KR101252057B1 - METHOD OF MANUFACTURING Co POWDER USING SLURRY REDUCTION METHOD WITH EXCELLENT REACTION VELOCITY - Google Patents

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Abstract

슬러리 환원법을 이용하여 Co(OH)2 슬러리로부터 수지상형의 고순도 코발트 분말을 제조할 수 있는 반응속도가 우수한 코발트 분말 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 코발트 분말 제조 방법은 (a) 코발트 염 및 NaOH를 1 : 8 ~ 1 : 24의 중량비로 용매에 용해시켜 Co(OH)2 슬러리를 형성하는 단계; (b) 상기 Co(OH)2 슬러리를 반응 용기에 투입하는 단계; (c) 상기 반응 용기에 투입된 슬러리를 가열하면서 교반하는 단계; 및 (d) 상기 교반된 Co(OH)2 슬러리에 환원제를 공급하여 상기 Co(OH)2 슬러리를 환원 반응시켜 코발트 분말을 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Disclosed is a method for producing cobalt powder having a high reaction rate capable of producing a dendritic high purity cobalt powder from a Co (OH) 2 slurry using a slurry reduction method.
Cobalt powder manufacturing method according to the present invention comprises the steps of (a) dissolving the cobalt salt and NaOH in a solvent in a weight ratio of 1: 8 ~ 1: 24 to form a Co (OH) 2 slurry; (b) injecting said Co (OH) 2 slurry into a reaction vessel; (c) stirring the slurry introduced into the reaction vessel while heating; It characterized in that it comprises a and (d) by reduction reaction of the Co (OH) 2 slurry to supply a reducing agent to the above-stirred Co (OH) 2 slurry to obtain a cobalt powder.

Description

반응속도가 우수한 슬러리 환원법을 이용한 코발트 분말 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING Co POWDER USING SLURRY REDUCTION METHOD WITH EXCELLENT REACTION VELOCITY}METHODS OF MANUFACTURING CO POWDER USING SLURRY REDUCTION METHOD WITH EXCELLENT REACTION VELOCITY

본 발명은 전자, 정밀산업, 전지 등의 첨단산업 분야에 널리 활용되는 코발트 분말 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 슬러리 환원법을 이용하여 Co(OH)2 슬러리로부터 수지상형의 고순도 코발트 분말을 제조할 수 있는 반응속도가 우수한 코발트 분말 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a cobalt powder production technology widely used in high-tech industries such as electronics, precision industry, batteries, and more particularly to producing a high-purity cobalt powder of dendritic type from Co (OH) 2 slurry using the slurry reduction method. It relates to a cobalt powder production method excellent in the reaction rate.

코발트 분말은 야금산업, 자성합금, 전자, 공구, 화학촉매, 염료 등의 재료로 널리 사용되고 있다. 최근 전자, 정밀산업, 전지 등의 첨단산업 분야가 발전함에 따라 제품의 소형화 및 고성능화를 요구하게 되었고, 이러한 요구를 충족시키기 위해 입자의 미립 및 초미립 금속 분말제조에 관한 연구가 활발히 진행 중에 있다.Cobalt powder is widely used in materials such as metallurgy industry, magnetic alloys, electronics, tools, chemical catalysts and dyes. Recently, with the development of high-tech industries such as electronics, precision industry, batteries, etc., it is required to miniaturize and high performance of the product, and to meet these demands, research on the production of fine and ultra-fine metal powder particles is actively underway.

종래의 코발트 분말의 제조방법에는 수소환원법, 습식환원법 및 열분해법이 있다. 이때, 수소환원법은 800℃ 정도의 고온 및 고압의 공정 조건에서 수소 가스를 넣어 분말을 제조하는 방법으로 불순물이 적은 마이크로 크기의 코발트 입자 제조가 가능하다. 그러나, 이러한 수소환원법은 환원 반응 과정에서 입자간 융합과 응집으로 인해서 분급 공정 및 분쇄공정을 필요로 하는 문제가 있다.
Conventional cobalt powder production methods include a hydrogen reduction method, a wet reduction method and a pyrolysis method. At this time, the hydrogen reduction method is a method of producing a powder by adding hydrogen gas at a high temperature and high pressure process conditions of about 800 ℃ it is possible to manufacture micro-sized cobalt particles with less impurities. However, such a hydrogen reduction method has a problem that a classification process and a crushing process are required due to the fusion and aggregation between particles in the reduction reaction.

한편, 습식환원법은 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol)과 같은 유기용매를 상대적으로 높은 150℃의 고온에서 환원제에 의해 분말을 제조하는 방법으로서, 코발트 입자의 형상제어, 균일한 환원 반응 속도의 제어에 의해 구형 입자와 균일한 입도 제어가 가능한 이점이 있다. 그러나, 습식환원법은 코발트 입자와 미반응 화합물의 여과 및 세척과정에서 발생하는 불필요한 폐기물에 의하여 수소 환원법에 비해 낮은 순도를 갖는다.On the other hand, the wet reduction method is a method for producing a powder by using a reducing agent in an organic solvent such as ethylene glycol (Ethylene glycol) at a relatively high temperature of 150 ℃, spherical shape by controlling the shape of cobalt particles, control of a uniform reduction reaction rate The advantage is that particles and uniform particle size control are possible. However, the wet reduction method has a lower purity than the hydrogen reduction method due to unnecessary wastes generated during the filtration and washing process of cobalt particles and unreacted compounds.

열분해법은 용액을 분무시킨 다음, 액적을 운반기체에 의해 고온의 반응기로 주입하여, 액적 내의 용매의 증발에 의해 농도가 높아짐에 따라 용질의 석출을 일으켜 건조된 용질의 열분해를 통해 입자를 제조하는 방법이다.The pyrolysis method involves spraying a solution and then injecting the droplets into a high temperature reactor by a carrier gas, causing precipitation of the solute as the concentration is increased by evaporation of the solvent in the droplet, thereby producing particles through pyrolysis of the dried solute. It is a way.

이와 같이, 종래의 코발트 분말 제조방법은 비교적 고온, 고압 및 유기용매가 필요함에 따라 코발트 분말의 제조시 많은 공정 비용이 소요되는 문제가 있다.
As such, the conventional cobalt powder manufacturing method has a problem in that a large process cost is required when preparing the cobalt powder, as a relatively high temperature, high pressure, and an organic solvent are required.

본 발명의 목적은 저온 및 저압에서 슬러리 환원법을 이용하여 코발트 분말을 제조하는 것이 가능하며, 반응속도를 향상시켜 단 시간 내에 1 ~ 10㎛의 평균 직경을 갖는 수지상형의 코발트 분말을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to produce a cobalt powder using a slurry reduction method at a low temperature and low pressure, and to improve the reaction rate to produce a cobalt powder of dendritic type having an average diameter of 1 ~ 10㎛ within a short time To provide.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 반응속도가 우수한 슬러리 환원법을 이용한 코발트 분말 제조 방법은 (a) 코발트 염 및 NaOH를 1 : 8 ~ 1 : 24의 중량비로 용매에 용해시켜 Co(OH)2 슬러리를 형성하는 단계; (b) 상기 Co(OH)2 슬러리를 반응 용기에 투입하는 단계; (c) 상기 반응 용기에 투입된 슬러리를 가열하면서 교반하는 단계; 및 (d) 상기 교반된 Co(OH)2 슬러리에 환원제를 공급하여 상기 Co(OH)2 슬러리를 환원 반응시켜 코발트 분말을 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Cobalt powder production method using a slurry reduction method excellent in the reaction rate according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is (a) cobalt salt and NaOH dissolved in a solvent in a weight ratio of 1: 8 ~ 1: 24 Co ( OH) 2 slurry; (b) injecting said Co (OH) 2 slurry into a reaction vessel; (c) stirring the slurry introduced into the reaction vessel while heating; It characterized in that it comprises a and (d) by reduction reaction of the Co (OH) 2 slurry to supply a reducing agent to the above-stirred Co (OH) 2 slurry to obtain a cobalt powder.

본 발명에 따른 코발트 분말 제조 방법은 NaOH의 농도를 높이고, 코발트 염의 종류, 반응시간, 반응온도 및 환원제 농도를 적절히 제어하는 것을 통하여 반응속도가 우수하며, 1 ~ 10㎛의 평균 직경을 갖는 수지상형의 코발트 분말을 제조할 수 있다.The cobalt powder manufacturing method according to the present invention is excellent in the reaction rate by increasing the concentration of NaOH, and appropriately controlling the type, reaction time, reaction temperature and reducing agent concentration of the cobalt salt, dendritic type having an average diameter of 1 ~ 10㎛ Cobalt powder of can be prepared.

또한, 상기 코발트 분말 제조 방법으로 제조되는 코발트 분말은 수득률 : 95 ~ 99% 및 순도 : 99.9% 이상을 가질 수 있다.
In addition, the cobalt powder prepared by the cobalt powder manufacturing method may have a yield of 95 to 99% and a purity of 99.9% or more.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반응속도가 우수한 슬러리 환원법을 이용한 코발트 분말 제조 방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 2 및 도 3은 NaOH 농도에 따라 제조되는 코발트 분말을 XRD 및 SEM으로 측정 및 촬영하여 나타낸 그래프 및 사진이다.
도 4 및 도 5는 용매의 종류에 따라 제조되는 코발트 분말을 XRD 및 SEM으로 측정 및 촬영하여 나타낸 그래프 및 사진이다.
도 6 및 도 7은 코발트 염의 종류에 따라 제조되는 코발트 분말을 XRD 및 SEM으로 측정 및 촬영하여 나타낸 그래프 및 사진이다.
도 8 및 도 9는 NaOH 농도 3.6M에서 반응시간별로 생성되는 코발트 분말을 XRD 및 SEM으로 측정 및 촬영하여 나타낸 그래프 및 사진이다.
도 10 및 도 11은 NaOH 농도 7.2M에서 반응시간별로 생성되는 코발트 분말을 XRD 및 SEM으로 측정 및 촬영하여 나타낸 그래프 및 사진이다.
도 12 및 도 13은 반응온도에 따라 제조되는 코발트 분말을 XRD 및 SEM으로 측정 및 촬영하여 나타낸 그래프 및 사진이다.
도 14 및 도 15는 환원제의 농도에 따라 제조되는 코발트 분말을 XRD 및 SEM으로 측정 및 촬영하여 나타낸 그래프 및 사진이다.
도 16은 환원제의 첨가속도에 따라 제조되는 코발트 분말을 SEM 으로 촬영한 사진이다.
도 17 및 도 18은 코발트 이온에서 환원 반응시 NaBH4의 농도에 따라 제조되는 코발트 분말을 XRD 및 SEM으로 측정 및 촬영하여 나타낸 그래프 및 사진이다.
1 is a process flowchart schematically showing a cobalt powder manufacturing method using a slurry reduction method with excellent reaction rate according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are graphs and photos showing the cobalt powder prepared according to NaOH concentration measured and taken by XRD and SEM.
4 and 5 are graphs and photographs showing the cobalt powder prepared according to the type of the solvent measured and taken by XRD and SEM.
6 and 7 are graphs and photographs showing the cobalt powder prepared according to the type of cobalt salt measured and photographed by XRD and SEM.
8 and 9 are graphs and photos showing the cobalt powder produced by reaction time at a NaOH concentration of 3.6M by XRD and SEM.
10 and 11 are graphs and photos showing cobalt powders produced by reaction time at 7.2 M NaOH concentration by XRD and SEM.
12 and 13 are graphs and photographs of the cobalt powder prepared according to the reaction temperature measured and photographed by XRD and SEM.
14 and 15 are graphs and photos showing the cobalt powder prepared according to the concentration of the reducing agent measured and photographed by XRD and SEM.
FIG. 16 is a SEM photograph of cobalt powder prepared according to an addition rate of a reducing agent. FIG.
17 and 18 are graphs and photos showing cobalt powders prepared according to the concentration of NaBH 4 during the reduction reaction in cobalt ions by XRD and SEM.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent with reference to the embodiments and drawings described in detail below. However, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. It is intended that the disclosure of the present invention be limited only by the terms of the appended claims.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반응속도가 우수한 슬러리 환원법을 이용한 코발트 분말 제조 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, a method of preparing cobalt powder using a slurry reduction method having an excellent reaction rate according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반응속도가 우수한 슬러리 환원법을 이용한 코발트 분말 제조 방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.1 is a process flowchart schematically showing a cobalt powder manufacturing method using a slurry reduction method with excellent reaction rate according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 코발트 분말 제조 방법은 슬러리 형성 단계(S110), 투입 단계(S120), 교반 단계(S120) 및 코발트 분말 수득 단계(S140)를 포함한다.
Referring to Figure 1, the cobalt powder manufacturing method according to the present invention includes a slurry forming step (S110), the input step (S120), the stirring step (S120) and the cobalt powder obtaining step (S140).

슬러리 형성 단계Slurry formation step

슬러리 형성 단계(S120)에서는 코발트 염 및 NaOH를 1 : 8 ~ 1 : 24의 중량비로 용매에 용해시켜 Co(OH)2 슬러리를 형성한다.In the slurry forming step (S120), the cobalt salt and NaOH are dissolved in a solvent in a weight ratio of 1: 8 to 1:24 to form a Co (OH) 2 slurry.

이때, 코발트 염은 CoCl2, CoSO4 및 Co(OH)2 중 선택된 하나를 이용할 수 있다. 만약, 코발트 염으로 CoCl2를 이용할 경우, CoCl2 및 NaOH를 용매에 용해시키게 되는 데, 이때 CoCl2 및 NaOH는 하기 반응식 1의 화학반응을 한다.In this case, the cobalt salt may be selected from CoCl 2 , CoSO 4 and Co (OH) 2 . If CoCl 2 is used as the cobalt salt, CoCl 2 and NaOH are dissolved in a solvent, where CoCl 2 and NaOH undergo the chemical reaction of Scheme 1 below.

반응식 1 : CoCl2 + 2NaOH → Co(OH)2 + 2Na+ + 2Cl-
Scheme 1: CoCl 2 + 2NaOH → Co (OH) 2 + 2Na + + 2Cl -

상술한 바와 같이, 상기 코발트 염 및 NaOH는 1 : 8 ~ 1 : 24의 중량비로 첨가하는 것이 바람직하다.As described above, the cobalt salt and NaOH are preferably added in a weight ratio of 1: 8 to 1:24.

만약, 상기 코발트 염 및 NaOH의 중량비가 1 : 8 미만일 경우에는 코발트 염 대비 NaOH의 함량이 너무 미미한 관계로 Co(OH)2 슬러리를 환원하는 데 필요한 OH-를 제공하는 데 한계가 있으므로 환원 효과를 제대로 발휘할 수 없는 문제점이 있다. 반대로, 코발트 염 및 NaOH의 중량비가 1 : 24를 초과할 경우에는 더 이상 NaOH의 첨가 효과 없이 비용만을 상승시키는 문제점이 있다.
If the weight ratio of the cobalt salt and NaOH is less than 1: 8, since the content of NaOH is too small compared to the cobalt salt, there is a limit in providing OH required to reduce the Co (OH) 2 slurry. There is a problem that cannot be exercised properly. On the contrary, when the weight ratio of cobalt salt and NaOH exceeds 1:24, there is a problem of only increasing the cost without the effect of adding NaOH.

이때, 코발트 염 중 CoCl2로부터 석출된 Co(OH)2 슬러리는 분산이 매우 잘된 상태이기 때문에 전구체로 사용할 경우, 단 분산(mono-modal)된 수지상형의 코발트 분말을 제조하는 데 유리한 효과가 있다.In this case, the Co (OH) 2 slurry precipitated from CoCl 2 in the cobalt salt is very well dispersed, and when used as a precursor, there is an advantageous effect in preparing mono-modal dendritic cobalt powder. .

한편, 상기 용매로는 증류수(H2O)를 이용하는 것이 바람직하다. 용매로 증류수를 이용할 경우, 수지상 결정이 형성되는 것을 확인하였는데, 이는 고체와 액체 사이의 계면에너지 및 원자를 끌어당기는 속도론적인 영향과 같은 특정한 특성의 이방성에 있는 변화가 일어나는 데 기인한 것이다. 또한, Co(OH)2의 용해도는 증류수에서 매우 낮은 용해도를 갖기 때문에 분말로 환원시 물질전달율속이 낮은 수지상형으로 성장할 수 있게 된다.
On the other hand, it is preferable to use distilled water (H 2 O) as the solvent. When distilled water was used as the solvent, dendritic crystals were formed due to a change in anisotropy of certain properties such as interfacial energy between solid and liquid and kinetic effects of attracting atoms. In addition, since the solubility of Co (OH) 2 has a very low solubility in distilled water, it is possible to grow into a dendritic type having a low material transfer rate when reduced to powder.

투입 단계Input stage

투입 단계(S120)에서는 슬러리 형성 단계(S110)를 통하여 마련된 Co(OH)2 슬러리를 반응 용기(미도시)에 투입한다.In the input step (S120), Co (OH) 2 slurry prepared through the slurry forming step (S110) is injected into the reaction vessel (not shown).

이때, Co(OH)2 슬러리는 반응 용기 내에 설정된 높이 및 농도로 공급된다. 상기 반응 용기는 외부와의 밀폐 공간을 제공하며, 세라믹 재질로 이루어질 수 있다.
At this time, the Co (OH) 2 slurry is supplied at a height and concentration set in the reaction vessel. The reaction vessel provides a sealed space with the outside, it may be made of a ceramic material.

교반 단계Stirring step

교반 단계(S130)에서는 투입 단계(S120)를 통하여 반응 용기에 투입된 Co(OH)2 슬러리를 가열하면서 교반한다.In the stirring step (S130) is stirred while heating the Co (OH) 2 slurry introduced into the reaction vessel through the input step (S120).

이러한 교반 단계(S130)에서는, 하나의 예를 들면, Co(OH)2 슬러리를 담고 있는 반응 용기를 히터와 같은 가열 수단(미도시)을 이용하여 적정 온도로 가열한 후, 서모 커플(thermocouple)을 이용하여 Co(OH)2 슬러리의 온도를 측정함으로써 원하는 설정온도가 되도록 유지할 수 있다.In this stirring step (S130), for example, a reaction vessel containing a Co (OH) 2 slurry is heated to an appropriate temperature using a heating means (not shown) such as a heater, and then a thermocouple It is possible to maintain the desired set temperature by measuring the temperature of the Co (OH) 2 slurry using.

이때, 상기 반응 용기 내에 투입되는 Co(OH)2 슬러리는 적절히 잘 혼합되도록 교반기(미도시)를 이용하여 교반속도 60 ~ 1500rpm으로 교반하는 것이 바람직하다.
At this time, the Co (OH) 2 slurry to be introduced into the reaction vessel is preferably stirred at a stirring speed of 60 ~ 1500rpm using a stirrer (not shown) so as to be properly mixed.

코발트 분말 수득 단계Cobalt Powder Obtaining Step

코발트 분말 수득 단계(S140)에서는 교반 단계(S130)를 통하여 적절히 교반된 Co(OH)2 슬러리에 환원제를 공급하여 상기 Co(OH)2 슬러리를 환원 반응시켜 코발트 분말을 수득한다.In the cobalt powder obtaining step (S140), a cobalt powder is obtained by reducing the Co (OH) 2 slurry by supplying a reducing agent to an appropriately stirred Co (OH) 2 slurry through the stirring step (S130).

환원제로는 N2H4 또는 NaBH4가 이용될 수 있으며, 이 중 N2H4를 이용하는 것이 바람직하다.N 2 H 4 or NaBH 4 may be used as the reducing agent, of which N 2 H 4 is preferable.

이때, 상기 코발트 분말은 상기 반응식 1에 의하여 수득한 Co(OH)2 슬러리에 환원제인 N2H4를 첨가하여 하기의 반응식 2를 통하여 얻어질 수 있다.At this time, the cobalt powder may be obtained through the following Scheme 2 by adding N 2 H 4 as a reducing agent to the Co (OH) 2 slurry obtained by the reaction scheme 1.

반응식 2 : 2Co(OH)2 + N2H4 → 2Co + N2 + 4H2O
Scheme 2: 2Co (OH) 2 + N 2 H 4 → 2Co + N 2 + 4H 2 O

여기서, N2H4는 하이드라진 모노하이드레이트(Hydrazine monohydrate, N2HH2O) 형태로 공급될 수 있다. 환원제인 N2H4는 하이드라진 모노하이드레이트 형태로 반응 용기 내에 한 방울씩 드롭하는 드롭와이즈(dropwise) 방식을 이용하여 반연속적으로 공급하는 것이 바람직하다.Here, N 2 H 4 may be supplied in the form of hydrazine monohydrate (N 2 H 4 · H 2 O). The reducing agent N 2 H 4 is preferably supplied in a semi-continuous manner using a dropwise method of dropping dropwise in the reaction vessel in the form of hydrazine monohydrate.

실험 결과, 하이드라진 모노하이드레이트를 한번에 공급하는 배치식(batch) 방법보다는 산화환원반응 중 한 방울씩 반연속적으로 공급할 경우, 입도 분포가 균일한, 즉 단 분산(mono-modal)된 코발트 분말을 확보할 수 있었으며, 입자 사이즈도 조절하기 용이하다는 것을 확인하였다.As a result, when dropwise supplying one drop of redox reaction semi-continuously rather than batch method of supplying hydrazine monohydrate at once, it is possible to obtain a uniform, ie mono-modal, cobalt powder. It was confirmed that the particle size is also easy to adjust.

이때, 환원제는 1ml/min ~ 7ml/min의 속도로 첨가하는 것이 바람직하다. 만약, 환원제의 첨가속도가 1ml/min 미만일 경우에는 핵생성이 적고 핵성장이 길어 입자의 크기가 조대해지는 문제가 있다. 반대로, 환원제의 첨가 속도가 7ml/min 를 초과할 경우에는 핵생성이 일정하나 입자의 응집이 심화되어 미세한 수지상형의 코발트 분말을 제조하는 것이 불가능하다. 이때, 응집이 심화되는 이유는 첨가속도가 증가하면 용해 및 환원되는 속도보다 과량의 환원제를 필요로 하여 이전에 생성된 입자의 표면에서 반응이 일어나기 때문이다.
At this time, the reducing agent is preferably added at a rate of 1ml / min ~ 7ml / min. If the rate of addition of the reducing agent is less than 1 ml / min, there is a problem that the nucleation is small and the nuclear growth is long, resulting in coarse particle sizes. On the contrary, when the rate of addition of the reducing agent exceeds 7 ml / min, nucleation is constant, but the aggregation of particles is intensified, making it impossible to produce fine dendritic cobalt powder. At this time, the aggregation is intensified because an increase in the addition rate requires an excess of reducing agent rather than the rate of dissolution and reduction, so that the reaction occurs on the surface of the previously generated particles.

여기서, 상기 CoCl2와 환원제는 1 : 1 ~ 1 : 3의 중량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 만약, CoCl2와 환원제의 중량비가 1 : 1 미만일 경우에는 환원제의 첨가량이 너무 미미하여 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, CoCl2와 환원제의 중량비가 1 : 3을 초과할 경우에는 CoCl2 대비 환원제의 과다한 첨가로 인해 입자의 응집이 심화되어 미세한 수지상형의 코발트 분말을 제조하는 데 어려움이 따른다.
Here, the CoCl 2 and the reducing agent is preferably added in a weight ratio of 1: 1 to 1: 3. If the weight ratio of CoCl 2 to the reducing agent is less than 1: 1, the addition amount of the reducing agent is too small to properly exhibit the addition effect. On the contrary, when the weight ratio of CoCl 2 and the reducing agent exceeds 1: 3, the coagulation of the particles is intensified due to the excessive addition of the reducing agent to CoCl 2 , thus making it difficult to produce fine dendritic cobalt powder.

여기서, 상기 환원제를 공급하여 Co(OH)2 슬러리를 환원 반응시킬 때, 반응온도는 40 ~ 80℃에서 실시하는 것이 바람직하다.Here, when reducing the Co (OH) 2 slurry by supplying the reducing agent, the reaction temperature is preferably carried out at 40 ~ 80 ℃.

만약, 반응온도가 40℃ 미만일 경우에는 그 온도가 너무 낮은 관계로 환원 반응이 일어나지 않는 문제가 있다. 반대로, 반응온도가 80℃를 초과할 경우에는 더 이상의 온도 상승 효과 없이 공정 비용 및 시간만을 증가시키는 문제점이 있다.
If the reaction temperature is less than 40 ° C, there is a problem that the reduction reaction does not occur because the temperature is too low. On the contrary, when the reaction temperature exceeds 80 ° C., there is a problem of only increasing the process cost and time without any further temperature increase effect.

이때, 반응시간은 1 ~ 60분간 실시하는 것이 바람직하다. 만약, 반응시간이 1분 미만일 경우에는 반응시간이 너무 짧은 관계로 Co(OH)2 슬러리의 일부가 환원되지 못하여 미세한 수지상형의 코발트 분말을 제조하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 반응시간이 60분을 초과할 경우에는 환원 반응의 활성화를 위하여 NaOH를 다량으로 첨가해야 하는 데 따른 비용 상승 문제가 있다.
At this time, it is preferable to perform reaction time for 1 to 60 minutes. If the reaction time is less than 1 minute, since the reaction time is too short, a portion of the Co (OH) 2 slurry may not be reduced, which may make it difficult to prepare a fine dendritic cobalt powder. On the contrary, when the reaction time exceeds 60 minutes, there is a problem in that the cost of adding a large amount of NaOH in order to activate the reduction reaction.

도면으로 제시하지는 않았지만, 코발트 분말 제조 단계 이후 환원된 코발트 분말을 고액 분리하여 에탄올 및 증류수로 세척하는 단계와 세척된 코발트 분말을 50 ~ 70℃에서 건조하는 단계를 더 실시할 수도 있다.Although not shown in the drawings, after the cobalt powder production step, the reduced cobalt powder may be solid-liquid separated, washed with ethanol and distilled water, and the washed cobalt powder may be further dried at 50 to 70 ° C.

이상으로, 본 발명의 실시예에 따른 코발트 분말 제조 방법이 종료될 수 있다.
As described above, the cobalt powder manufacturing method according to the embodiment of the present invention may be terminated.

상술한 코발트 분말 제조 방법으로 제조되는 코발트 분말은 1 ~ 10㎛의 평균직경을 가지며, 잘 분산된 수지상형으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제조 방법으로 제조되는 코발트 분말은 수득률 : 95 ~ 99% 및 순도 : 99.9% 이상을 가질 수 있다.
Cobalt powder prepared by the above-described cobalt powder manufacturing method has an average diameter of 1 ~ 10㎛, it may be made of a well-dispersed dendritic type. In addition, the cobalt powder prepared by the above production method may have a yield of 95 to 99% and a purity of 99.9% or more.

실험 시료Experimental sample

슬러리 환원법을 이용한 코발트 분말을 제조하기 위해 사용된 시료를 열거하면 다음과 같다.The samples used to prepare the cobalt powder using the slurry reduction method are as follows.

용매 : 에틸렌 글리콜(HOCH2CH2OH), 에탄올(C2H5OH) 및 증류수(H2O)Solvent: Ethylene Glycol (HOCH 2 CH 2 OH), Ethanol (C 2 H 5 OH) and Distilled Water (H 2 O)

코발트 염 : 코발트 클로라이드 헥사하이드라이트(CoCl·6H2O), 코발트 하이드록사이드(Co(OH)2) 및 코발트 설파이트 헵타하이드레이트(CoSO4 ·7H2O)Cobalt salts of cobalt chloride hexa hydro light (CoCl · 6H 2 O), cobalt hydroxide (Co (OH) 2) and cobalt sulfide hepta hydrate (CoSO 4 · 7H 2 O)

환원제 : 하이드라진 모노하이드레이트(N2HH2O) 및 소디움 보로하이드라이드(NaBH4)Reducing agent: Hydrazine monohydrate (N 2 H 4 · H 2 O) and sodium borohydride (NaBH 4 )

이때, 코발트 염을 슬러리화시키기 위해 수산화나트륨(NaOH)을 이용하였다.
At this time, sodium hydroxide (NaOH) was used to slurry the cobalt salt.

NaOH의 농도에 따른 영향Effect of NaOH Concentration

도 2는 NaOH 농도에 따라 제조되는 코발트 분말을 XRD로 측정하여 나타낸 그래프이고, 도 3은 NaOH 농도에 따라 제조되는 코발트 분말을 SEM으로 촬영한 사진이다.Figure 2 is a graph showing the cobalt powder prepared according to the NaOH concentration measured by XRD, Figure 3 is a photograph taken with SEM SEM cobalt powder prepared according to the NaOH concentration.

실험 조건은 증류수를 용매로 이용하고, 코발트 염 0.3M, NaOH 3.6M, N2H4 1.2M, 온도 60℃, 반응시간 60분으로 고정하고, NaOH의 농도를 0.6M, 1.2M, 2.4M, 3.6M, 4.8M 및 7.2M으로 변화하여 실험하였다.
Experimental conditions using distilled water as a solvent, fixed cobalt salt 0.3M, NaOH 3.6M, N 2 H 4 1.2M, temperature 60 ℃, reaction time 60 minutes, NaOH concentration 0.6M, 1.2M, 2.4M , 3.6M, 4.8M and 7.2M were tested.

NaOH는 Co(OH)2 슬러리를 생성시키는 것뿐만 아니라 하이드라진(N2H4)의 환원에 필요한 OH-를 제공하여 주는 중요한 역할을 한다.NaOH plays an important role in producing Co (OH) 2 slurry as well as providing OH for reduction of hydrazine (N 2 H 4 ).

이 실험에서 코발트이온의 농도는 0.3M로 코발트이온을 Co(OH)2 슬러리로 변화시키기 위한 NaOH 0.6M과 Co(OH)2의 슬러리를 환원하는 데 필요한 OH-를 제공하기 위한 NaOH 0.6M이 필요하여 이론적으로 총 1.2M의 농도가 필요하다. 그러나, 도 2의 (a) ~ (f)와 같이, XRD 결과를 보면 이론식인 1.2M의 NaOH 농도에서는 Co(OH)2 슬러리가 코발트 분말로 환원하지 못하였으며, 그 보다 2배인 NaOH 2.4M에서 Co(OH)2는 모두 코발트 분말로 환원되었다. 이것으로 보아 실제 코발트 분말로 환원시 이론적보다 과량의 NaOH가 필요한 것을 알 수 있다.
In this experiment, the concentration of cobalt ions was 0.3 M, which was 0.6 M NaOH for converting cobalt ions into Co (OH) 2 slurry and 0.6 M NaOH to provide the OH needed to reduce the slurry of Co (OH) 2 . In theory, a total concentration of 1.2M is required. However, as shown in (a) to (f) of FIG. 2, the XRD results show that the Co (OH) 2 slurry could not be reduced to cobalt powder at the NaOH concentration of 1.2M, which is twice that of NaOH 2.4M. Co (OH) 2 was all reduced to cobalt powder. This suggests that an excess of NaOH is required when the reduction to the actual cobalt powder is theoretical.

한편, 도 3의 (a)에서는 Co(OH)2 슬러리가 관측되고, 도 3의 (b)에서는 도 3의 (a)에서의 Co(OH)2 슬러리가 코발트 분말로 환원되기 직전의 미세한 Co(OH)2 슬러리가 관측되고 있는 것을 알 수 있다. 그리고, 도 3의 (c) ~ (f)에는 코발트 분말로 환원된 약 3 ~ 5 ㎛의 수지상형 코발트 분말이 생성된 것을 확인할 수 있다. 이때, NaOH 2.4M 이상의 농도에서 코발트 분말의 입도 및 형상은 큰 변화가 없었다.
On the other hand, Co (OH) 2 slurry is observed in FIG. 3 (a), and Co (OH) 2 slurry in FIG. 3 (a) is fine Co just before reducing the cobalt powder. It can be seen that (OH) 2 slurry is observed. And (c) to (f) of Figure 3 it can be seen that the dendritic cobalt powder of about 3 ~ 5㎛ reduced to the cobalt powder was produced. At this time, the particle size and shape of the cobalt powder at a concentration of NaOH 2.4M or more did not change significantly.

용매에 따른 영향Solvent effect

도 4는 용매의 종류에 따라 제조되는 코발트 분말을 XRD로 측정하여 나타낸 그래프이고, 도 5는 용매의 종류에 따라 제조되는 코발트 분발을 SEM으로 촬영한 사진이다.Figure 4 is a graph showing the cobalt powder prepared according to the type of solvent measured by XRD, Figure 5 is a photograph taken by SEM of the cobalt powder prepared according to the type of the solvent.

실험 조건은 CoCl2 0.3M, NaOH 3.6M, N2H4 1.2M, 온도 60℃, 반응시간 60분으로 고정하고, 용매를 에틸렌 글리콜(HOCH2CH2OH), 에탄올(C2H5OH) 및 증류수(H2O)로 구분하여 실험하였다.Experimental conditions were fixed with CoCl 2 0.3M, NaOH 3.6M, N 2 H 4 1.2M, temperature 60 ℃, reaction time 60 minutes, the solvent was ethylene glycol (HOCH 2 CH 2 OH), ethanol (C 2 H 5 OH ) And distilled water (H 2 O) was tested.

도 4의 (a)와 같이, 용매로 에틸렌 글리콜을 이용할 경우, 코발트 분말은 XRD 측정 결과 Co(OH)2가 소량 존재하는 것으로 보아 코발트 분말로 완전히 환원되지 않은 것을 알 수 있다. 이때, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 용매로 에틸렌 글리콜을 이용할 경우, 코발트 분말은 0.5 ~ 1.0 ㎛를 갖는 구형 분말을 가지는 것을 확인할 수 있다.As shown in (a) of FIG. 4, when ethylene glycol is used as the solvent, the cobalt powder is not completely reduced to the cobalt powder, as a small amount of Co (OH) 2 is present as a result of XRD measurement. At this time, as shown in Figure 5 (a), when using ethylene glycol as a solvent, it can be seen that the cobalt powder has a spherical powder having a 0.5 ~ 1.0 ㎛.

또한, 도 4의 (b)와 같이, 용매로 에탄올을 이용할 경우, 코발트 분말은 XRD 측정 결과 많은 양의 Co(OH)2가 코발트 분말로 환원되지 않았음을 알 수 있다. 이때, 그림 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 용매로 에탄올을 이용할 경우, 코발트 분말은 수지상 결정과 수지상 결정으로 변하기 전의 커다란 분말 형태를 갖는 것을 확인할 수 있다.In addition, as shown in (b) of FIG. 4, when ethanol is used as the solvent, the cobalt powder shows that a large amount of Co (OH) 2 was not reduced to the cobalt powder as a result of XRD measurement. At this time, as shown in (b) of Figure 5, when using ethanol as a solvent, it can be seen that the cobalt powder has a large powder form before changing to a dendritic crystal and a dendritic crystal.

한편, 도 4의 (c)와 같이, 용매로 증류수를 이용할 경우, XRD 측정 결과 Co(OH)2가 모두 코발트 분말로 환원된 것을 알 수 있다. 이때, 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 용매로 증류수를 이용할 경우, 코발트 분말은 약 5㎛의 수지상형으로 환원된 것을 확인할 수 있다.
On the other hand, as shown in Figure 4 (c), when distilled water is used as the solvent, as a result of the XRD measurement it can be seen that both Co (OH) 2 reduced to the cobalt powder. At this time, as shown in Figure 5 (c), when using distilled water as a solvent, it can be seen that the cobalt powder is reduced to a dendritic type of about 5㎛.

용매에 따라 분말의 형상이 다른 이유는 에틸렌 글리콜(ethylene glycol)의 경우 온도에 따라 환원력이 다르지만 금속염을 환원시킬 수 있는 능력을 가지고 있다. 이로 인해 환원제가 첨가되기 전에 코발트의 핵을 생성시켜주어 환원제가 첨가된 후 생성되는 코발트 분말이 미리 생성되어 있던 핵의 주위에서 성장함으로써 구형의 분말을 형성하게 된다.The reason why the powder is different depending on the solvent is that ethylene glycol (ethylene glycol) has the ability to reduce metal salts although the reducing power varies depending on the temperature. As a result, cobalt nuclei are generated before the reducing agent is added, and the cobalt powder produced after the reducing agent is added is grown around the nucleus that has been previously formed to form spherical powder.

에탄올(Ethanol)과 증류수(distilled water)는 수지상형의 분말이 형성되었는데 수지상 결정이 형성되는 원인은 고체와 액체 사이의 계면에너지 및 원자를 끌어당기는 속도론적인 영향과 같은 특정한 특성의 이방성에 있는 변화 때문이다. 수지상 결정은, 예를 들면, 결정의 주체가 (110)으로 성장하고, 주체에서 나뭇가지처럼 결정의 다른 면인 (100)으로 성장한 형상을 말한다. 수지상 결정으로 성장한 원인은 에틸렌 글리콜에서는 핵의 생성이 있었거나, 용매의 점성이 먼저 생성된 코발트 분말의 보호제 역할을 해주어 구형으로 성장한 것으로 추측되며, 에탄올이나 증류수의 경우 에틸렌 글리콜 처럼 핵의 생성을 도와주는 물질이 없었으며, 핵 성장 단계에서 주축의 결정 방향보다 다른 결정 방향의 성장이 쉬운 분위기가 조성되어 가지처럼 그 결정방향으로 성장했기 때문이다.Ethanol and distilled water formed dendritic powders, which are due to changes in the anisotropy of certain properties such as interfacial energy between solid and liquid and kinetic effects of attracting atoms. to be. The dendritic crystal refers to a shape in which the main body of the crystal grows to (110), for example, and the main body of the crystal grows to (100), which is the other side of the crystal like a twig. The reason for the growth of dendritic crystals is that the ethylene glycol is nucleated or the viscosity of the solvent acts as a protective agent for the cobalt powder produced earlier. This is because there was no main substance, and the atmosphere grew easily in the direction of crystal growth different from that of the main axis in the nuclear growth stage, and grew in the direction of crystal like branches.

다른 원인으로는 Co(OH)2의 용해도가 증류수에서 매우 낮은 용해도를 갖기 때문에 분말로 환원시 물질전달율속이 낮아 수지상형으로 성장했기 때문이다.
The other reason is that Co (OH) 2 has a very low solubility in distilled water, so it has grown to a dendritic type due to the low rate of mass transfer when reducing to powder.

위와 같은 실험 결과를 토대로, 슬러리 환원법으로 코발트 분말 제조시, 증류수를 용매로 사용하였을 때, 약 5㎛의 입도를 갖는 순수한 코발트 분말을 얻었을 있다는 것을 확인하였다.
Based on the above experimental results, it was confirmed that pure cobalt powder having a particle size of about 5 μm was obtained when distilled water was used as a solvent when preparing cobalt powder by slurry reduction.

코발트 염에 따른 영향Effect of Cobalt Salts

도 6은 코발트 염의 종류에 따라 제조되는 코발트 분말을 XRD로 측정하여 나타낸 그래프이고, 도 7은 코발트 염의 종류에 따라 제조되는 코발트 분말을 SEM으로 촬영한 사진이다.Figure 6 is a graph showing the cobalt powder prepared according to the type of cobalt salt measured by XRD, Figure 7 is a photograph taken by SEM of the cobalt powder prepared according to the type of cobalt salt.

실험 조건은 증류수(distilled water, H2O)를 용매로 이용하고, 코발트 염 0.3M, NaOH 3.6M, N2H4 1.2M, 온도 60℃, 반응시간 60분으로 고정하고, 코발트 염을 CoSO4, CoCl2 및 Co(OH)2로 구분하여 실험하였다.
Experimental conditions using distilled water (H 2 O) as a solvent, cobalt salt 0.3M, NaOH 3.6M, N 2 H 4 1.2M, temperature 60 ℃, reaction time 60 minutes fixed, cobalt salt CoSO 4 , CoCl 2 and Co (OH) 2 was divided into experiments.

도 6의 (a) ~ (c)와 같이, 코발트 염의 종류와 무관하게 XRD 측정 결과 Co(OH)2 슬러리가 모두 코발트 분말로 환원된 것을 알 수 있다.As shown in (a) to (c) of Figure 6, irrespective of the type of cobalt salt, XRD measurement results show that all of the Co (OH) 2 slurry was reduced to cobalt powder.

한편, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 코발트 염으로 CoSO4를 이용할 경우, 코발트 분말은 2 ~ 3㎛의 작은 수지상 결정들이 응집되어 10㎛의 비교적 큰 입자를 갖는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 코발트 염으로 CoCl2를 이용할 경우, 코발트 분말은 3 ~ 5㎛ 수지상형들이 잘 분산되어 있는 것을 볼 수 있다. 그리고, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 코발트 염으로 Co(OH)2를 이용할 경우, 코발트 분말은 10㎛의 커다란 수지상 결정이 생성되어 있는 것을 볼 수 있다.
On the other hand, as shown in Figure 7 (a), when using CoSO 4 as the cobalt salt, the cobalt powder can be confirmed that the small dendritic crystals of 2 ~ 3㎛ aggregated to have a relatively large particles of 10㎛. In addition, as shown in Figure 7 (b), when using CoCl 2 as the cobalt salt, it can be seen that cobalt powder is well dispersed 3 ~ 5㎛ dendritic molds. And, as shown in Figure 7 (c), when using Co (OH) 2 as the cobalt salt, it can be seen that the cobalt powder is a large dendritic crystal of 10㎛.

위의 실험 결과에 따르면, 코발트 염에 따라 생성된 코발트 분말들의 형상 및 크기가 다르다는 것을 알 수 있는 데, 그 이유는 전구체인 Co(OH)2의 형상과 결정화도의 차이에 기인한 것이다. 일반적으로, 시약급 Co(OH)2는 결정화도가 좋고 110℃ 이상의 고온에서 여러 시간 동안 건조하기 때문에 형상이나 입도분포가 균질하지 못하다. 그러나, 코발트 염으로부터 석출된 Co(OH)2 슬러리는 분산이 매우 잘된 상태이다. 따라서, 코발트 염으로 CoCl2를 사용하여 Co(OH)2 슬러리를 석출시켜 전구체로 사용할 경우, 단 분산된 수지상형의 코발트 분말을 제조하는 것이 가능해진다.
According to the above experimental results, it can be seen that the shape and size of the cobalt powders produced according to the cobalt salt is different, due to the difference in the crystallinity and the shape of the precursor Co (OH) 2 . In general, reagent grade Co (OH) 2 has good crystallinity and is not homogeneous in shape or particle size distribution because it is dried for several hours at a high temperature of 110 ° C. or higher. However, the Co (OH) 2 slurry precipitated from the cobalt salt is in a well dispersed state. Therefore, when Co (OH) 2 slurry is precipitated using CoCl 2 as a cobalt salt and used as a precursor, it becomes possible to prepare a dispersed dendritic cobalt powder.

반응시간에 따른 영향Effect of response time

NaOH 농도 3.6M 과 7.2M에서 각각 반응시간별로 생성되는 코발트 분말을 분석하였다. 이때, NaOH의 농도를 3.6M 과 7.2M로 나눈 이유는 환원반응에 관여하는 OH-의 농도가 변화하면 환원에 필요한 반응시간 또한 변화할 것을 가정하여 실험하였다.Cobalt powders produced at reaction times of NaOH concentrations of 3.6M and 7.2M, respectively, were analyzed. The reason for dividing the NaOH concentration by 3.6M and 7.2M was based on the assumption that the reaction time required for the reduction would also change if the concentration of OH - involved in the reduction reaction changed.

도 8은 NaOH 농도 3.6M에서 반응시간별로 생성되는 코발트 분말을 XRD로 측정하여 나타낸 그래프이고, 도 9는 NaOH 농도 3.6M에서 반응시간별로 생성되는 코발트 분말을 SEM으로 촬영한 사진이다.8 is a graph showing the cobalt powder produced by reaction time at NaOH concentration of 3.6M by XRD, and FIG. 9 is a photograph taken by SEM of cobalt powder produced by reaction time at NaOH concentration of 3.6M.

실험 조건은 증류수를 용매로 이용하고, CoCl2 0.3M, NaOH 3.6M, N2H4 1.2M, 온도 60℃에서 반응시간을 0, 5, 10, 15, 30분으로 변화하여 실험하였다.Experimental conditions were tested using distilled water as a solvent, the reaction time was changed to 0, 5, 10, 15, 30 minutes at CoCl 2 0.3M, NaOH 3.6M, N 2 H 4 1.2M, temperature 60 ℃.

도 10은 NaOH 농도 7.2M에서 반응시간별로 생성되는 코발트 분말을 XRD로 측정하여 나타낸 그래프이고, 도 11은 NaOH 농도 7.2M에서 반응시간별로 생성되는 코발트 분말을 SEM으로 촬영한 사진이다.FIG. 10 is a graph illustrating XRD of cobalt powder generated by reaction time at NaOH concentration of 7.2M, and FIG. 11 is a SEM photograph of cobalt powder produced by reaction time at NaOH concentration of 7.2M.

실험 조건은 증류수를 용매로 이용하고, CoCl2 0.3M, NaOH 7.2M, N2H4 1.2M, 온도 60℃에서 반응시간을 5, 10, 15, 30, 60, 120분으로 변화하여 실험하였다.Experimental conditions were tested by changing the reaction time to 5, 10, 15, 30, 60, 120 minutes using distilled water as a solvent, CoCl 2 0.3M, NaOH 7.2M, N 2 H 4 1.2M, temperature 60 ℃. .

도 8의 (a) ~ (e)와 같이, XRD 결과를 보면 초기의 Co(OH)2 슬러리는 반응시간이 지날수록 코발트 분말로 환원되었으며 반응시간 30분 이상에서는 모두 코발트 분말로 환원된 것을 확인할 수 있다.As shown in Figure 8 (a) ~ (e), XRD results show that the initial Co (OH) 2 slurry was reduced to cobalt powder with the reaction time and all the reaction time was reduced to cobalt powder over 30 minutes Can be.

도 9의 (a) ~ (e)에 도시된 바와 같이, SEM 사진을 보면 반응시간 0분의 Co(OH)2 슬러리는 하나의 커다란 슬러리에서 반응시간 5분에서 미세한 분말로 분해되고, 반응시간이 지날수록 미세하게 분배된 분말이 수지상형의 코발트 분말로 환원되는 것을 알 수 있다.As shown in (a) to (e) of FIG. 9, SEM image shows that the Co (OH) 2 slurry having a reaction time of 0 minutes is decomposed into a fine powder at a reaction time of 5 minutes in one large slurry, and the reaction time. It can be seen that the finely divided powder is reduced to the dendritic cobalt powder as it passes.

도 10의 (a) ~ (f)와 같이, XRD 결과를 보면 Co(OH)2 슬러리는 반응시간 5분에서는 존재하였으나, 반응시간 10분부터는 모두 코발트 분말로 환원된 것을 알 수 있다.As shown in (a) to (f) of FIG. 10, the XRD results showed that the Co (OH) 2 slurry was present at the reaction time of 5 minutes, but all were reduced to the cobalt powder from the reaction time of 10 minutes.

도 11의 (a) ~ (d)는 반응시간 5, 10, 15, 20분으로 실시했을 경우의 SEM 사진 결과로, 반응시간 5분에서는 Co(OH)2로 존재하였고, 분말의 형상은 약 0.5㎛의 구형의 분말을 나타내었다. 반면, 반응시간 10분 이상에서는 약 2㎛ 수지상형 분말이, 반응시간 15분에서는 약 3㎛ 수지상형 분말이, 반응시간 30분에서는 약 3.5㎛의 수지상형 분말이 형성되었다.
(A) to (d) of FIG. 11 are SEM photographs when the reaction time is 5, 10, 15, and 20 minutes, and Co (OH) 2 is present at the reaction time of 5 minutes, and the shape of the powder is about A spherical powder of 0.5 μm is shown. On the other hand, in the reaction time of 10 minutes or more, about 2㎛ dendritic powder, 15 minutes of reaction time, about 3㎛ dendritic powder, and the reaction time 30 minutes, about 3.5㎛ dendritic powder was formed.

이때, 도 8과 도 10의 XRD 결과를 비교해 보면, NaOH의 농도가 반응시간에 미치는 영향을 알 수 있다. NaOH 3.6M에서는 반응시간 30분에서 환원반응이 종료되었으며, NaOH 7.2M에서는 반응시간 10분에서 환원반응이 종료되었다. 이 결과로 실험 초기에 가정한 NaOH의 농도가 반응시간에 영향을 미친다는 것을 증명하였으며, NaOH 농도가 증가하면 반응시간이 감소한다는 것을 알 수 있다.At this time, comparing the XRD results of Figure 8 and Figure 10, it can be seen that the effect of NaOH concentration on the reaction time. In NaOH 3.6M, the reduction was terminated at 30 min reaction time, and in NaOH 7.2M the reduction was terminated at 10 min reaction time. As a result, it was proved that NaOH concentration assumed at the beginning of the experiment influences the reaction time, and it can be seen that the reaction time decreases as the NaOH concentration increases.

한편, 도 11의 (a) ~ (d)을 참조하면, 반응시간이 증가할수록 코발트 분말은 구형의 분말에서 수지상형의 분말로 변화하며, 분말의 크기 및 응집도가 증가하는 것을 알 수 있다.
Meanwhile, referring to FIGS. 11A to 11D, as the reaction time increases, the cobalt powder changes from a spherical powder to a dendritic powder, and the size and agglomeration of the powder increase.

반응온도에 따른 영향Effect of reaction temperature

반응온도가 분말제조시 미치는 영향을 알기 위해 반응온도의 변화에 따른 실험을 하였다. 실험조건은 CoCl2 0.3M, NaOH 3.6M, N2H4 1.2M, 반응시간 1시간에서 반응온도를 실온, 40, 50, 60, 70 및 80℃로 변화시켜 실험하였다.In order to know the effect of the reaction temperature on powder manufacturing, experiments were conducted according to the change of reaction temperature. Experimental conditions were tested by changing the reaction temperature to room temperature, 40, 50, 60, 70 and 80 ℃ in CoCl 2 0.3M, NaOH 3.6M, N 2 H 4 1.2M, reaction time 1 hour.

도 12는 반응온도에 따라 제조되는 코발트 분말을 XRD로 측정하여 나타낸 그래프이고, 도 13은 반응온도에 따라 제조되는 코발트 분말을 SEM으로 촬영한 사진이다.12 is a graph showing the cobalt powder prepared according to the reaction temperature measured by XRD, and FIG. 13 is a photograph taken by SEM of the cobalt powder prepared according to the reaction temperature.

도 12의 (a) ~ (f)와 같이, 반응온도가 실온에서는 Co(OH)2 슬러리의 환원반응이 일어나지 않았다. 반면에, 반응온도 40℃ 이상에서는 Co(OH)2 슬러리가 코발트 분말로 환원반응이 일어났음을 알 수 있다. 이것으로 보아 최소한 반응에 필요한 온도는 40℃이상임을 알 수 있다.As shown in (a) to (f) of FIG. 12, the reduction reaction of the Co (OH) 2 slurry did not occur at a reaction temperature of room temperature. On the other hand, it can be seen that the Co (OH) 2 slurry was reduced to cobalt powder at a reaction temperature of 40 ° C. or higher. From this it can be seen that the minimum temperature required for the reaction is 40 ℃ or more.

도 13의 (a) ~ (f)에 도시된 바와 같이, 반응온도 실온에서는 Co(OH)2 슬러리 형태의 분말이 보이며, 반응온도 40℃에서는 분말의 크기가 약 20㎛ 이상의 분말이 생성되었음을 알 수 있다. 반응온도 50℃에서의 분말의 크기는 15㎛ 정도이며, 분말의 분산도가 반응온도가 40℃ 보다 좋았다. 반응시간 60℃에서의 분말의 크기는 반응온도 50℃ 보다 작은 10㎛ 정도였으며, 분산도가 우수하였다.As shown in (a) to (f) of FIG. 13, a powder in the form of a slurry of Co (OH) 2 is seen at a reaction temperature of room temperature, and a powder of about 20 μm or more is formed at a reaction temperature of 40 ° C. Can be. The size of the powder at the reaction temperature of 50 ° C. was about 15 μm, and the dispersion degree of the powder was better than 40 ° C. The size of the powder at the reaction time of 60 ° C. was about 10 μm smaller than the reaction temperature of 50 ° C., and the dispersion degree was excellent.

따라서, 반응온도가 증가할수록 분말의 크기는 감소하며, 분말의 분산도가 우수하여짐을 알 수 있다. 이때, 반응온도가 증가함에 따라 분말의 크기 및 응집이 작아지는 이유는 반응온도가 증가함에 따라 용액에 용해되는 Co(OH)2가 증가하게 되고, 이 증가된 코발트 이온이 환원반응 초기에 더 많은 핵을 생성하기 때문이다.
Therefore, it can be seen that as the reaction temperature increases, the size of the powder decreases and the dispersion degree of the powder is excellent. In this case, as the reaction temperature increases, the size and agglomeration of the powder decreases, and as the reaction temperature increases, the Co (OH) 2 dissolved in the solution increases, and the increased cobalt ions increase more at the beginning of the reduction reaction. This is because it produces a nucleus.

환원제 농도 및 첨가속도에 따른 영향Effect of Reducing Agent Concentration and Addition Rate

하이드라진(N2H4)은 Co(OH)2 슬러리를 코발트 분말로 환원시킬 수 있게 산화환원에너지를 제공하는 환원제 역할을 한다. 이런 역할을 하는 하이드라진의 농도에 따라 제조되는 분말의 영향을 알기 위해 아래와 같은 실험을 하였다.Hydrazine (N 2 H 4 ) serves as a reducing agent to provide a redox energy to reduce the Co (OH) 2 slurry to cobalt powder. In order to know the effect of the powder produced according to the concentration of hydrazine to play this role, the following experiment was performed.

도 14는 환원제의 농도에 따라 제조되는 코발트 분말을 XRD로 측정하여 나타낸 그래프이고, 도 15는 환원제의 농도에 따라 제조되는 코발트 분말을 SEM으로 촬영한 사진이다.14 is a graph showing the cobalt powder prepared according to the concentration of the reducing agent by XRD, and FIG. 15 is a photograph taken by SEM of the cobalt powder prepared according to the concentration of the reducing agent.

실험 조건은CoCl2 0.3M, NaOH 7.2M, 반응온도 60℃, 반응시간 60분에서 N2H4 농도를 0.15M, 0.3M, 0.6M 및 0.9M로 변화하여 실험하였다.Experimental conditions were tested by changing the concentration of N 2 H 4 to 0.15M, 0.3M, 0.6M and 0.9M at CoCl 2 0.3M, NaOH 7.2M, reaction temperature 60 ℃, reaction time 60 minutes.

도 14의 (a) ~ (d)와 같이, XDR 결과 Co(OH)2 슬러리가 코발트 분말로 환원에 이론적으로 필요한 하이드라진 0.15M에서는 모두 환원되지 않고 소량의 Co(OH)2가 남아있음을 알 수 있다. 이론식보다 과량인 하이드라진 0.3M이상에서는 모두 코발트 분말로 환원된 것을 알 수 있다.As shown in FIGS. 14A to 14D, the hydrazine theoretically required for the reduction of the Co (OH) 2 slurry into the cobalt powder as a result of XDR At 0.15M, it can be seen that a small amount of Co (OH) 2 remains without being reduced. It can be seen that all of the excess hydrazine 0.3M or more than the theoretical formula was reduced to cobalt powder.

도 15의 (a) ~ (d)에 도시된 바와 같이, SEM 결과 하이드라진 농도 0.15M에서는 분말의 크기가 약 4㎛ 정도이며, 하이드라진 농도 0.3M, 0.6M 및 0.9M에서 분말의 크기는 모두 약 4 ~ 5㎛ 정도로 비슷하였으나, 하이드라진의 농도가 증가할수록 입자의 응집이 심해지는 것을 알 수 있다. 이처럼 하이드라진의 농도가 증가함에 따라 입자의 응집이 증가하는 이유는 생성된 분말의 표면에서 하이드라진의 표면 환원 반응이 증가하였기 때문이다.
As shown in (a) to (d) of FIG. 15, the SEM size of the powder was about 4 μm at the hydrazine concentration of 0.15M, and the powder size was all about the hydrazine concentrations of 0.3M, 0.6M, and 0.9M. Although it is similar to about 4 ~ 5㎛, it can be seen that as the concentration of the hydrazine increases, the aggregation of the particles becomes more severe. The reason why the aggregation of the particles increases as the concentration of the hydrazine increases is that the surface reduction reaction of the hydrazine on the surface of the resulting powder increases.

도 16은 환원제의 첨가속도에 따라 제조되는 코발트 분말을 SEM 으로 촬영한 사진이다.FIG. 16 is a SEM photograph of cobalt powder prepared according to an addition rate of a reducing agent. FIG.

실험조건은 CoCl2 0.3M, NaOH 7.2M, N2H4 1.2M, 반응온도 60℃, 반응시간 60분에서 환원제의 첨가속도를 1, 5, 10ml/min 및 직접첨가로 변화하여 실험하였다.Experimental conditions were tested by changing the addition rate of reducing agent to 1, 5, 10ml / min and direct addition at CoCl 2 0.3M, NaOH 7.2M, N 2 H 4 1.2M, reaction temperature 60 ℃, reaction time 60 minutes.

도 16의 (a) ~ (d)와 같이, 첨가속도 1ml/min에서 코발트 분말의 크기는 7 ~ 10㎛ 정도이며, 첨가속도 5ml/min, 10ml/min 및 직접첨가에서 분말의 크기는 5 ~ 7㎛정도로 비슷하였다. 그러나, 코발트 분말의 응집도를 살펴보면 환원제 첨가속도가 증가할수록 입자의 응집이 심해지는 것을 볼 수 있다. 이는 첨가속도가 느릴 경우 용액의 핵생성이 적고 핵성장이 길어 입자의 크기가 증가했기 때문이다.As shown in (a) to (d) of FIG. 16, the cobalt powder has a size of about 7 to 10 µm at an addition rate of 1 ml / min, and a powder size of 5 ml / min, 10 ml / min and a direct addition at 5 ml / min. It was similar to about 7㎛. However, when looking at the cohesion of the cobalt powder it can be seen that the aggregation of the particles is increased as the rate of addition of the reducing agent increases. This is because the particle size increases due to the low nucleation of the solution and the long nuclear growth when the addition rate is slow.

한편, 첨가속도가 5ml/min 이상에서는 핵생성이 일정하나 입자가 응집된 것은 용액에 용해된 코발트 이온이 코발트 분말로 환원되면 Co(OH)2 슬러리가 용해되는데 그 과정에서 첨가속도가 증가하면 용해되고 환원되는 속도보다 과량의 환원제가 증가하여 전에 생성된 입자의 표면에서 반응하여 응집되었기 때문이다.
On the other hand, when the addition rate is 5ml / min or more, nucleation is constant, but the particles are agglomerated, when the cobalt ions dissolved in the solution are reduced to the cobalt powder, the Co (OH) 2 slurry is dissolved. This is because an excess of reducing agent increases rather than the rate at which it is reduced and reacted and agglomerated at the surface of the previously produced particles.

코발트 이온에서의 환원반응 평가Evaluation of Reduction in Cobalt Ions

도 17은 코발트 이온에서 환원 반응시 NaBH4의 농도에 따라 제조되는 코발트 분말을 XRD로 측정하여 나타낸 그래프이고, 도 18은 코발트 이온에서 환원 반응시 NaBH4의 농도에 따라 제조되는 코발트 분말을 SEM으로 촬영한 사진이다.
FIG. 17 is a graph showing XRD of cobalt powder prepared according to the concentration of NaBH 4 during reduction in cobalt ions, and FIG. 18 is a SEM of cobalt powder prepared according to the concentration of NaBH 4 during reduction in cobalt ions. This picture was taken.

이 실험은 코발트 이온에서 코발트 분말로 환원하였을 경우 위의 슬러리 환원법으로 제조된 분말과 비교하기 위하여 수행하였다. 이때, 환원제로 하이드라진을 사용하지 않았는데, 그 이유는 코발트 이온이 용해되어 있는 용액은 대부분 산성용액 상태로 존재하는데 산성용액에서의 하이드라진은 하기 반응식 3과 같은 반응을 한다.This experiment was performed to compare with the powder prepared by the slurry reduction method when the cobalt ions reduced to cobalt powder. At this time, hydrazine was not used as a reducing agent, because most of the solutions in which cobalt ions are dissolved are present in an acidic solution, but hydrazine in the acidic solution reacts as in Scheme 3 below.

반응식 3 : N2 + 5H+ + 4e- = N2H5 + (-0.27V)Scheme 3: N 2 + 5H + + 4e - = N 2 H 5 + (-0.27V)

위 반응식 3과 같이, 산성용액에서의 -0.27V의 산화환원전위를 가지는 하이드라진은 코발트 이온에서 코발트 분말로 환원에 필요한 -0.277V 산화환원전위에 못 미쳐 코발트 분말로 환원이 불가능하다. 따라서, 이 실험에서는 환원제로 하이드라진이 아닌 NaBH4를 사용하여 코발트 이온을 분말로 환원하였다.
As shown in Scheme 3, hydrazine having a redox potential of -0.27V in an acidic solution cannot be reduced to cobalt powder because it falls short of the -0.277V redox potential required for reduction from cobalt ions to cobalt powder. Therefore, in this experiment, cobalt ions were reduced to powder using NaBH 4 rather than hydrazine as the reducing agent.

도 17의 (a) ~ (e)와 같이, XRD 결과 이론적으로 필요한 NaBH4 농도 0.15M 및 그보다 과량인 NaBH4 0.3M에서는 아무런 피크가 나타나지 않았다. NaBH4 농도 0.6M 이상에서 코발트의 비정질 피크가 나타났다.As shown in (a) to (e) of FIG. 17, no peak was observed at the NaBH 4 concentration of 0.15M theoretically required and excess NaBH 4 0.3M. An amorphous peak of cobalt was seen at a NaBH 4 concentration of 0.6M or higher.

도 18의 (a) ~ (e)에 도시된 바와 같이, NaBH4 0.6M에서 제조된 코발트 분말의 크기는 60n로 매우 미세하였다. NaBH4 1.2M 및 1.8M에서 분말의 크기 및 분산도는 NaBH4 0.6M에서 변화가 거의 없다는 것을 알 수 있다.
As shown in (a) to (e) of Figure 18, the size of the cobalt powder prepared in NaBH 4 0.6M was very fine 60n. It can be seen that the size and dispersion of the powder at NaBH 4 1.2M and 1.8M show little change at NaBH 4 0.6M.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

S110 : 슬러리 형성 단계
S120 : 투입 단계
S130 : 교반 단계
S140 : 코발트 분말 수득 단계
S110: slurry formation step
S120: Input Step
S130: stirring step
S140: cobalt powder obtaining step

Claims (12)

(a) 코발트 염 및 NaOH를 1 : 8 ~ 1 : 24의 중량비로 용매에 용해시켜 Co(OH)2 슬러리를 형성하는 단계;
(b) 상기 Co(OH)2 슬러리를 반응 용기에 투입하는 단계;
(c) 상기 반응 용기에 투입된 슬러리를 가열하면서 교반하는 단계; 및
(d) 상기 교반된 Co(OH)2 슬러리에 환원제를 공급하여 상기 Co(OH)2 슬러리를 환원 반응시켜 코발트 분말을 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 코발트 분말 제조 방법.
(a) dissolving cobalt salt and NaOH in a solvent at a weight ratio of 1: 8 to 1:24 to form a Co (OH) 2 slurry;
(b) injecting said Co (OH) 2 slurry into a reaction vessel;
(c) stirring the slurry introduced into the reaction vessel while heating; And
Method cobalt powder produced, characterized in that it comprises a; (d) to obtain the above Co (OH) by reacting cobalt powder reduced the second slurry by supplying the reducing agent to the above stirred Co (OH) 2 slurry.
제1항에 있어서,
상기 코발트 염은
CoCl2, CoSO4 및 Co(OH)2 중 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 코발트 분말 제조 방법.
The method of claim 1,
The cobalt salt is
CoCl 2 , CoSO 4 And Co (OH) 2 Cobalt powder manufacturing method characterized in that one selected from.
제1항에 있어서,
상기 용매는
증류수(H2O)를 이용하는 것을 특징으로 하는 코발트 분말 제조 방법.
The method of claim 1,
The solvent
Method for producing cobalt powder, characterized by using distilled water (H 2 O).
제1항에 있어서,
상기 환원제는
N2H4 또는 NaBH4 인 것을 특징으로 하는 코발트 분말의 제조 방법.
The method of claim 1,
The reducing agent
Process for producing cobalt powder, characterized in that N 2 H 4 or NaBH 4 .
제4항에 있어서,
상기 N2H4
하이드라진 모노하이드레이트(Hydrazine monohydrate) 형태로 공급되며, 상기 하이드라진 모노하이드레이트(Hydrazine monohydrate)는 드롭와이즈(dropwise) 방식으로 공급하는 것을 특징으로 하는 코발트 분말 제조 방법.
5. The method of claim 4,
N 2 H 4 is
It is supplied in the form of hydrazine monohydrate (Hydrazine monohydrate), the hydrazine monohydrate (Hydrazine monohydrate) is a cobalt powder manufacturing method characterized in that the supply in a dropwise (dropwise) method.
제1항에 있어서,
상기 코발트 염과 환원제는
1 : 1 ~ 1 : 3의 중량비로 첨가하는 것을 특징으로 하는 코발트 분말의 제조 방법.
The method of claim 1,
The cobalt salt and reducing agent
A method for producing cobalt powder, which is added in a weight ratio of 1: 1 to 1: 3.
제1항에 있어서,
상기 환원제의 첨가 속도는
1ml/min ~ 7ml/min으로 실시하는 것을 특징으로 하는 코발트 분말의 제조 방법.
The method of claim 1,
The rate of addition of the reducing agent is
A method of producing cobalt powder, characterized in that it is carried out at 1ml / min ~ 7ml / min.
제2항에 있어서,
상기 CoCl2 및 NaOH는
하기 반응식 1의 화학반응을 하는 것을 특징으로 하는 코발트 분말의 제조 방법.
반응식 1 : CoCl2 + 2NaOH → Co(OH)2 + 2Na+ + 2Cl-
The method of claim 2,
CoCl 2 and NaOH
Process for producing a cobalt powder, characterized in that the chemical reaction of Scheme 1.
Scheme 1: CoCl 2 + 2NaOH → Co (OH) 2 + 2Na + + 2Cl -
제8항에 있어서,
상기 코발트 분말은
상기 반응식 1에 의하여 수득한 Co(OH)2 슬러리에 N2H4를 첨가하여 하기의 반응식 2를 통하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 코발트 분말 제조 방법.
반응식 2 : 2Co(OH)2 + N2H4 → 2Co + N2 + 4H2O
9. The method of claim 8,
The cobalt powder is
The method for producing cobalt powder, which is obtained through the following Scheme 2 by adding N 2 H 4 to the Co (OH) 2 slurry obtained by the above Scheme 1.
Scheme 2: 2Co (OH) 2 + N 2 H 4 → 2Co + N 2 + 4H 2 O
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에 의하여 수득한 코발트 분말은
1 ~ 10㎛의 평균 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 코발트 분말의 제조 방법.
The method of claim 1,
Cobalt powder obtained by the step (d)
It has a mean diameter of 1-10 micrometers, The manufacturing method of the cobalt powder characterized by the above-mentioned.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서,
상기 환원 반응은
반응온도 : 40 ~ 80℃ 및 반응시간 : 1 ~ 60분으로 실시하는 것을 특징으로 하는 코발트 분말 제조 방법.
The method of claim 1,
In the step (d)
The reduction reaction is
Cobalt powder production method characterized in that the reaction temperature: 40 ~ 80 ℃ and reaction time: 1 to 60 minutes.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계 이후,
(e) 상기 환원된 코발트 분말을 고액 분리하여 에탄올 및 증류수로 세척하는 단계와,
(f) 상기 세척된 코발트 분말을 50 ~ 70℃에서 건조하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코발트 분말의 제조 방법.
The method of claim 1,
After the step (d)
(e) solid-liquid separation of the reduced cobalt powder and washing with ethanol and distilled water;
(F) drying the washed cobalt powder at 50 ~ 70 ℃; method of producing a cobalt powder further comprises.
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