一种低成本制备超细钴粉的方法技术

本发明专利技术提供了一种低成本制备超细钴粉的方法，包括以下步骤：(1)在反应釜中加入反应底液，将碳酸铵溶液或碳酸氢铵溶液与钴盐溶液加入到反应底液中，在搅拌条件下进行反应，得到含有碳酸钴的浆料；(2)将含有碳酸钴的浆料进行固液分离和浆化洗涤，洗涤结束后进行固液分离，得到碳酸钴沉淀；将碳酸钴沉淀进行干燥、破碎和筛分，得到碳酸钴前驱体；(3)将碳酸钴前驱体置于还原气氛下进行一步还原，还原温度为200-550℃，还原时间为0.5-8h，得到超细钴粉。本发明专利技术采用液相沉淀-一步还原法制备超细钴粉，通过优化工艺等缩减超细钴粉的生产成本，最终实现了低成本条件下生产超细钴粉的目标。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属微粒制备
，尤其涉及一种低成本制备超细钴粉的方法。
技术介绍
作为一种优良的粘结剂，钴粉在硬质合金、金刚石工具和粉末冶金等领域有重要作用。随着钴粉粒径减小，可以显著降低硬质合金粉末混料的研磨时间、烧结温度，增强硬质合金抗弯强度、耐磨性和抗裂性等性能，减少钴池和孔隙的出现，因此，目前国内外都把超细钴粉作为硬质合金和金刚石工具等领域的发展方向。由于对超细钴粉的前驱体制备、钴粉还原及后处理等过程要求程度很高，导致超细钴粉的生产成本相对较高，主要体现在以下几方面：(1)、部分工艺采用氢氧化钠、氢氧化钾等碱液作为沉淀剂，会引入较多的金属阳离子杂质，增加了除杂成本。如公开号为CN103624251A、CN103128304A的专利技术通过氢氧化钠沉淀钴离子，沉淀剂用量为钴离子8倍以上，导致后续除Na较难；(2)、前驱体合成pH低，造成产品收率低。如公开号为CN101829786A的专利技术在pH5.5-6.8条件下沉钴，反应结束后母液仍呈红色，钴离子含量大于1g/L，在工业大规模生产情况下，钴的损失量大；(3)、前驱体制备中引入添加剂，增加辅料成本的同时，增加了除杂成本。如公开号为CN102689020A的专利技术中往钴盐中加表面活性剂和铝粉，导致后续除杂成本较高；(4)、前驱体先经过高温煅烧，再高温还原制备钴粉，生产能耗大。如公开号为CN102560100A的专利技术先经过350-580℃高温煅烧后再还原。公开号为CN101829786A的专利技术同样经过400-800℃煅烧2-8h后得到氧化钴粉末，再经400-550℃还原4-6h；(5)、制备工序繁杂、流程长，增加处理成本。如公开号为CN103028735A的专利技术先合成碳酸钴，然后利用草酸将碳酸钴转化为小粒径草酸钴，再进行干燥还原，工艺复杂。综上所述，目前生产超细钴粉的工艺普遍存在成本高的问题，若通过合理的工艺，降低除杂、能耗和工艺流程过长等带来的成本，将更有利于超细钴粉的规模化生产，推动超细晶粒硬质合金及金刚石工具等行业更好的发展。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种低成本制备超细钴粉的方法，该制备方法工艺简单，制备成本较低，解决了现有技术制备超细钴粉成本较高的问题。本专利技术所述超细钴粉指的是Fsss粒度为0.4-1.0μm的钴粉。本专利技术提供了一种低成本制备超细钴粉的方法，包括以下步骤：(1)在反应釜中加入反应底液，将碳酸铵溶液或碳酸氢铵溶液与钴盐溶液加入到所述反应底液中，在搅拌条件下进行反应，所述碳酸铵或所述碳酸氢铵与所述钴盐中钴离子的摩尔比为2.5-3.5:1，反应体系的pH为6.5-8.5，反应温度为35-70℃，反应时间为0.5-6h，得到含有碳酸钴的浆料；(2)将所述含有碳酸钴的浆料进行固液分离后得到滤饼，将所述滤饼进行浆化得到浆化后的物料，将所述浆化后的物料进行恒温水洗，洗涤结束后进行固液分离，得到碳酸钴沉淀；将所述碳酸钴沉淀进行干燥、破碎和筛分，得到碳酸钴前驱体；(3)将所述碳酸钴前驱体置于还原气氛下进行一步还原，所述还原温度为200-550℃，所述还原时间为0.5-8h，得到超细钴粉。优选地，步骤(1)中所述反应底液为纯水、碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液。更优选地，步骤(1)中当所述反应底液为碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液时，所述反应底液中碳酸盐或碳酸氢盐的浓度大于0g/L小于250g/L。更优选地，所述碳酸盐为碳酸铵，所述碳酸氢盐为碳酸氢铵。优选地，步骤(1)中所述钴盐为氯化钴、醋酸钴、硫酸钴和硝酸钴中的至少一种。本专利技术的沉淀剂选用碳酸铵或碳酸氢铵，没有引入金属阳离子杂质，降低了后续的除杂成本。优选地，步骤(1)中，将所述碳酸铵溶液或所述碳酸氢铵溶液与所述钴盐溶液并流加入到所述反应底液中。根据反应实际情况通过改变碳酸铵或碳酸氢铵的流量来调节反应pH。本专利技术采用并流加料的方式合成碳酸钴时，通过调节所述碳酸铵溶液或所述碳酸氢铵溶液的流量来调节加料过程中pH值，可以避免正流法和逆流法加料过程中pH值的大幅度变化和局部浓度过高现象，有助于产品质量的稳定和连续化生产。优选地，步骤(1)中，所述钴盐溶液中钴离子浓度为50-160g/L。优选地，步骤(1)中，所述碳酸铵溶液或碳酸氢铵溶液的浓度为120-260g/L。步骤(1)中的反应体系的pH为6.5-8.5，在该pH范围内可以制备出粒径更小的碳酸钴，同时可以降低生产成本。优选地，步骤(1)中，所述反应体系的pH为7.0-8.5。优选地，步骤(1)中所述搅拌速度为100-400rpm。本专利技术在制备碳酸钴前驱体过程中，采用不含金属元素的碳酸铵或碳酸氢铵作为沉淀剂，同时制备过程中没有引入添加剂，降低了原料成本和后续的除杂成本。另外，合成的pH相对于现有技术较高，可以提高钴的产量，降低生产成本。本专利技术在一定的反应温度和反应时间范围内，可以得到粒径小、比表面积大和分散性好的碳酸钴前驱体，反应充分，后续不需进行陈化工艺，在缩短工艺流程、降低加工成本的同时，产品的性能也得到了更好地控制。优选地，步骤(2)中，采用板框压滤机和微孔过滤器中的至少一种固液分离设备进行所述固液分离。更优选地，利用所述板框压滤机进行固液分离时，压强为18-22MPa。更优选地，利用所述微孔过滤器进行固液分离时，压强为0.1-0.25MPa。固液分离后得到的母液可进入回收系统进行重复利用，得到的滤饼进行浆化洗涤。本专利技术所使用固液分离设备是板框压滤机或微孔过滤器、或两种洗涤设备的组合，在固液分离后得到滤饼，无需对滤饼进行洗涤，直接卸料进行后续的浆化洗涤操作。更优选地，步骤(2)中，将所述含有碳酸钴的浆料采用板框压滤机进行固液分离得到滤饼。采用板框压滤机时，压力更大，可以提高固液分离速度，即提升了生产效率。优选地，步骤(2)中，将所述含有碳酸钴的浆料进行固液分离后得到滤饼，将所述滤饼卸料至漏斗式下料槽，然后用纯水冲洗至浆化槽中进行浆化，浆化后，得到浆化后的物料，将所述浆化后的物料通过泵输送至浆洗槽中进行恒温水洗，洗涤结束后进行固液分离。更优选地，所述浆化时间为20min-40min，通过浆化工艺将滤饼分散均匀，有助于将物料通过泵直接输送至浆洗槽进行洗涤，同时，有利于后续除杂洗涤操作。更优选地，步骤(2)中，所述水洗的温度为0-80℃。进一步优选地，步骤(2)中，所述水洗的温度为25-80℃。更优选地，步骤(2)中，所述水洗的时间为0.5-10h。更优选地，所述恒温水洗时进行搅拌，所述搅拌速度为30-200rpm。优选地，所述恒温水洗的次数为1-4次。每次恒温水洗后，都要进行固液分离，然后进行第二次水洗或进入后续工艺。所述水洗温度、洗涤水量、水洗时间以及洗涤次数根据洗涤过程中物料中的Cl-、NO3-、SO42-或CH3COO-等杂质的含量水平决定。优选地，第一次洗涤结束时，以Cl-为例，物料中Cl含量应不高于0.8％，若Cl-含量较高则加大水量、延长洗涤时间；第二次洗涤结束时，物料中Cl-含量应不高于0.08％，若含量高于0.08％，则加大洗水量、延长洗涤时间；若第二次洗涤结束后Cl-含量高于0.1％，则进行第三次洗涤，直至物料中Cl-含量小于0.08％，进入下一个工序。优选地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低成本制备超细钴粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在反应釜中加入反应底液，将碳酸铵溶液或碳酸氢铵溶液与钴盐溶液加入到所述反应底液中，在搅拌条件下进行反应，所述碳酸铵或所述碳酸氢铵与所述钴盐中钴离子的摩尔比为2.5‑3.5:1，反应体系的pH为6.5‑8.5，反应温度为35‑70℃，反应时间为0.5‑6h，得到含有碳酸钴的浆料；(2)将所述含有碳酸钴的浆料进行固液分离后得到滤饼，将所述滤饼进行浆化得到浆化后的物料，将所述浆化后的物料进行恒温水洗，洗涤结束后进行固液分离，得到碳酸钴沉淀；将所述碳酸钴沉淀进行干燥、破碎和筛分，得到碳酸钴前驱体；(3)将所述碳酸钴前驱体置于还原气氛下进行一步还原，所述还原温度为200‑550℃，所述还原时间为0.5‑8h，得到超细钴粉。

【技术特征摘要】
1.一种低成本制备超细钴粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在反应釜中加入反应底液，将碳酸铵溶液或碳酸氢铵溶液与钴盐溶液加入到所述反应底液中，在搅拌条件下进行反应，所述碳酸铵或所述碳酸氢铵与所述钴盐中钴离子的摩尔比为2.5-3.5:1，反应体系的pH为6.5-8.5，反应温度为35-70℃，反应时间为0.5-6h，得到含有碳酸钴的浆料；(2)将所述含有碳酸钴的浆料进行固液分离后得到滤饼，将所述滤饼进行浆化得到浆化后的物料，将所述浆化后的物料进行恒温水洗，洗涤结束后进行固液分离，得到碳酸钴沉淀；将所述碳酸钴沉淀进行干燥、破碎和筛分，得到碳酸钴前驱体；(3)将所述碳酸钴前驱体置于还原气氛下进行一步还原，所述还原温度为200-550℃，所述还原时间为0.5-8h，得到超细钴粉。2.如权利要求1所述的低成本制备超细钴粉的方法，其特征在于，步骤(1)，所述反应体系的pH为7.0-8.5。3.如权利要求1所述的低成本制备超细钴粉的方法，其特征在于，步骤(1)中所述搅拌速度为100-400rpm。4.如权利要求1所述的低成本制备超细钴粉的方法，其特征在于，步骤(2)中，采用板框压滤机和微孔过滤器中的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：许开华，张云河，
申请(专利权)人：荆门市格林美新材料有限公司，格林美股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42