RU2680514C1 - Способ получения порошка оксида кобальта - Google Patents
Способ получения порошка оксида кобальта Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680514C1 RU2680514C1 RU2018113173A RU2018113173A RU2680514C1 RU 2680514 C1 RU2680514 C1 RU 2680514C1 RU 2018113173 A RU2018113173 A RU 2018113173A RU 2018113173 A RU2018113173 A RU 2018113173A RU 2680514 C1 RU2680514 C1 RU 2680514C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cobalt
- initial mixture
- cobalt oxide
- powder
- mixture
- Prior art date
Links
- LBFUKZWYPLNNJC-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii,iii) oxide Chemical compound [Co]=O.O=[Co]O[Co]=O LBFUKZWYPLNNJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 11
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 22
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000003349 gelling agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 1
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 15
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 15
- 229910021446 cobalt carbonate Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- ZOTKGJBKKKVBJZ-UHFFFAOYSA-L cobalt(2+);carbonate Chemical compound [Co+2].[O-]C([O-])=O ZOTKGJBKKKVBJZ-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000010405 anode material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 abstract description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 17
- 229910020599 Co 3 O 4 Inorganic materials 0.000 description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000000047 product Substances 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 11
- UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate Chemical compound [Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910001981 cobalt nitrate Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 7
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 6
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 5
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N Ammonium bicarbonate Chemical group [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 description 4
- 150000001868 cobalt Chemical class 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical class O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000012501 ammonium carbonate Nutrition 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 2-(3-bromo-2-fluorophenyl)acetic acid Chemical compound OC(=O)CC1=CC=CC(Br)=C1F PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 2
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- PRKQVKDSMLBJBJ-UHFFFAOYSA-N ammonium carbonate Chemical compound N.N.OC(O)=O PRKQVKDSMLBJBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 2
- -1 cobalt cations Chemical class 0.000 description 2
- GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L cobalt dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Co+2] GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+);cobalt(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Co+2].[Co+3].[Co+3] UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000008121 dextrose Substances 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 2
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical class [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 229910000013 Ammonium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 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 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CPPNKGYPKMJXCO-UHFFFAOYSA-N O=C=O.[Co] Chemical compound O=C=O.[Co] CPPNKGYPKMJXCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000012538 ammonium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 description 1
- WRWZNPYXEXPBAY-UHFFFAOYSA-N azane cobalt Chemical compound N.[Co] WRWZNPYXEXPBAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000005587 carbonate group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 150000001869 cobalt compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229940044175 cobalt sulfate Drugs 0.000 description 1
- 229910000361 cobalt sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- KTVIXTQDYHMGHF-UHFFFAOYSA-L cobalt(2+) sulfate Chemical compound [Co+2].[O-]S([O-])(=O)=O KTVIXTQDYHMGHF-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- XZXAIFLKPKVPLO-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+);dinitrate;hydrate Chemical compound O.[Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XZXAIFLKPKVPLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QSQUFRGBXGXOHF-UHFFFAOYSA-N cobalt(iii) nitrate Chemical compound [Co].O[N+]([O-])=O.O[N+]([O-])=O.O[N+]([O-])=O QSQUFRGBXGXOHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009841 combustion method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 238000010908 decantation Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 description 1
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 1
- 239000006259 organic additive Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 1
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000012224 working solution Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано для получения катодных и анодных материалов литий-ионных аккумуляторов. Cпособ получения порошка оксида кобальта CoOвключает нагревание исходной смеси кобальта азотнокислого 6-водного и гелирующего агента с последующим отжигом полученного порошка. Исходная смесь дополнительно содержит кобальт углекислый основной водный при массовом соотношении CoCO⋅Co(OH)⋅HO:Co(NO)⋅6HO, равном 1:0,42. В качестве гелирующего агента используют смесь 270-510 г глицина и 440-730 г лимонной кислоты 1-водной в расчете на 1 кг получаемого продукта. Исходную смесь нагревают до 300-350°С. Отжиг полученного после нагревания исходной смеси порошка проводят при 850-900°С в течение 4-5 ч. Изобретение позволяет снизить затраты электроэнергии за счет утилизации избыточной тепловой энергии в процессе получения порошка оксида кобальта и упрощения процесса. 3 пр.
Description
Изобретение относится к области химических технологий и может быть использовано для получения катодных и анодных материалов литий-ионных аккумуляторов.
Известен способ получения кобальта оксида Co3O4, который может быть использован для производства твердых сплавов, включающий осаждение оксида кобальта из азотнокислого раствора путем обработки в автоклаве гидрооксидом аммония при температуре 240-260оС в течение 1-2 ч, обеспечивающий получение осадка с содержанием оксида кобальта 98%. Исходный азотнокислый раствор, содержащий ~30 г/л Со, нейтрализовали до рН=9,5 с использованием 25% NH4OH. Полученную пульпу помещали в автоклав с перемешивающим устройством. Режим осаждения: температура 240°С, продолжительность 2 часа, давление 32 атм, рН 9,5. После охлаждения пульпу фильтровали под вакуумом, осадок промывали дистиллированной водой и сушили до постоянного веса при температуре ~100°С. Маточный раствор содержал 0,018 г/л Со. Степень осаждения кобальта в товарную продукцию составила 99,4% (патент RU 2551034; МПК C01G 51/04, C22B 23/00; 2015 год).
Недостатками способа являются низкая производительность процесса, обусловленная использованием растворов кобальта азотнокислого с низкой концентрацией и образование большого количества раствора аммония азотнокислого, требующего утилизации.
Известен способ получения нанопроволоки из оксида кобальта, который включает смешение неорганической соли кобальта и виллиомита (NaF), как щелочного компонента, в воде с последующим проведением гидротермической реакции, сбором хлопьевидного осадка по окончании реакции и отжигом для получения нанопроволоки из Co3O4 (патент СN 104003454; МПК B82Y30/00; B82Y40/00; C01G51/04; G01N33/00; 2014 год).
Недостатком известного способа является допирование поверхности оксида кобальта фтором, возможность загрязнения продукта примесью натрия.
Известен способ получения порошка оксида кобальта нанометрического размера введением в раствор хлорида кобальта мочевины и поливинилпирролидона с выдержкой полученного раствора соли в реакторе при 180°С в течение 8 ч с последующим спонтанным охлаждением до комнатной температуры, дальнейшим отжимом осадка на центрифуге и промывкой осадка этиловым спиртом при 80оС в течение 6 ч. Сухой Co2(OH)2CO3 используют как прекурсор для получения нанопорошка Co3O4 путем отжига его при температуре 500оС в течение 5 ч (патент СN102139929; МПК B82Y40/00, C01G51/04; 2011).
Недостатком известного способа является использование сложного автоклавного оборудования, необходимость отделения осадка в центрифугах и его промывка, что сопровождается необходимостью утилизации сточных вод.
Известен способ получения крупного (D50>15мкм) и плотного (насыпная масса более 2,2 г/см3) оксида кобальта (Co3O4), включающий стадию синтеза карбоната кобальта и этап термического разложения сферического карбоната кобальта. Изобретение относится в основном к синтезу сферического карбоната кобальта.
В качестве растворимых соединений кобальта используют смесь хлорида кобальта, сульфата кобальта и нитрата кобальта, а раствор соли кобальта имеет концентрацию от 80 до 160 г /л. Предпочтительно, соль карбоната аммония представляет собой бикарбонат аммония или карбонат аммония, а концентрация раствора соли карбоната аммония составляет 180-230 г/л.
Чтобы получить сферический оксид кобальта определенное количество раствора карбоната аммония вносят в реактор с мешалкой в качестве нижней жидкости, нагревают раствор до 40 ~ 80°С, внося одновременно при перемешивании раствор соли кобальта и раствора карбоната аммония. После завершения наполнения реактора, перемешивание прекращают, чтобы произошло твердое - жидкое расслоение, раствор над осадком сливают, чтобы освободить место для дополнения объема рабочего раствора и продолжения роста кристаллов.
Проводят повторное доливание растворов, расслоение и декантацию раствора над осадком. Данную операцию повторяют 6-12 раз, что обеспечивает рост кристаллов до размера карбоната кобальта 9 ~ 12 мкм. После этого половину осадка переносят в резервуар для созревания, оставляя половину осадка в реакторе для продолжения загрузки, и повторяют 6-12 раз циклы подачи растворов, чтобы размер частиц кристалла достиг 13 ~ 17 мкм. Снова отбирают половину осадка для второго полуреактора, в котором материал проходит процесс старения. В первый реактор с оставшимся осадком вновь подают растворы солей и аммония углекислого, повторяя вышеуказанный цикл 6-12 раз, чтобы размер частиц кристалла достиг 18 ~ 23 мкм. На этом 1 этап синтеза завершен.
Второй этап, этап термического разложения карбоната в тоннельной или вращающейся печи, чтобы получить крупный порошок сферического Co3O4 с высокой плотностью. Разложение карбоната кобальта до оксида кобальта проводят в две стадии: первая стадия низкотемпературного предварительного разложения при 200-400°С для частичного разложения карбоната кобальта с образованием микропористых каналов; вторая стадия высокотемпературного термического разложения при 500 ~ 800°C для уплотнения поверхности частиц, образования крупного порошка сферического Co3O4. Получаемый оксид кобальта имеет средний диаметр (D50) частиц от 15 до 21 мкм и насыпную плотность 2,2-3,0 г/см3 (CN 105399148; МПК C01G 51/04; 2016 год).
К недостаткам известного способа надо отнести многоэтапность и продолжительность процессов осаждения с большими затратами технологического и рабочего времени. Поскольку при промывке осадков образуются вторичные стоки, содержащие хлорид, сульфат и нитрат аммония возникает необходимость в их утилизации. При этом в cтоках содержатся заметные количества катионов кобальта, вследствие образования аммиакатов кобальта, которые требуют отделения и возврата в процесс.
Известен способ получения микрочастиц Co3O4 путем сжигания раствора с нитратом кобальта в качестве окислителя и декстрозой в качестве восстановителя. Для синтеза оксида кобальта 10 г азотнокислого кобальта 6-водного и 5 г декстрозы растворяли в 25 мл воды и нагревали до 80оС при постоянном перемешивании в течение 30 минут. Полученный гель переносили в тигель из оксида алюминия и помещали в муфельную печь, нагретую до 100оС. После сгорания порошок отжигали при максимальной температуре 900оС в течение 1 ч на воздухе (K.G. Chandrappa, T.V. Venkatesha «Generation of Co3O4 microparticles by solution combustion method and its Zn–Co3O4 composite thin films for corrosion protection» Journal of Alloys and Compounds 542 (2012) 68–77)(прототип).
К недостаткам известного способа следует отнести образование значительного количества несгоревших углеродсодержащих примесей, непроизводительные затраты энергии на выпаривание исходных растворов и необходимость отвода избыточного количеств тепла при масштабировании процесса получения оксида кобальта.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ получения порошка оксида кобальта Co3O4, обеспечивающий технологическую простоту и утилизацию избыточной тепловой энергии в процессе получения продукта с целью снижения затрат электроэнергии.
Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения порошка оксида кобальта (Co3O4), включающем нагревание исходной смеси кобальта азотнокислого 6-водного (Co(NO3)2⋅6H2O) и гелирующего агента с последующим отжигом полученного порошка, в котором исходная смесь дополнительно содержит кобальт углекислый основной водный при массовом соотношении CoCO3⋅Co(OH)2⋅H2O : Co(NO3)2⋅6H2O, равном 1:0,42; а в качестве гелирующего агента используют смесь 270-510 г глицина и 440-730 г лимонной кислоты 1-водной в расчете на 1 кг получаемого продукта, при этом исходную смесь нагревают до температуры 300-350оС, а отжиг полученного после нагревания исходной смеси порошка осуществляют при температуре 850-900оС в течение 4-5ч.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения порошка оксида кобальта, в котором используют смесь кобальта азотнокислого 6-водного и кобальта углекислого основного водного, а в качестве гелирующего агента, смесь глицина и лимонной кислоты, которую вносят в смесь кристаллогидрата кобальта азотнокислого и кобальта углекислого основного водного.
Исследования, проведенные авторами, позволили выявить эффективность введения в смесь порошков кристаллического кристаллогидрата кобальта азотнокислого и кобальта углекислого основного водного смеси глицина и лимонной кислоты. Использование смеси аминокислоты (глицин) и карбоновой кислоты (лимонная кислота) в предлагаемых количествах в результате реакции восстановления нитрат-ионов до молекулярного азота позволяет подавить выброс вредных оксидов азота при возгорании ксерогеля, полученного сушкой исходной реакционной смеси, что значительно улучшает условия труда и экологическую обстановку в целом. Смешение солей кобальта с минимальным количеством воды позволяет сократить время синтеза и непроизводительные затраты энергии для удаления свободной воды из реакционной смеси. Использование смеси 6-водного кристаллогидрата и кобальта углекислого основного 1-водного в реакционной смеси позволяет сократить расходы электроэнергии в расчете на 1 кг получаемого оксида, за счет использования тепла экзотермической реакции разложения кобальта азотнокислого с органическими компонентами.
Реакция синтеза прекурсора кобальтата протекает спокойно, что позволяет увеличивать массу реакционной смеси без резкого увеличения температуры реакции при синтезе оксида кобальта. Введение кобальта углекислого основного водного уменьшает расход органических добавок в расчете на 1 кг конечного продукта, что снижает затраты энергии на производство продукции, так как для разложения кобальта углекислого основного водного используются излишки тепловой энергии при горении кобальта азотнокислого и органического агента.
Предлагаемый способ получения оксида кобальта может быть осуществлен следующим образом.
Готовят смесь кобальта азотнокислого 6-водного и кобальта углекислого основного 1-водного в массовом соотношении 1: 0,42. В смесь солей добавляют смесь (270-510) г глицина и (440 – 730) г лимонной кислоты 1-водной в расчете на 1кг получаемого оксида кобальта, затем вносят 50 см3 дистиллированной воды. Полученную пульпу нагревают на электрическом нагревателе, обеспечивающем нагрев до 300-350оС, и выдерживают до сгорания формирующегося ксерогеля. Образовавшийся объемный порошок смешанного оксида подвергают смешению и усреднению, а затем помещают в корундовые тигли и отжигают в течение 4-5 ч при температуре 850-900оС. Отожжённый продукт измельчают до требуемого гранулометрического состава.
Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. 55,32 г Co(NO3)2⋅6H2O смешивают в реакторе с 23,28 г CoCO3⋅Co(OH)2⋅H2O (соотношение 1:0,42), добавляют в смесь солей 16,68 г глицина и 23,88г лимонной кислоты 1-водной (510 г и 730 г на 1 кг Co3O4, соответственно). После перемешивания компонентов вносят 50 см3 дистиллированной воды и устанавливают реактор на электрический нагреватель мощностью до 1 кВт. Нагревание ведут при температуре нагревателя 350оС и выдерживают до полного превращения реакционной смеси в гель, а затем в ксерогель и окончания процесса его окислительно-восстановительного разложения.
После окончания горения проводят помол полученного продукта, помещают в тигель из оксида алюминия и отжигают в течение 5 ч при 850оС. После прокалки и помола продукт представляет собой монофазный Co3O4 с насыпной массой 2,0 г/см3. Содержание основного вещества 100%. Выход 99%.
Пример 2. 55,32 г Co(NO3)2⋅6H2O смешивают в реакторе с 23,28 г CoCO3⋅Co(OH)2⋅H2O(соотношение 1:0,42), добавляют в смесь солей 8,83 г глицина и 16,68 г лимонной кислоты 1-водной (270 г и 730 г на 1 кг Co3O4, соответственно). После перемешивания компонентов вносят 50 см3 дистиллированной воды и устанавливают реактор на электрический нагреватель мощностью до 1 кВт. Нагревание ведут при температуре нагревателя 300оС до полного превращения реакционной смеси в гель, а затем в ксерогель и окончания процесса его окислительно-восстановительного разложения.
После окончания горения проводят помол полученного продукта, помещают в тигель из оксида алюминия и отжигают в течение 5 ч при 850оС. После прокалки и помола продукт представляет собой монофазный Co3O4 с насыпной массой 1,64 г/см3
Пример 3. 55,32 г Co(NO3)2⋅6H2O смешивают в реакторе с 23,28 г CoCO3⋅Co(OH)2⋅H2O (соотношение 1:0,42), добавляют в смесь солей 10,47 г глицина и 14,40 г лимонной кислоты 1-водной (320 г и 440 г на 1 кг Co3O4, соответственно). После перемешивания компонентов вносят 50 см3 дистиллированной воды и устанавливают реактор на электрический нагреватель мощностью до 1 кВт. Нагревание ведут при температуре нагревателя 350оС до полного превращения реакционной смеси в гель, а затем в ксерогель и окончания процесса его окислительно-восстановительного разложения.
После окончания горения прекурсор перемешивают и помещают в тигель из оксида алюминия и отжигают в течение 4 ч при 900оС. После прокалки продукт представляет собой монофазный Co3O4 с насыпной массой 0,50 г/см3. Содержание основного вещества 100%. Выход 99%.
Таким образом, авторами предлагается способ получения порошка оксида кобальта, обеспечивающий технологическую простоту и утилизацию избыточной тепловой энергии в процессе получения продукта с целью снижения затрат электроэнергии.
Claims (1)
- Cпособ получения порошка оксида кобальта, включающий нагревание исходной смеси кобальта азотнокислого 6-водного и гелирующего агента с последующим отжигом полученного порошка, отличающийся тем, что исходная смесь дополнительно содержит кобальт углекислый основной водный при массовом соотношении CoCO3⋅Co(OH)2⋅H2O:Co(NO3)2⋅6H2O, равном 1:0,42; а в качестве гелирующего агента используют смесь 270-510 г глицина и 440-730 г лимонной кислоты 1-водной в расчете на 1 кг получаемого продукта, при этом исходную смесь нагревают до температуры 300-350°С, а отжиг полученного после нагревания исходной смеси порошка осуществляют при температуре 850-900°С в течение 4-5 ч.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018113173A RU2680514C1 (ru) | 2018-04-11 | 2018-04-11 | Способ получения порошка оксида кобальта |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018113173A RU2680514C1 (ru) | 2018-04-11 | 2018-04-11 | Способ получения порошка оксида кобальта |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2680514C1 true RU2680514C1 (ru) | 2019-02-21 |
Family
ID=65479344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018113173A RU2680514C1 (ru) | 2018-04-11 | 2018-04-11 | Способ получения порошка оксида кобальта |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2680514C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1594144A1 (ru) * | 1988-06-20 | 1990-09-23 | Ленинградский Технологический Институт Им.Ленсовета | Способ получени оксида кобальта |
| SU1623964A1 (ru) * | 1989-02-13 | 1991-01-30 | Ленинградский Технологический Институт Им.Ленсовета | Способ получени оксида кобальта С @ О @ |
| CN1344682A (zh) * | 2001-11-13 | 2002-04-17 | 山东大学 | 四氧化三钴纳米粉体的制备方法 |
| US20100135897A1 (en) * | 2008-11-28 | 2010-06-03 | Ningbo Jinhe New Materials Co., Ltd. | Spherical tricobalt tetraoxide and method of preparing the same |
| CN101863518A (zh) * | 2010-07-01 | 2010-10-20 | 上海应用技术学院 | 一种Co3O4纳米空心球材料及其制备方法和应用 |
| RU2551034C1 (ru) * | 2013-11-07 | 2015-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Способ получения оксида кобальта со3о4 для производства твердых сплавов |
-
2018
- 2018-04-11 RU RU2018113173A patent/RU2680514C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1594144A1 (ru) * | 1988-06-20 | 1990-09-23 | Ленинградский Технологический Институт Им.Ленсовета | Способ получени оксида кобальта |
| SU1623964A1 (ru) * | 1989-02-13 | 1991-01-30 | Ленинградский Технологический Институт Им.Ленсовета | Способ получени оксида кобальта С @ О @ |
| CN1344682A (zh) * | 2001-11-13 | 2002-04-17 | 山东大学 | 四氧化三钴纳米粉体的制备方法 |
| US20100135897A1 (en) * | 2008-11-28 | 2010-06-03 | Ningbo Jinhe New Materials Co., Ltd. | Spherical tricobalt tetraoxide and method of preparing the same |
| CN101863518A (zh) * | 2010-07-01 | 2010-10-20 | 上海应用技术学院 | 一种Co3O4纳米空心球材料及其制备方法和应用 |
| RU2551034C1 (ru) * | 2013-11-07 | 2015-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Способ получения оксида кобальта со3о4 для производства твердых сплавов |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| CHANDRAPPA K.G., VENKATESHA T.V. Generation of Co3O4 microparticles by solution combustion method and its Zn-Co3O4 composite thin films for corrosion protection, Journal of Alloys and Compounds, 2012, v. 542, pp.68-77. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108011101B (zh) | 一种大粒径均匀掺铝四氧化三钴的制备方法 | |
| CN102030352B (zh) | 一种制备纳米材料的方法 | |
| CN101302019B (zh) | 部分液相沉淀法制备稀土掺杂的钇铝石榴石纳米粉体的方法 | |
| CN106711435B (zh) | 一种层状富锂锰基/石墨烯纳米带正极复合材料的制备方法 | |
| CN109485085B (zh) | 一种空心八面体氧化亚铜的制备方法 | |
| CN104528799B (zh) | 一种镁基稀土六铝酸盐超细粉体的制备方法 | |
| CN112266020B (zh) | 钠化钒液制备五氧化二钒正极材料的方法 | |
| CN104973615A (zh) | 一种纳米氧化钆粉体的微波燃烧制备方法 | |
| EP3953299A1 (en) | Methods for ntp manufacturing | |
| JP2001163700A (ja) | リチウム系複合金属酸化物およびその製造方法 | |
| CN103833080B (zh) | 一种钼酸镉多孔球的制备方法 | |
| CN102659154A (zh) | 一种制备纳米α-Al2O3粉末的方法 | |
| RU2680514C1 (ru) | Способ получения порошка оксида кобальта | |
| CN106268612B (zh) | 一种多孔钛酸锶钡粉体的制备方法 | |
| CN105060266A (zh) | 一种纳米磷酸铁锂的水热合成方法 | |
| CN109384262B (zh) | 一种片状Li4Mn5O12离子筛前驱体及离子筛的制备方法 | |
| CN103449511A (zh) | 一种钛酸锶亚微米晶体及其制备方法 | |
| CN109761261A (zh) | 粒径形貌可控大比表面积二氧化铈粉体的绿色制备方法 | |
| RU2493638C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧАСТИЦ ТВЕРДОГО ЭЛЕКТРОЛИТА Li1+xAlxTi2+x(PO4)3 (0,1≤x≤0,5) | |
| CN109336170A (zh) | 一种Li4Ti5O12负极材料的制备方法 | |
| CN101786669A (zh) | 一种制备α-三氧化二铁介观晶体的方法 | |
| CN108910952A (zh) | 一种泡沫状二氧化钼及其制备方法 | |
| CN114477247A (zh) | 一种微波诱导燃烧合成纳米氧化镁的方法 | |
| CN114291844A (zh) | 氧化铋包覆ysz粉体的制备方法 | |
| CN102584219A (zh) | 一种快速合成钛酸钡纳米粉的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210412 |