CN1743101A - 一种节能环保型生产钴片的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种节能环保型生产钴片的方法，其中所使用的原料是钴含量在99.3％以上的钴粉，该方法的步骤包括压片和还原烧结两个工序，所述钴粉通过所述压片和还原烧结工序制成钴片。用钴粉通过压片和烧结工艺制成钴片，生产中没有污染，能耗与现有电解法制取钴片工艺相比大大降低，进一步地，本发明在各个工序中对各个环节上的操作以及操作参数的特别设计，使得由本发明的方法制成的钴片其性能可与电解法制的钴片相媲美。配合上述工艺，本发明还提供有与上述生产钴片方法相配套的设备，其可以使该工艺得以更好的实现。

Description

一种节能环保型生产钴片的方法及设备

技术领域

本发明提供一种钴片的生产方法，尤其是一种节能环保型生产钴片的方法；本发明还提供上述生产钴片所用的设备。

背景技术

金属钴片是一种非常重要的工业原料，它是在以熔炼方式制造钴产品过程中使用的唯一的钴添加剂。随着现代化进程的不断深入，熔炼法生产的钴产品，如磁性材料中的钐钴合金、镍钴合金，由稀土元素、钴和镍元素组成的储氢合金以及各种钴合金钢等材料越来越广泛地得到应用；钴片还是一种用途很广的催化剂触媒。由此，金属钴片的需求量也越来越大。

现有技术中金属钴片的生产方法是电解法。通常是以镍电解钴渣或黄铁矿烧渣等作原料制成粗钴阳极，经溶解阳极电解法在阴极获得电解钴，或者以上述原料制成精制氯化钴溶液，经不溶阳极电解法钴电沉积在阴极上获得电解钴。然后将电解钴从阴极上刮下形成钴片。电解法制钴片可以获得纯度很高的钴片，但是，电解法能耗非常高，同时，电解工艺对环境的污染也相当严重。这种高能耗、重污染的生产工艺与友好环境、节约能源的现代化工业生产要求是背道而驰的。因此，在现实当中，就存在这样一对尖锐的矛盾：一方面，现代化的高新技术中对钴片的需求量在不断增加，另一方面，现有钴片生产工艺存在的问题使钴片的生产受到制约。在人口密集、能源紧缺地区都不允许上马有电解过程的工艺，生产钴片的产业，现在多只能在甘肃、江西、四川、新疆等地广人稀经济欠发达地区进行。在目前，现有技术中还没有能很好解决上述矛盾的有效措施。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种在生产过程中无污染、低能耗的节能环保型生产钴片的方法；

本发明的另一个目的在于提供上述节能环保型生产钴片的方法中使用的设备。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的节能环保型生产钴片的方法，该方法包括将钴粉压制成钴片压坯和将该钴片压坯还原烧结成钴片产品两个工序。

本发明提供的节能环保型生产钴片的方法一改现有技术中钴片只能用电解钴方法获得的故有定式，另辟蹊径地采取通过用原料钴粉经压片和还原烧结工序获得。解决了现有技术中长期无法解决的钴片用电解法生产导致的高能耗和重污染的问题。在本发明提供的制备钴片的工艺全过程中没有任何污染，与电解钴比较，能耗大大降低。

本方法所使用的钴粉原料，可以通过化学沉淀和还原煅烧工艺获得，例如，用CoCl₂或CoSO₄通过化学沉淀反应制成前驱体CoCO₃或CoC₂O₄，再对该前驱体进行还原煅烧，即可获得钴粉。该制备钴粉的方法同样是环保、节能的工艺过程。

本发明的生产方法制成的钴片是用于熔炼过程中的添加剂或化学反应中的催化剂，它不同于一般粉末冶金过程生产的产品，区别在于其强度要求不需要很高。而在烧结中，为了提高生产效率、减小设备的占地面积且减少能源消耗，通常需要将众多钴片压坯堆叠起来送入烧结炉中。这样烧结，如果操作条件设计不合理，则烧结出来的钴片彼此之间会粘结在一起，形成一坨。这会给使用带来不便；另外，还有一个很重要的区别，本发明方法生产出来的钴片是用作添加剂或催化剂，这些应用对所加入钴片纯度的要求很高。而用来制作钴片的原料钴粉，比表面积大，其表面与空气反应会生成氧化钴。市售的钴粉与电解钴片相比，只有O₂含量和含H₂O的量上有差别。根据测定可知，钴粉中的氧含量大约在0.2-1.0％，另外，由于粉末容易吸潮，通常钴粉中还存在一些水分。如果不使这些氧和水脱去，将降低本方法制成钴片的使用价值。如何才能够使得用钴粉经压片和烧结过程制成的钴片可以与通过电解得到的钴片在纯度上相媲美？

为了尽可能的脱水和脱氧，本发明将所述还原烧结工序划分为低温预烧结阶段和高温烧结阶段，所述低温预烧结阶段中对钴片压坯的加热温度为200-500℃，加热时间为0.1-5小时；所述高温烧结阶段中对钴片压坯的加热温度为500-900℃，加热时间为1-10小时。

通常的粉末冶金工艺中对压坯烧结时也设置预热过程，但其时间相对较短，且温度较低，其目的与本发明的低温预烧结阶段的目的也不同。粉末冶金工艺中的预热的目的在于脱去在模压过程中在金属粉末中加入的添加剂，该预热过程也称其为脱胶过程。本发明提供的生产方法中，钴粉在压坯是不添加上述添加剂，因此，不需要这样一个是添加剂受热挥发的物理过程，本发明设置的低温预烧结阶段的目的是脱氧、脱水，而脱氧过程是一个化学过程，钴粉中的氧化钴在还原烧结过程中产生化学反应，该过程与通常粉末冶金工艺的预热过程有本质性的区别。因此，通常粉末冶金工艺中预热过程中的条件用在本钴片的加工中是不合适的。通常的预热过程时间较短，在这样的短时间内不能使钴片压坯中的氧和水分充分地脱出。由粉末冶金理论可知，随着烧结温度的提高，压坯中的粉末颗粒之间的接触面会逐渐增大，其间的间隙越来越小。如果在颗粒间隙中存在气体又没能排出而被包裹在粉末颗粒之间的间隙中，则不管如何升温，如何延长烧结时间，该间隙也不能减小，即气体无法排出。如果本发明的生产方法制出的钴片中包裹了较多的氧气和水分，则在使用这种钴片中就会因为其纯度等问题无法满足使用要求。本发明提供的低温预烧结阶段，其温度高于通常粉末冶金生产的预热温度，但在该温度下，粉末颗粒又还不能塑变和位移，不能将气体溢出的通道堵上，因此，通过这样的低温烧结过程可以使得压坯中的水分和氧气充分溢出。经实验测试，通过这样的低温预烧结过程可以使水分全部脱出，使90％的氧气脱出。

在本发明提供的方法中，高温烧结温度也大大低于通常粉末冶金的正常烧结温度。在粉末冶金工艺中，通常的烧结温度是金属熔点的0.7-0.8倍，大约是1050-1200℃，本发明的方法中，高温烧结阶段中的加热温度低于上述温度。其原因是，本方法制成的钴片由于其用途限于作添加剂和催化剂，不需要具有很高的强度，只是能够成型，具有一定的密度和致密性即可。另外，如果温度较高，虽然还是低于钴的熔点，但金属粉末的熔点低于理论熔点，各个钴片压坯表面会有熔化，导致压坯之间相互粘结。较低温度的烧结，可以避免堆叠在一起的钴片压坯粘结，并且还有利于进一步脱水、脱氧。

本发明提供的方法，在压片过程中也具有独特的特点。为了使钴片中的氧和水能够在烧结工序中较彻底地脱出，压片过程中压出的压坯的厚度通常不能过厚，也不宜过于密实，通过压片得到的压坯的厚度的较佳值为0.8-3.0毫米，压坯的密度可为物质理论密度的30-80％，较好的密度值可为为3-6g/cm³。这样的压坯更有利于在所述的烧结工序中彻底脱氧、脱水。

本方法中所使用的钴粉，是钴含量在99.3％以上的钴粉，作为钴粉的粒径，本发明中也是需要限定的，如果粒径太小，活性太高，不利于充分脱氧，如果粒径太大，则又不利于成形。故此，钴粉的粒径可以在0.5-100μm，最佳粒径为1-3.0μm。

在所述压片工序中，所述钴粉沿竖直方向通过粉末轧机的轧辊之间的水平间隙轧制形成钴片压坯，在喂料区前面对钴粉施加搅动，以增加其流动性。

所述还原烧结过程中，在还原炉中通入还原性气体，使被烧结的钴片置于还原性气氛中。其可以是氢气，也可以是由氢气和氮气组成的混合气体，该氢气和氮气的体积比为1∶3(或通过离解氨气获得该混合气体)。还可以是一氧化碳气体。

本发明提供的节能环保型生产钴片的方法中使用的设备包括压片机和还原炉，所述压片机为粉末轧机，其包括机架，在该机架上水平设置一对轧辊，其间设有一个间隙，在该机架上设有钴粉送料斗，其下部出口设于所述轧辊之间间隙的上方；在该送料斗内设有螺旋式搅拌轴，支固在该送料斗上；

所述还原炉为多段式推舟，其包括低温烧结腔室、高温烧结腔室和冷却腔室，各腔室通过连接管连接在一起，在推舟内形成一个可通过各个腔室的管状通道，在该管状通道中彼此相接触地设有若干个物料舟，在推舟的进口处设有可将物料舟推入所述管状通道中的物料舟推进装置，在所述在各个烧结腔室中设有加热装置和温度检测及调节装置，用以给各个腔室提供所需的温度；在所述各个腔室中还设有一个或多个进气口和排气口；所述冷却腔室中设有冷却装置。

压片工序中非常关键的是要确保钴粉稳定、连续地输送到两个轧辊之间的间隙中。为此，在所述送料斗内设有搅拌轴。如果通过人工直接将钴粉添加到送料斗中，物料在送料斗中的堆积形状可能就不规则，这样，出料口中的出料也就不会很均匀。为了避免该问题的出现，在送料斗上面加设分料斗，其下方设有2个出料口，其上分别连接一个出料管，该两个出料管构成一个倒V字形，该两个出料管的所述下端口固于送料斗的端壁上，两个下端口的连线位于所述送料斗的直径上或位于直径附近一个区域内，与此相对应地，所述送料斗内的螺旋式搅拌轴的上部固定一径向搅拌桨，该搅拌桨的外端设于该分料斗上的出料管的下端口的下面。在该径向搅拌桨的外端还与送料斗的侧壁平行的方向上设有支桨。通过这种结构的搅拌器，结合分料斗，可以确保钴粉输送的稳定、连续。在不设分料斗的情况下，也可以在搅拌轴上设置所述径向搅拌桨。

本发明提供的节能环保型生产钴片的方法用钴粉通过压片和烧结工艺制成钴片，生产中没有污染，能耗与现有电解法制取钴片工艺相比大大降低，进一步地，本发明在各个工序中对各个环节上的操作以及操作参数的特别设计，使得由本发明的方法制成的钴片其性能可与电解法制的钴片相媲美。配合上述工艺，本发明提供的设备可以使该工艺得以更好的实现。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明提供的钴片制备设备中压片用粉末轧机的结构示意图；

图2为图1的右视结构示意图；

图3为粉末轧机中的送料斗和分料斗的结构示意图；

图4为图3所示的装置的外观结构示意图(其中的搅拌装置略去)；

图5为本发明提供的钴片制备设备中还原烧结炉的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

本发明提供的节能环保型生产钴片的方法，其中所使用的原料是钴含量在99.3％以上的钴粉，该方法包括压片和还原烧结两个工序，所述钴粉通过所述压片和还原烧结工序制成钴片。

本方法所使用的钴粉原料，通过水解和还原煅烧工艺获得，例如，用CoCl₂或CoSO₄通过水解反应制成前驱体CoCO₃或CoC₂O₄，再对该前驱体进行还原煅烧，即可获得钴粉。

本发明将所述还原烧结工序划分为低温预烧结阶段和高温烧结阶段，所述低温预烧结阶段中对钴片压坯的加热温度为200-500℃，加热时间为O.1-5小时；所述高温烧结阶段中对钴片压坯的加热温度为500-900℃，加热时间为1-10小时。

压片过程中压出的压坯的厚度为0.8-3.0毫米，压坯的密度为3-6g/cm³。本方法中所使用的钴粉，其粒径在0.5-100μm。钴粉是用CoCl₂或CoSO₄通过化学沉淀反应制成前驱体CoCO₃或CoC₂O₄，再对该前驱体进行还原煅烧获得的，其含钴量在99.3-99.9％或以上

所述还原烧结过程中，在还原炉中通入还原性气体，使被烧结的钴片置于还原性气氛中。其可以是氢气，也可以是由氢气和氮气组成的混合气体，该氢气和氮气的体积比为1∶3(或离解氨气)。还可以是一氧化碳气体。

与上述工艺相配合，本发明提供的节能环保型生产钴片的设备包括压片机1和还原炉2。

如图1-4所示，压片机1为粉末轧机，其包括机架10，在该机架1O上水平设置一对轧辊14，其间设有一个间隙，该两个轧辊之间设有传动装置，其中一个主动轧辊与驱动调速装置连接，这些都为现有技术，在此不赘述。在轧辊的下方机架上设有出料盘12(见图1、2)。

在该机架10上设有钴粉送料斗11，如图3所示，其下部出口110设于所述轧辊之间间隙的上方；在该送料斗11内设有螺旋式搅拌轴111，支固在该送料斗上端口上固设的横支撑板112上，在该搅拌轴的上端连接驱动电机113；

在所述压片工序中，所述钴粉沿竖直方向通过粉末轧机1的轧辊14之间的水平间隙轧制形成钴片压坯，通过搅拌轴实现在喂料区前面对钴粉施加搅动，以增加其流动性。

在送料斗11上面加设分料斗13，其下方设有2个出料口，其上分别连接一个出料管131，该两个出料管构成一个倒V字形，该两个出料管的所述下端口固于送料斗的端壁上，两个下端口的连线位于所述送料斗的直径上或位于直径附近一个区域内，与此相对应地，送料斗11内的螺杆式搅拌轴111的上部固定一径向搅拌桨111a，该搅拌桨的外端设于该分料斗上的出料管的下端口的下面。在该径向搅拌桨的外端还与送料斗的侧壁平行的方向上设有支桨111b。通过这种结构的搅拌器，结合分料斗，可以确保钴粉输送的稳定、连续。

如图5所示，还原炉2为多段式推舟，其包括低温烧结腔室21、高温烧结腔室22和冷却腔室23，各腔室通过连接管连接在一起，在推舟内形成一个连通各个腔室的管状通道，在该管状通道中彼此相接触地设有若干个物料舟24，在推舟的进口处设有可将物料舟推入所述管状通道中的物料舟推进装置，其为电动推杆25，在所述在各个烧结腔室中设有加热装置和温度检测及调节装置(图中未示出)，用以给各个腔室提供所需的温度；在烧结腔室21、22中还设有一个或多个还原气体进气口和排气口；冷却腔室23中设有冷却装置，其是夹套式冷却装置，在夹套上设有冷却水进口和出口。另外，冷却腔室中也设有进气口和排气口，用于在冷却过程中根据需要通入保护性或其它作用的气体。

实施例2：

在本实施例中，压片过程中压出的压坯的厚度为0.9-2.0毫米，压坯的密度为4-5g/cm³。本方法中所使用的钴粉，其粒径在1-2.0μm。

所述低温预烧结阶段中对钴片压坯的加热温度为500℃，加热时间为2.5小时；该低温预烧结阶段的加热时间最好能够使得进入高温烧结阶段的钴片中的氧含量在原始水平上最少降低90％。所述高温烧结阶段中对钴片压坯的加热温度为800℃，加热时间为5小时。

其它内容与实施例1基本相同。

实施例3：

在本实施例中，压片过程中压出的压坯的厚度为1.0毫米，压坯的密度为3-4g/cm³。本方法中所使用的钴粉，其粒径在1-3.0μm。

所述低温预烧结阶段中对钴片压坯的加热温度为500℃，加热时间为1小时；所述高温烧结阶段中对钴片压坯的加热温度为750℃，加热时间为8小时。

其它内容与实施例1基本相同。

实施例4：

所述低温预烧结阶段中对钴片压坯的加热温度为500℃，加热时间为1小时；所述高温烧结阶段中对钴片压坯的加热温度为900℃，加热时间为3小时。

其它内容与实施例1基本相同。

实施例5：

在本实施例中，压片过程中压出的压坯的厚度为0.8毫米，压坯的密度为6g/cm³。本方法中所使用的钴粉，其粒径在1-3.0μm。

所述低温预烧结阶段中对钴片压坯的加热温度为450℃，加热时间为0.2小时；所述高温烧结阶段中对钴片压坯的加热温度为750℃，加热时间为8小时。

其它内容与实施例1基本相同。

实施例6：

在本实施例中，压片过程中压出的压坯的厚度为0.8毫米，压坯的密度为6g/cm³。本方法中所使用的钴粉，其粒径在50μm。

所述低温预烧结阶段中对钴片压坯的加热温度为500℃，加热时间为0.1小时；所述高温烧结阶段中对钴片压坯的加热温度为700℃，加热时间为9小时。

其它内容与实施例1基本相同。

实施例7：

在本实施例中，压片过程中压出的压坯的厚度为1.0毫米，压坯的密度为6g/cm³。本方法中所使用的钴粉，其粒径在70μm。

所述低温预烧结阶段中对钴片压坯的加热温度为500℃，加热时间为0.2小时；所述高温烧结阶段中对钴片压坯的加热温度为800℃，加热时间为7小时。

其它内容与实施例1基本相同。

实施例8：

在本实施例中，压片过程中压出的压坯的厚度为3.0毫米，压坯的密度为5g/cm³。本方法中所使用的钴粉，其粒径在100μm。

所述低温预烧结阶段中对钴片压坯的加热温度为500℃，加热时间为3小时；所述高温烧结阶段中对钴片压坯的加热温度为600℃，加热时间为8小时。

其它内容与实施例1基本相同。

Claims (10)

1、一种节能环保型生产钴片的方法，其特征在于，包括将钴粉压制成钴片压坯和将该钴片压坯还原烧结成钴片产品两个工序。

2、根据权利要求1所述的节能环保型生产钴片的方法，其特征在于，在所述压片工序中，所述钴粉沿竖直方向通过粉末轧机的轧辊之间的水平间隙被轧制形成钴片压坯。

3、根据权利要求1所述的节能环保型生产钴片的方法，其特征在于，所述还原烧结工序划分为低温预烧结阶段和高温烧结阶段，所述低温预烧结阶段中对钴片压坯的加热温度为200-500℃，加热时间为0.1-5小时；所述高温烧结阶段中对钴片压坯的加热温度为500-900℃，加热时间为1-10小时。

4、根据权利要求1或3所述的节能环保型生产钴片的方法，其特征在于，该低温预烧结阶段的加热时间以能够使得进入高温烧结阶段的钴片中的氧含量在原始水平上最少降低70％为准。

5、根据权利要求1或3所述的节能环保型生产钴片的方法，其特征在于，在所述压片过程中压出的压坯的厚度为0.8-3.0毫米，压坯的密度为3-6g/cm³。

6、根据权利要求1或3所述的节能环保型生产钴片的方法，其特征在于，所使用的钴粉，其粒径在0.5-100μm；钴粉钴的含钴量在99.3％以上。

7、根据权利要求1或3所述的节能环保型生产钴片的方法，其特征在于，所述还原烧结过程中，在还原炉中通入还原性气体，使被烧结的钴片置于还原性气氛中；通入的还原性气体是氢气，或是由氢气和氮气组成的混合气体，该氢气和氮气的体积比为1∶3，或为离解氨气；或是一氧化碳气体。

8、一种节能环保型生产钴片的设备，其特征在于，包括压片机，所述压片机为粉末轧机，其包括机架，在该机架上水平设置一对轧辊，其间设有一个间隙，在该机架上设有钴粉送料斗，其下部出口设于所述轧辊之间间隙的上方；在该送料斗内设有螺杆式搅拌轴，支固在该送料斗上；在所述送料斗上面加设分料斗，其下方设有2个出料口，其上分别连接一个出料管，该两个出料管构成一个倒V字形，该两个出料管的所述下端口固于送料斗的端壁上，两个下端口的连线位于所述送料斗的直径上或位于直径附近一个区域内。

9、根据权利要求8所述的节能环保型生产钴片的设备，其特征在于，所述送料斗内的螺旋式搅拌轴的上部固定一径向搅拌桨，该搅拌桨的外端设于该分料斗上的出料管的下端口的下面。

10、根据权利要求9所述的节能环保型生产钴片的设备，其特征在于，在该径向搅拌桨的外端还与送料斗的侧壁平行的方向上设有支桨。

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