RU2660549C2 - Method of production of ultrafine powder of cobalt metal - Google Patents
Method of production of ultrafine powder of cobalt metal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2660549C2 RU2660549C2 RU2016138637A RU2016138637A RU2660549C2 RU 2660549 C2 RU2660549 C2 RU 2660549C2 RU 2016138637 A RU2016138637 A RU 2016138637A RU 2016138637 A RU2016138637 A RU 2016138637A RU 2660549 C2 RU2660549 C2 RU 2660549C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cobalt
- hydroxide
- heat treatment
- oxygen
- ultrafine powder
- Prior art date
Links
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 10
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 title abstract description 17
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 title abstract description 17
- 239000000843 powder Substances 0.000 title abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 22
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 21
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 17
- 229910021503 Cobalt(II) hydroxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- ASKVAEGIVYSGNY-UHFFFAOYSA-L cobalt(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Co+2] ASKVAEGIVYSGNY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 16
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 15
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate Chemical compound [Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910001981 cobalt nitrate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims abstract description 6
- 150000001869 cobalt compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 5
- MULYSYXKGICWJF-UHFFFAOYSA-L cobalt(2+);oxalate Chemical compound [Co+2].[O-]C(=O)C([O-])=O MULYSYXKGICWJF-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 7
- 229910020599 Co 3 O 4 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 2
- UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N cobalt(II,III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Co+2].[Co+3].[Co+3] UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 22
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 7
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 6
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N Pentane Chemical compound CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- SZKXDURZBIICCF-UHFFFAOYSA-N cobalt;pentane-2,4-dione Chemical compound [Co].CC(=O)CC(C)=O SZKXDURZBIICCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010908 decantation Methods 0.000 description 2
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 2
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 229910018916 CoOOH Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 150000001868 cobalt Chemical class 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- -1 nitrate oxalate cobalt Chemical compound 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N octane Chemical compound CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229930195734 saturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001149 thermolysis Methods 0.000 description 1
- VOITXYVAKOUIBA-UHFFFAOYSA-N triethylaluminium Chemical compound CC[Al](CC)CC VOITXYVAKOUIBA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B23/00—Obtaining nickel or cobalt
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G51/00—Compounds of cobalt
- C01G51/04—Oxides; Hydroxides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения ультра- и нанодисперсных порошков металлического кобальта, которые используют в композиционных материалах на основе металлического кобальта, при изготовлении твердых сплавов группы алмаз (карбид вольфрама, карбид кремния, оксид алюминия), быстрорежущей стали, для создания электропроводящих покрытий, а также в качестве катализаторов.The invention relates to the field of powder metallurgy, in particular to methods for producing ultrafine and nanodispersed powders of metal cobalt, which are used in composite materials based on metal cobalt, in the manufacture of hard alloys of the diamond group (tungsten carbide, silicon carbide, aluminum oxide), high speed steel, to create electrically conductive coatings, as well as catalysts.
Известен способ получения нанодисперсного порошка металлического кобальта, в частности наноструктурированного агломерата металлического кобальта путем восстановления толуольного раствора ацетилацетона кобальта (II) раствором триэтилалюминия в атмосфере аргона с добавлением углеводородов (пентана, гексана, гептана или октана) в качестве восстановителя (Патент RU 2492029; МПК B22F 9/16, В82В 1/00, B82Y 30/00; 2013 г.).A known method for producing nanodispersed powder of metallic cobalt, in particular nanostructured agglomerate of metallic cobalt by reducing a toluene solution of cobalt acetylacetone (II) with a solution of triethyl aluminum in an argon atmosphere with the addition of hydrocarbons (pentane, hexane, heptane or octane) as a reducing agent (Patent RU 242229; 9/16,
Недостатками известного способа являяются: присутствие большого количество углерода в конечном продукте, такой продукт можно использовать в основном только в каталитических процессах; наличие предельных углеводородов в процессе хоть и в жидком состоянии, может создавать высокие концентрации паров в производственных помещениях благодаря своей летучести, приводить к недостатку кислорода в воздухе и опасности профессиональных отравлений.The disadvantages of this method are: the presence of a large amount of carbon in the final product, such a product can be used mainly only in catalytic processes; the presence of saturated hydrocarbons in the process, although in a liquid state, can create high vapor concentrations in industrial premises due to its volatility, lead to a lack of oxygen in the air and the risk of occupational poisoning.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения нанодисперсного порошка металлического кобальта, который включает восстановление оксида кобальта в токе аммиака или газовой смеси азота и водорода (соотношение 20 об. % и 80 об. % соответственно) при температуре 300-550°С в течение 3-7 часов со скоростью нагрева 3-7°С/мин (Patent USA 5968228, МПК С22В 5/00, С22В 5/12, С22В 23/02, С22В 23/00, С22В 023/00; 1999 г.) (прототип).Closest to the proposed method is a method for producing nanodispersed powder of metallic cobalt, which includes the reduction of cobalt oxide in a stream of ammonia or a gas mixture of nitrogen and hydrogen (ratio of 20 vol.% And 80 vol.%, Respectively) at a temperature of 300-550 ° C for 3 -7 hours with a heating rate of 3-7 ° C / min (Patent USA 5968228, IPC С22В 5/00, С22В 5/12, С22В 23/02, С22В 23/00, С22В 023/00; 1999) (prototype )
Недостатками известного способа являются длительное время термообработки, что повышает энергозатраты процесса, и возможность получения конечного продукта в предлагаемых условиях только с размером частиц в несколько микрон.The disadvantages of this method are the long heat treatment time, which increases the energy consumption of the process, and the possibility of obtaining the final product under the proposed conditions only with a particle size of several microns.
Перед авторами стояла задача сократить длительность процесса с возможностью получения конечного продукта с размером частиц в ультрадисперсном диапазоне.The authors were faced with the task of reducing the duration of the process with the possibility of obtaining a final product with a particle size in the ultrafine range.
Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения ультрадисперсного порошка металлического кобальта, включающем термообработку кислородсодержащего соединения кобальта в газовой среде, в котором предварительно водный раствор оксалата или нитрата кобальта обрабатывают раствором гидроксида натрия или калия при рН=8-12 в присутствии сажи, взятой в пересчете на оксид в соотношении Co3O4÷C=1÷4 с получением кислородсодержащего соединения кобальта в виде осадка гидроксида кобальта, который промывают, фильтруют и сушат, при этом термообработку гидроксида кобальта осуществляют микроволновым излучением в токе аргона со скоростью подачи 5-6 л/час на частоте 2450-3000 МГц и мощности 700-1000 Вт при температуре 900°С в течение 15 мин со скоростью нагрева 20°С/мин до 500°С и 10°С/мин до 900°С.The problem is solved in the proposed method for producing ultrafine metal cobalt powder, including heat treatment of an oxygen-containing cobalt compound in a gaseous medium, in which a pre-aqueous solution of cobalt oxalate or cobalt nitrate is treated with a solution of sodium or potassium hydroxide at pH = 8-12 in the presence of soot, taken in terms of oxide in the ratio Co 3 O 4 ÷ C = 1 ÷ 4 to obtain an oxygen-containing cobalt compound in the form of a precipitate of cobalt hydroxide, which is washed, filtered and dried, while cobalt hydroxide is treated with microwave radiation in an argon stream with a feed rate of 5-6 l / h at a frequency of 2450-3000 MHz and a power of 700-1000 W at a temperature of 900 ° C for 15 min with a heating rate of 20 ° C / min to 500 ° C and 10 ° C / min to 900 ° C.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения металлического кобальта с получением в качестве промежуточного продукта - смеси гидроксида кобальта с источником углерода путем жидкофазного осаждения из водных растворов нитрата или оксалата кобальта и последующей термообработкой микроволновым излучением при соблюдении предлагаемых параметров проведения процесса.Currently, from the patent and scientific literature there is no known method for producing cobalt metal with obtaining as an intermediate product a mixture of cobalt hydroxide with a carbon source by liquid-phase deposition from aqueous solutions of cobalt nitrate or cobalt oxalate and subsequent microwave heat treatment, subject to the proposed process parameters .
В ходе исследований, проводимых авторами, предлагаемого технического решения, во время получения промежуточного продукта - осадка гидроксида кобальта путем осаждения из водных растворов нитрата или оксалата кобальта раствором гидроксида натрия или калия на углеродном носителе при рН в диапазоне от 8 до 12 было установлено, что гидроксид кобальта полностью выпадает в осадок в виде Со(ОН)2↓ розового цвета. Растворы были прозрачными и имели розово-коричневатый цвет.In the course of research conducted by the authors of the proposed technical solution, during the preparation of an intermediate product - cobalt hydroxide precipitate by precipitation from aqueous solutions of cobalt nitrate or cobalt oxalate with a solution of sodium or potassium hydroxide on a carbon support at a pH in the range from 8 to 12, it was found that hydroxide cobalt completely precipitates in the form of Co (OH) 2 ↓ pink. The solutions were clear and had a pinkish-brownish color.
Согласно данным SEM морфология частиц гидроксида кобальта в прекурсоре значительно отличалась в зависимости от качества исходной соли. Из растворов нитрата кобальта формировался дисперсный хлопьевидный осадок, который состоял из тонких частиц пластинчатой формы, с продольным размером менее 200 нм и толщиной менее 30 нм (Фиг. 1а). Из растворов оксалата кобальта частицы формировались в виде нитей (палочек) диаметром менее 300 нм, которые в длину могли вырастать до десятков микрон (Фиг. 1b). Результаты удельной площади поверхности также показали значительное различие величин - 167,68 м2/г и 12,17 м2/г для полученных прекурсора из раствора нитрата или оксалата кобальта, соответственно (Табл. 1, №1, 2). Рентгенофазовым анализом установлено, что промежуточный продукт представляет собой тесную механическую смесь частиц гидроксида кобальта, который формировался в гексагональной ячейке (Р-3ml, a=3.1860 (10) и с=4.6530 (10) ) (Фиг. 2а), и рентгеноаморфной ацетиленовой сажи.According to SEM data, the morphology of cobalt hydroxide particles in the precursor was significantly different depending on the quality of the starting salt. A dispersed flocculent precipitate was formed from cobalt nitrate solutions, which consisted of thin lamellar particles with a longitudinal size of less than 200 nm and a thickness of less than 30 nm (Fig. 1a). From cobalt oxalate solutions, particles were formed in the form of filaments (sticks) with a diameter of less than 300 nm, which could grow up to tens of microns in length (Fig. 1b). The results of the specific surface area also showed a significant difference in the values - 167.68 m 2 / g and 12.17 m 2 / g for the obtained precursor from a solution of cobalt nitrate or oxalate, respectively (Table 1, No. 1, 2). X-ray phase analysis showed that the intermediate product is a close mechanical mixture of cobalt hydroxide particles that formed in a hexagonal cell (P-3ml, a = 3.1860 (10) and c = 4.6530 (10) ) (Fig. 2a), and X-ray amorphous acetylene black.
Для термообработки промежуточного продукта использовали микроволновое излучение. На стадии термолиза было установлено, что дегидратация свежеосажденного гидроксида кобальта протекает с формированием промежуточного продукта - гидроксида кобальта СоООН ромбоэдрической модификации (R-3m, а=2,855 , c=13,156 ) (Фиг. 2b). При продолжении термообработки выше 200°С с помощью SEM-контроля удалось зафиксировать разрушение нитей гидроксида кобальта, полученного из растворов оксалата кобальта, и спекание пластинчатых частиц гидроксида кобальта, полученного из азотнокислых солей кобальта (Фиг. 1c-d). За счет зафиксированных явлений происходило выравнивание морфологии и размеров частиц в образцах. Заканчивался процесс дегидратации при температуре 400°С с формированием оксидной фазы Co3O4 кубической модификации (Fd-3m, а=8,082 ) (Фиг. 2с-е). Аттестация оксида кобальта показала, что независимо от качества исходного прекурсора размер частиц достигал ~300 нм и наблюдалось практическое выравнивание величин удельной площади поверхности 45,6 м2/г и 57,3 м2/г для продукта, полученного из раствора оксалата кобальта или азотнокислого кобальта, соответственно (Табл. 1, №3, 4). Продолжая термообработку оксида кобальта на стадии восстановления, был зафиксирован нестехиометричный оксид кобальта СоО кубической модификации (Fm-43m, a=4.544(3) ) (Фиг. 2f) при температуре 700°С. Конечный продукт - однофазный металлический кобальт кубической модификации (Fm-3m) с параметром решетки а=3,544(7) был синтезирован при температуре 900°С за 15 минут (Фиг. 2g). Морфология частиц конечного продукта приведена на Фиг. 3. Удельная поверхность ультрадисперсного порошка металлического кобальта составила 15 м2/г (Табл. 1, №5).Microwave radiation was used to heat treat the intermediate. At the thermolysis stage, it was found that the dehydration of freshly precipitated cobalt hydroxide proceeds with the formation of an intermediate product, cobalt hydroxide, CoOOH of the rhombohedral modification (R-3m, а = 2.855 , c = 13,156 ) (Fig. 2b). With continued heat treatment above 200 ° C, using SEM control, it was possible to fix the destruction of cobalt hydroxide filaments obtained from cobalt oxalate solutions and the sintering of plate particles of cobalt hydroxide obtained from cobalt nitrate salts (Fig. 1c-d). Due to the recorded phenomena, the morphology and particle sizes in the samples were aligned. The dehydration process at a temperature of 400 ° С was completed with the formation of the oxide phase of Co 3 O 4 of cubic modification (Fd-3m, а = 8.082 ) (Fig. 2c-e). Certification of cobalt oxide showed that, regardless of the quality of the initial precursor, the particle size reached ~ 300 nm and there was a practical alignment of the specific surface area of 45.6 m 2 / g and 57.3 m 2 / g for the product obtained from a solution of cobalt or nitrate oxalate cobalt, respectively (Table 1, No. 3, 4). Continuing the heat treatment of cobalt oxide at the reduction stage, non-stoichiometric cobalt oxide CoO of cubic modification was recorded (Fm-43m, a = 4.544 (3) ) (Fig. 2f) at a temperature of 700 ° C. The final product is single-phase cubic metal cobalt (Fm-3m) with a lattice parameter a = 3.544 (7) was synthesized at a temperature of 900 ° C in 15 minutes (Fig. 2g). The morphology of the final product particles is shown in FIG. 3. The specific surface of the ultrafine metal cobalt powder was 15 m 2 / g (Table 1, No. 5).
При помощи планиметрической оценки по фотографиям РЭМ, на основе замеров около 1000 частиц, было установлено, что полученный порошок ультрадисперсного металлического кобальта состоит из частиц со средним размером диаметра менее 300 нм, распределение которых приведено на (Фиг. 4).Using a planimetric assessment from SEM photographs, based on measurements of about 1000 particles, it was found that the obtained ultrafine cobalt metal powder consists of particles with an average diameter size of less than 300 nm, the distribution of which is shown in (Fig. 4).
Использование микроволнового излучения в процессе термообработки в определенных температурных интервалах для получения ультрадисперсного порошка металлического кобальта позволяет блокировать рост зерна, избегать оплавления и спекания частиц и получать конечный продукт за значительно более короткий период времени -1 час в виде порошка с частицами в ультрадисперсном состоянии.The use of microwave radiation during heat treatment in certain temperature ranges to obtain ultrafine powder of cobalt metal allows you to block grain growth, to avoid melting and sintering of particles and to obtain the final product for a significantly shorter period of time -1 hour in the form of a powder with particles in an ultrafine state.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать ультрадисперсные порошки металлического кобальта со средним размером частиц 300 нм, с удельной площадью поверхности ~15 м2/г, которые могут широко использоваться в получении твердых сплавов, режущего инструмента и износостойких покрытий.Thus, the proposed method allows to obtain ultrafine powders of metallic cobalt with an average particle size of 300 nm, with a specific surface area of ~ 15 m 2 / g, which can be widely used in the production of hard alloys, cutting tools and wear-resistant coatings.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.The proposed method is as follows.
Берут водный раствор оксалата или нитрата кобальта, в который до стадии осаждения вводят рассчитанное количество углерода в виде ацетиленовой сажи в соотношении Co3O4÷C=1÷4 (в пересчете на оксид). Осаждение кислого раствора соли кобальта проводят водным раствором гидроксида натрия или калия до рН 8-12 при помощи делительной воронки при постоянном перемешивании. Полученный осадок промывают, фильтруют и сушат в сушильном шкафу при Т=100°С. Далее полученный продукт подвергают термообработке в микроволновой муфельной печи в токе инертной среды (Ar) со скоростью подачи 5-6 л/час. Нагрев выполняют со скоростью 20°С/мин до 500°С и 10°С/мин до 900°С, с выдержкой на конечной стадии в течение 15 мин. Термообработку проводят в микроволновой муфельной печи "СВЧ-лаборант" фирмы ООО "НПО "Урал-Гефест" в токе аргона. Перед проведением термообработки высушенный порошок прессуют в таблетки (∅10 мм, h=10 мм), помещают в кварцевый тигель, закрывают кварцевой крышкой и устанавливают в рабочую часть муфеля микроволновой печи. Конечный продукт аттестуют.An aqueous solution of cobalt oxalate or nitrate is taken, into which, before the precipitation stage, the calculated amount of carbon in the form of acetylene black is introduced in the ratio Co 3 O 4 ÷ C = 1 ÷ 4 (in terms of oxide). Precipitation of an acidic solution of cobalt salt is carried out with an aqueous solution of sodium or potassium hydroxide to pH 8-12 using a separatory funnel with constant stirring. The resulting precipitate is washed, filtered and dried in an oven at T = 100 ° C. Next, the resulting product is subjected to heat treatment in a microwave muffle furnace in a stream of inert medium (Ar) with a feed rate of 5-6 l / h. Heating is performed at a speed of 20 ° C / min to 500 ° C and 10 ° C / min to 900 ° C, with exposure at the final stage for 15 minutes Heat treatment is carried out in a microwave muffle furnace "Microwave Laboratory Assistant", LLC Ural-Hephaestus LLC under argon flow. Before the heat treatment, the dried powder is pressed into tablets (∅10 mm, h = 10 mm), placed in a quartz crucible, closed with a quartz cover and install in the working part of the muffle of the microwave oven.The final product is certified.
Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.The proposed method is illustrated by the following examples.
Пример 1.Example 1
Берут 600 мл водного раствора нитрата кобальта с содержанием кобальта 15 г/л. Далее в него вводят сажу, рассчитанную на оксид кобальта, в соотношении Co3O4÷С=1÷4 в количестве 2,36 г. Раствор гидроксида натрия (NaOH, 25%) вводят при помощи делительной воронки до рН 12 при постоянном перемешивании. В результате получают осадок, который промывают методом декантации до нейтральной среды рН 6, фильтруют и сушат в сушильном шкафу при температуре 100-120°С в течение 1 ч. Полученный промежуточный продукт, Co(OH)2||4C, представляет собой дисперсный хлопьевидный осадок, который состоит из тонких частиц гидроксида кобальта пластинчатой формы, с продольным размером менее 200 нм и толщиной менее 30 нм и частиц сажи шарообразной формы в диаметре ~200 нм.Take 600 ml of an aqueous solution of cobalt nitrate with a cobalt content of 15 g / l. Then, carbon black calculated on cobalt oxide is introduced into it in the ratio of Co 3 O 4 ÷ C = 1 ÷ 4 in the amount of 2.36 g. A solution of sodium hydroxide (NaOH, 25%) is introduced using a separatory funnel to pH 12 with constant stirring . The result is a precipitate that is washed by decantation to a neutral medium of pH 6, filtered and dried in an oven at a temperature of 100-120 ° C for 1 h. The obtained intermediate product, Co (OH) 2 || 4C, is a dispersed flocculent sediment, which consists of thin lamellar cobalt hydroxide particles with a longitudinal size of less than 200 nm and a thickness of less than 30 nm and spherical carbon black particles with a diameter of ~ 200 nm.
Полученный сухой порошок прессуют в виде таблетки ∅ 10 мм и помещают в кварцевый тигель, который, в свою очередь, помещают в муфель микроволновой печи. Далее проводят термообработку в токе аргона со скоростью подачи 5 л/ч на частоте 2450 МГц и мощности 700 Вт. Нагрев выполняют со скоростью 20°С/мин до 500°С и 10°С/мин до 900°С, с выдержкой на конечной стадии в течение 15 мин. В результате получают ~4,0 г продукта - ультрадисперсного порошка металлического кобальта кубической модификации со средним размером частиц 300 нм и параметром решетки а=3,544(7) . Площадь удельной поверхности образца составила 15,0 м2/г.The obtained dry powder is pressed into a ∅ 10 mm tablet and placed in a quartz crucible, which, in turn, is placed in a muffle of a microwave oven. Next, heat treatment is carried out in an argon stream with a feed rate of 5 l / h at a frequency of 2450 MHz and a power of 700 watts. Heating is performed at a speed of 20 ° C / min to 500 ° C and 10 ° C / min to 900 ° C, with exposure at the final stage for 15 minutes The result is ~ 4.0 g of a product - an ultrafine powder of metallic cobalt of cubic modification with an average particle size of 300 nm and a lattice parameter of a = 3.544 (7) . The specific surface area of the sample was 15.0 m 2 / g.
Пример 2.Example 2
Берут 600 мл водного раствора нитрата кобальта с содержанием кобальта 15 г/л. Далее в него вводят сажу, рассчитанную на оксид кобальта, в соотношении Co3O4÷C=1÷4 в количестве 2,36 г. Раствор гидроксида калия (KOH, 25%) вводят при помощи делительной воронки до рН 8 при постоянном перемешивании. В результате получают осадок, который промывают методом декантации до нейтральной среды рН 6. фильтруют и сушат в сушильном шкафу при температуре 100-120°С в течение 1 ч. Полученный промежуточный продукт, Co(OH)2||C, представляет собой дисперсный хлопьевидный осадок, который состоит из тонких частиц гидроксида кобальта пластинчатой формы, с продольным размером менее 200 нм и толщиной менее 30 нм и частиц сажи шарообразной формы в диаметре ~200 нм.Take 600 ml of an aqueous solution of cobalt nitrate with a cobalt content of 15 g / l. Then, carbon black calculated on cobalt oxide is introduced into it in the ratio of Co 3 O 4 ÷ C = 1 ÷ 4 in the amount of 2.36 g. A solution of potassium hydroxide (KOH, 25%) is introduced using a separatory funnel to pH 8 with constant stirring . The result is a precipitate that is washed by decantation to a neutral medium of pH 6. filtered and dried in an oven at a temperature of 100-120 ° C for 1 h. The resulting intermediate product, Co (OH) 2 || C, is a dispersed flocculent sediment, which consists of thin lamellar cobalt hydroxide particles with a longitudinal size of less than 200 nm and a thickness of less than 30 nm and spherical carbon black particles with a diameter of ~ 200 nm.
Полученный сухой порошок прессуют в виде таблетки ∅ 10 мм и помещают в кварцевый тигель, который, в свою очередь помещают в муфель микроволновой печи. Далее проводят термообработку в токе аргона со скоростью 5 л/ч на частоте 2450 МГц и мощности 700 Вт. Нагрев выполняют со скоростью 20°С/мин до 500°С и 10°С/мин до 900°С, с выдержкой на конечной стадии в течение 15 мин. В результате получают ~4,0 г продукта - ультрадисперсного порошка металлического кобальта кубической модификации со средним размером частиц 300 нм и параметром решетки а=3,544(7) . Площадь удельной поверхности образца составила 12.0 м2/г.The resulting dry powder is pressed into a ∅ 10 mm tablet and placed in a quartz crucible, which, in turn, is placed in a muffle of a microwave oven. Next, heat treatment is carried out in an argon stream at a speed of 5 l / h at a frequency of 2450 MHz and a power of 700 watts. Heating is performed at a speed of 20 ° C / min to 500 ° C and 10 ° C / min to 900 ° C, with exposure at the final stage for 15 minutes The result is ~ 4.0 g of a product - an ultrafine powder of metallic cobalt of cubic modification with an average particle size of 300 nm and a lattice parameter of a = 3.544 (7) . The specific surface area of the sample was 12.0 m 2 / g.
Таким образом, используя в процессе получения металлического кобальта сочетание двух процессов - жидкофазное осаждение на углеродном носителе и термообработку в микроволновом поле, авторам удалось сократить время синтеза до 1 часа и получить порошок металлического кобальта в ультрадисперсном состоянии (размер частиц 300 нм) с высокоразвитой поверхностной активностью.Thus, using a combination of two processes in the process of producing cobalt metal — liquid-phase deposition on a carbon carrier and heat treatment in a microwave field, the authors were able to reduce the synthesis time to 1 hour and obtain cobalt metal powder in an ultrafine state (
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016138637A RU2660549C2 (en) | 2016-09-29 | 2016-09-29 | Method of production of ultrafine powder of cobalt metal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016138637A RU2660549C2 (en) | 2016-09-29 | 2016-09-29 | Method of production of ultrafine powder of cobalt metal |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016138637A RU2016138637A (en) | 2018-04-02 |
RU2016138637A3 RU2016138637A3 (en) | 2018-05-25 |
RU2660549C2 true RU2660549C2 (en) | 2018-07-06 |
Family
ID=61866811
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016138637A RU2660549C2 (en) | 2016-09-29 | 2016-09-29 | Method of production of ultrafine powder of cobalt metal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2660549C2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112846213B (en) * | 2021-01-05 | 2023-01-06 | 有研工程技术研究院有限公司 | Preparation method of low-oxygen high-dispersion nano spherical cobalt powder |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5968228A (en) * | 1998-09-04 | 1999-10-19 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Process for preparing cobalt metals using nitrogen reductant |
RU2489509C1 (en) * | 2012-04-27 | 2013-08-10 | Открытое акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" | Processing method of cobalt-containing wastes |
RU2492029C1 (en) * | 2012-02-27 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ") | Method of producing cobalt nano-sized powders (versions) |
RU2534323C1 (en) * | 2013-08-08 | 2014-11-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук (ИХТРЭМС КНЦ РАН) | Metallic cobalt obtaining method |
RU2551034C1 (en) * | 2013-11-07 | 2015-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Method of cobaltous oxide co3o4 production for hard alloys manufacturing |
-
2016
- 2016-09-29 RU RU2016138637A patent/RU2660549C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5968228A (en) * | 1998-09-04 | 1999-10-19 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Process for preparing cobalt metals using nitrogen reductant |
RU2492029C1 (en) * | 2012-02-27 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ") | Method of producing cobalt nano-sized powders (versions) |
RU2489509C1 (en) * | 2012-04-27 | 2013-08-10 | Открытое акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" | Processing method of cobalt-containing wastes |
RU2534323C1 (en) * | 2013-08-08 | 2014-11-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук (ИХТРЭМС КНЦ РАН) | Metallic cobalt obtaining method |
RU2551034C1 (en) * | 2013-11-07 | 2015-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Method of cobaltous oxide co3o4 production for hard alloys manufacturing |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016138637A3 (en) | 2018-05-25 |
RU2016138637A (en) | 2018-04-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wu et al. | Rapid preparation of Bi2WO6 photocatalyst with nanosheet morphology via microwave-assisted solvothermal synthesis | |
Saladino et al. | Synthesis of Nd: YAG nanopowder using the citrate method with microwave irradiation | |
Hwang et al. | Preparation and characteristics of ferrite catalysts for reduction of CO2 | |
Gwag et al. | Interfacial natures and controlling morphology of Co oxide nanocrystal structures by adding spectator Ni ions | |
CN108031856B (en) | Preparation method of high-cobalt nano/superfine WC-Co composite powder | |
Xie et al. | Preparation of nano-sized titanium carbide particles via a vacuum carbothermal reduction approach coupled with purification under hydrogen/argon mixed gas | |
Shi et al. | Hydrogen plasma reduction induced oxygen vacancies in cubic In2O3 particles with enhanced photocatalytic performance | |
CN112938936B (en) | Metal atom loaded nanocomposite and preparation method thereof | |
WO2020109304A1 (en) | Preparation method for preparing a catalyst based on iron nanoparticles, cobalt nanoparticles or alloys thereof, the catalyst thus prepared and use of the catalyst for the selective hydrogenation of carbon dioxide to isobutane | |
Lan et al. | Nanoceria synthesis in the KC l‐LiCl salt system: crystal formation and properties | |
Duan et al. | Characterization of ZnSe microspheres synthesized under different hydrothermal conditions | |
CN109569625B (en) | Method for preparing supported metal nickel-based catalyst | |
Yuan et al. | Synthesis of uniform ZnGa2O4 nanoparticles with high photocatalytic activity | |
RU2660549C2 (en) | Method of production of ultrafine powder of cobalt metal | |
Shveikin et al. | Products of carbothermal reduction of tungsten oxides in argon flow | |
Babu et al. | Surfactant assisted growth and optical studies of NiCo2O4 nanostructures through microwave heating method | |
Chu et al. | Synthesis and characterization of novel coral spherical bismuth oxide | |
Liu et al. | Synthesis of relatively monodisperse ZnO nanocrystals from a precursor zinc 2, 4-pentanedionate | |
Prusov et al. | SnO 2@ MCC and SnO 2@ C Composites: Synthesis and Properties | |
Liu et al. | Controllable and facile synthesis of nearly monodisperse 18-facet indium hydroxide polyhedra | |
Zhang et al. | Preparation and microstructure of nanometer-sized Mn2O3 | |
Bao et al. | Phase transition kinetics and strengthening mechanism of rutile TiO2 prepared by microwave-enhanced calcination of TiC-doped metatitanic acid | |
RU2561614C1 (en) | Method of producing ultra-dispersed titanium carbide powder | |
Morozova et al. | Synthesis and study of mesoporous xerogels and nanopowders of a metastable solid solution 97ZrO 2–3Y 2 O 3 for the fabrication of catalyst substrates | |
Roy et al. | Microwave-assisted synthesis and characterization of CaS nanoparticles |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190930 |