一种四氧化三钴的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高结晶度窄粒级四氧化三钴的制备方法，属于有色金属材料制备领域。该方法以氯化钴为原料，在450

【技术实现步骤摘要】
一种四氧化三钴的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种四氧化三钴的制备方法，属于新材料制备领域。
技术背景
[0002]Co3O4是一种典型的P型半导体材料，禁带宽度为1.5eV，具有尖晶石结构。作为一种过渡族金属氧化物，Co3O4化学性能稳定，理论比容量高达890m Ah/g，体积比容量为石墨的7.5倍。此外，Co3O4具有较好的可逆的氧化还原性能，长期使用性能稳定，耐腐蚀的优点，因而，Co3O4主要用于锂离子电池和超级电容器的电极材料、化学催化剂、气体感应器以及磁性领域。对四氧化三钴的的制备，特别是高结晶高振实密度四氧化三钴的制备，备受业界关注。
[0003]四氧化三钴的制备方法主要有化学沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、喷雾热解法、模板法等工艺，其中以化学沉淀法和喷雾热解法为主。
[0004]化学沉淀法以硫酸钴或氯化钴为钴源，以氢氧化钠、氨水、碳酸氢铵、碳酸钠等碱液为沉淀剂，在一定条件下，沉淀获得前驱体，然后在800-900℃煅烧获得四氧化三钴产品。该方法工艺过程简单，易于控制，但流程较长、废水量大，另外，先湿法沉淀-再火法煅烧，能源消耗大。尤为致命的是，湿法沉淀前驱体结晶度较差，导致产品结晶度不高，此外，前驱体颗粒在热分解后，往往遗留大量的气孔，导致所得颗粒通常为多孔状，导致产品振实密度降低。
[0005]喷雾热解法以氯化钴或硝酸钴溶液为原料，将其雾化后引入到高温场中，使其高温水解为四氧化三钴和相应的无机酸，这一方法避免了沉淀剂的使用，因而原料消耗较低，但该方法同样存在所得四氧化三钴产品粒度分布较宽，团聚严重，振实密度较低等不足。
[0006]因此，当前制备方法，均存在明显的不足，如所得Co3O4粒度较宽、团聚严重、振实密度较低，因而业界亟需开发一种工艺简单、可同步脱除杂质、低成本的稀土浸出液净化方法。

技术实现思路

[0007]为解决现有Co3O4制备方法存在产品粒度分布宽、团聚严重、振实密度较低等技术不足，本专利技术目的在于提供一种可制得高结晶度、窄粒级、高振实密度的四氧化三钴的方法。
[0008]一种四氧化三钴的制备方法，将CoCl2﹒nH2O(4＞n＞1)在保护气氛下进行第一段热处理，随后再在氧化性气氛(含氧气氛)下进行第二段热处理，制得四氧化三钴产品；第一段热处理、第二段热处理的温度分别为450-800℃；
[0009]所述的氧化性气氛的氧含量为0.1v％～12.5v％。
[0010]本专利技术技术方案，创新地以所述特定结晶水的氯化钴晶体为原料，利用其自身结晶水，配合所述的气氛调控技术以及氧分压控制技术，能够协同改善水的分布均匀性，有效控制反应进程，如此有助于改善产品结晶度，抑制产物二次形核，改善粒度均匀性以及振实
密度。通过本专利技术技术方案，有利于得到单分散窄粒级、高结晶度、高振实密度的Co3O4产物。
[0011]作为优选，所述的CoCl2﹒nH2O(4＞n＞1)由CoCl2﹒6H2O在保护气载气气流下加热转型得到。
[0012]所述CoCl2﹒6H2O的纯度大于99.5％。
[0013]转型过程在保护性载气的气流下进行，其过程例如为：将CoCl2﹒6H2O置于带有气体入口、气体出口的反应器中，打开气体出口，向反应器中持续通入保护性气氛，并在载气气流下加热原料，进行转型。
[0014]作为优选，转型过程的温度为450～800℃。
[0015]作为优选，转型过程中，保护气载气的流速为3～9L/min。
[0016]作为优选，所述的保护气氛为氮气或者惰性气体气氛。所述的惰性气氛例如为氩气。
[0017]本专利技术中，转型处理后，关闭反应器出气口，随后控制反应的温度为450-800℃，进行第一段热处理。
[0018]第一段热处理在所述的保护气氛下进行。
[0019]第一段热处理的时间为30-90min。
[0020]第一段热处理后，变更体系气氛为氧化性气氛，并精准控制氧气分压，通过所述的变气技术以及氧分压的联合控制，达到改善结晶度、改善粒径均匀性以及振实密度。
[0021]所述的氧化性气氛为氧气(或空气)与保护气体的混合气。所述的保护气体为氮气或者惰性气体。所述的惰性气体例如为氩气。
[0022]例如，所述的氧化性气氛例如为氧气、氮气、氩气的混合气(体积比例如为1:1～8:0.1～0.4)。
[0023]作为优选，控制第二段热处理的氧气在混合气中的分压为：0.1％～12.5％；进一步优选为2～12％；更进一步优选为2～7％。
[0024]作为优选，氧化性气氛的流速为0.05～1L/min；进一步优选为0.1～0.8L/min；更进一步优选为0.1～0.4L/min。
[0025]本专利技术技术方案中，还收集第二热处理的反应尾气，得到盐酸副产品。
[0026]本专利技术一种优选的高结晶度窄粒级四氧化三钴的制备方法，首先，以氯化钴为原料，将其置于带有气体入口和气体出口的反应器中，打开气体出口，向反应器中持续通入保护气载气，对反应器中的原料进行加热，使其在保护气气氛气流下转型，转型完成后关闭反应器(关闭反应器出气口)，并继续在450-800℃下进行第一段热处理(时间例如为30-90min)，随后向反应器中改通氧化性气氛，继续保温，进行第二段热处理(时间例如为2-4h)，处理完成后，冷却至常温即可获得高结晶度窄粒级四氧化三钴产品。反应尾气经除尘和喷淋吸收后，可获得盐酸副产品。
[0027]本专利技术一种高结晶度窄粒级四氧化三钴的制备方法，所述高结晶度四氧化三钴为多面体形貌，粒度可在0.2～20μm调控，span值小于等于2.5，振实密度为1.7～3.2g/cm3。
[0028]原理和优势
[0029]本专利技术通过调控反应体系的气氛，实现对反应进程的有效控制。在升温阶段，采用惰性气氛，避免氯化钴脱水和热解反应并行进行，导致因颗粒生长条件的差异产生粒度不一致的情况。在保温阶段，采用控氧势的氧化气氛，通过氧分压的调控，利用氯化钴自身所
带结晶水，实现均相反应，并控制反应在低过饱和度下进行，避免反应过快使得形核过多或产生二次形核，导致团聚生长机制增强，使得产物团聚现象严重，且不利于获得高结晶度的四氧化三钴产品。通过上述工作，在实现氯化钴彻底热解的同时，获得高结晶度单分散的四氧化三钴产品。
[0030]本专利技术与现有技术相比较具有以下优势：
[0031](1)本专利技术创新地利用氯化钴自身的结晶水，配合所述的气氛调控技术以及氧分压控制技术，能够有效改善结晶度，改善形貌以及粒径均匀性，此外，还有助于改善制得的产品的振实密度。本专利技术反应效率高、所得四氧化三钴结晶度高、粒度分布较窄，具有较高的产品附加值。
[0032](2)本专利技术工艺简单、易于操作，易于实现产业化。
[0033](3)本专利技术流程短、能耗低，具有较好技术经济指标。
[0034](4)本专利技术环境友好，无废气、废水的产生，在实现钴资源高值化的同时，还可完成氯的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四氧化三钴的制备方法，其特征在于：将CoCl2﹒nH2O(4＞n＞1)在保护气氛下进行第一段热处理，随后再在氧化性气氛下进行第二段热处理，制得四氧化三钴产品；第一段热处理、第二段热处理的温度分别为450-800℃；所述的氧化性气氛的氧含量为0.1v％～12.5v％。2.如权利要求1所述的四氧化三钴的制备方法，其特征在于：所述的CoCl2﹒nH2O由CoCl2﹒6H2O在保护气载气气流下转型得到。3.如权利要求2所述的四氧化三钴的制备方法，其特征在于：转型过程的温度为450-800℃。4.如权利要求2所述的四氧化三钴的制备方法，其特征在于：转型过程中，保护气载气的流速为3～9L/min。5.如权利要求1所述的四氧化三钴的制备方法，其特征在于：所述的保...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉虎，陈金龙，刘志楼，马艳丽，李云，徐志峰，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：