0M，碱与金属的摩尔比为1～5，沉淀反应可在室温或加热下进行。

二是采用适当还原剂将乙二醇中的氢氧化镍沉淀还原为金属镍粉。当以联氨为还原剂时，联氨与金属的摩尔比为0.5～10，反应可在烧杯等玻璃容器中进行，采用电热板和磁转子控制反应温度及保持氢氧化镍沉淀在乙二醇中的均匀分散，反应温度为50～130℃，反应时间一般为5～60分钟，通常为10～30分钟，可根据产品要求及使用的温度和反应物浓度进行变更。当以氢气为还原剂时，为加快反应速度，可在体系中加入少量氯化钯作催化剂，其量一般为0.1～10mg/L，反应温度一般为130～180℃，氢分压1～4MPa，搅拌速度400～1000rpm。在上述条件下，氢还原反应一般可在10～60分钟内完成。

还原后得到的镍粉经固液分离，水洗、乙醇洗和丙酮洗涤后，在50℃烘箱中干燥。通常在细镍粉干燥时常见的着火现象未曾见到，这可能是由于乙二醇分子吸附在镍粉的表面从而起到了保护作用。当使用水合联氨作还原剂时，所得镍粉的粒度一般为1～5微米长、0.2～0.5微米厚；当使用氢气作还原剂时，所得镍粉的粒度稍大，一般为2～8微米长，0.4～1微米厚。

在经典的多元醇方法中，由于乙二醇本身是还原剂，在反应中被氧化为丁二酮等物质，因而一般不能再次使用。而在本项发明中，乙二醇仅作为沉淀硫酸镍和进行还原反应的介质，自始至终并未发生质的变化，因此可以多次使用。由于在反应过程中生成了硫酸钠和水，混杂在反应后的乙二醇中，因此再次使用前最好通过蒸馏除去其中的水分，通过结晶除去其中的硫酸钠。

以下图和例子对本项发明提供了进一步的解释。

图1是采用本发明方法制备的棒状镍粉的扫描电子显微镜照片。还原剂为水合联氨。放大倍数为5,000倍。

图2是采用本发明方法制备的棒状镍粉的扫描电子显微镜照片。还原剂为氢气。放大倍数为5,000倍。

实施例1

2.7g NiSO₄·6H₂O和1.5g NaOH分别溶于40ml乙二醇，将两种溶液在70℃混合并在搅拌下维持15分钟；将所得沉淀升温到80℃，加入5mlN₂H₄·H₂O，在该温度下维持搅拌15分钟。反应完成后乙二醇溶液的pH值为12.2，所得棒状镍粉的长度为1.5～4微米，厚度为0.3～0.5微米。

实施例2

10.0g NiSO₄·6H₂O和4.5g KOH分别溶于50ml乙二醇，将两种溶液在50℃混合并在搅拌下维持15分钟；将所得沉淀升温到80℃，加入15mlN₂H₄·H₂O，在该温度下维持搅拌60分钟。反应完成后乙二醇溶液的pH值为11.3，所得棒状镍粉的长度为2～5微米，厚度为0.4～0.6微米

实施例3

26.3g NiSO₄·6H₂O和10.0g NaOH分别溶于150ml乙二醇，将两种溶液在室温下混合后加入150ml 乙二醇并在搅拌下维持5分钟；将所得沉淀转移至高压釜中，加入0.6ml PdCl₂(2.0mg/ml)溶液并补充乙二醇至总体积500ml，密闭高压釜并用氢气置换釜内空气3次，升温到170℃，充入氢气至总压3.5MPa，搅拌速度800rpm，在170℃维持反应45分钟。反应完成后乙二醇溶液的pH值为11.2，所得棒状镍粉的长度为2～8微米，厚度为0.2～0.8微米。

Claims

1.采用化学还原剂在多元醇介质中将镍盐还原成长度为1～8微米、厚度为0.2～0.8微米的棒状金属镍粉的方法，其特征在于由以下步骤组成：将镍盐和碱分别溶解在多元醇中并混合这两种溶液得到氢氧化镍沉淀；用适当的还原剂在适当的条件下还原所得的氢氧化镍沉淀得到棒状金属镍粉。

2.根据权利要求1，其特征在于所用的多元醇是乙二醇。

3.根据权利要求1，其特征在于所用的镍盐是六水合硫酸镍或七水合硫酸镍。

4.根据权利要求1，其特征在于所用的碱是氢氧化钠或氢氧化钾。

5.根据权利要求1，其特征在于所用的还原剂是水合联氨或氢气，而不是多元醇本身。

6.根据权利要求1～4，其特征在于碱和硫酸镍的乙二醇溶液的混合在室温或加热下进行，碱与镍的摩尔比为1～5。

7.根据权利要求1和5，其特征在于以联氨为还原剂时，反应介质中内置磁转子搅拌，联氨与镍的摩尔比为0.5～10，反应温度为50～130℃，反应时间为5～60分钟。

8.根据权利要求1和5，其特征在于以氢气为还原剂时，反应在高压釜中进行。为加快反应速度，可在体系中加入少量氯化钯作催化剂，其量一般为0.1～10mg/L，反应温度一般为130～180℃，氢分压1～5MPa，搅拌速度400～1000rpm，反应时间一般为10～60分钟。

9.根据权利要求1和2，其特征在于乙二醇可以多次使用，必要时可以通过蒸馏除去其中的水分，通过结晶除去其中的硫酸钠等杂质。