一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法技术

本发明专利技术涉及一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法，具有结构比较紧密，颗粒比较粗的碳酸钴，制备出大粒径的碳酸钴，能有效减少钴流失，避免了原料很大程度上的浪费，节约了成本，并且制备碳酸钴利于煅烧，产出高品质氧化物。工艺方法包括以下步骤：向密封反应釜通入氨水作为底液，调节pH后进行加热，向密封反应釜通入惰性气体；将钴盐溶液、氨水、碳酸盐溶液并流加入密封反应釜，反应过程中监控碳酸钴粒度并调节反应条件，碳酸钴粒度达到目标值后，停止反应并调节pH值，得到固液混合物；将固液混合物陈化后过滤得到沉淀物，沉淀物经洗涤，烘干冷却降至室温后研磨，进行煅烧，得到钴氧化物。属于钴氧化物制备工艺的技术领域。氧化物。属于钴氧化物制备工艺的技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法


[0001]本专利技术属于钴氧化物制备工艺的
，涉及一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法。

技术介绍

[0002]为了确保钴酸锂的极片具有较高的压实密度，通常所用的四氧化三钴颗粒为球形形貌。工业上多采用钴盐热分解制备四氧化三钴，且一般采用碳酸钴或碳酸钴进行煅烧，该方法工艺煅烧的产品大多颗粒较细，分布不均，产品一致性差，在合成时容易形成胶体或絮状物；在合成碳酸钴过程，无络合剂存在条件下，易局部过饱和，形成大量晶核，使得洗涤过滤困难，造成产品杂质高，多次洗涤则容易造成钴损失。因此现有的方法中大多通过添加络合剂来控制晶体的生长，改善产品形貌和提高过滤性能，但络合剂的添加，对废水的处理带来难题；对含钴废水的一般操作为将钴离子、铵离子单独分离成产品，其工艺较为繁琐。
[0003]碳酸钴内部存在絮状结构、层状结构时，在煅烧温度一定的情况下，热量由物料颗粒表面传递至内部及中心的时间越长，分解反应越不充分，且煅烧过程，内部絮状结构、层状结构容易造成二次颗粒的开裂问题，导致碳酸钴分解率越低，通常需要长时间煅烧来提高其分解率，但长时间煅烧造成资源浪费。
[0004]为了解决二次颗粒的开裂问题，通常采用二次煅烧，如公开号为CN105399148B的中国专利，公开了一种大粒径高密度球形四氧化三钴的制备方法，该专利方案中采用两段式热分解工艺煅烧大颗粒碳酸钴。即先在较低温度下对碳酸钴进行局部分解，形成微孔通道，再通过高温热分解使得颗粒表面致密化，形成大粒径的球形四氧化三钴。采用两段式分解工艺虽然能在一定程度上抑制四氧化三钴的开裂问题，但耗时较长，且成本较高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法，具有结构比较紧密，颗粒比较粗的碳酸钴，制备出大粒径的碳酸钴，能有效减少钴流失，避免了原料很大程度上的浪费，节约了成本，并且制备碳酸钴利于煅烧，产出高品质氧化物；本专利技术在处理含钴废水时，以活性炭、氨水、碳酸铵和对苯二胺为原料，在实现碳、氮、钴共掺杂活性炭俱佳的效果，提高活性炭对钴离子的吸附效果，并且能够增大活性炭比表面积，该活性炭用作电极材料，能发挥良好的电学性能。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法，包括以下步骤：
[0008](1)向密封反应釜通入氨水作为底液，调节pH后进行加热，向密封反应釜通入惰性气体；
[0009](2)将钴盐溶液、氨水、碳酸盐溶液并流加入密封反应釜，反应过程中监控碳酸钴粒度并调节反应条件，碳酸钴粒度达到目标值后，停止反应并调节pH值，得到固液混合物；
[0010](3)将固液混合物陈化后过滤得到沉淀物，沉淀物经洗涤，烘干冷却降至室温后研
磨，进行煅烧，得到钴氧化物。
[0011]在步骤(1)中，通入氮气将反应装置内空气置换，使反应体系处于惰性的气氛中，不会由于存在钴离子被氧化。
[0012]在步骤(1)和步骤(2)中，适当氨浓度有利于碳酸钴颗粒的生长与粒径控制，由于碳酸钴溶度积较小，如果氨浓度小于7g/L，氨与钴的络合较少，碳酸钴加入时易使局部过饱和，形成大量晶核，使得洗涤过滤困难，造成钴损失且杂质高，同时粒径生长缓慢；如果氨浓度高于12g/L，氨与钴络合较多，导致母液中钴浓度太高，影响钴的沉淀率；温度低于50℃，碳酸钴颗粒生长缓慢且易团聚，高于70℃，体系中的氨易挥发，影响氨的利用率。
[0013]作为本专利技术的一种优选技术方案，钴盐溶液中Co
2+
质量浓度为120g/L，碳酸盐溶液浓度为170～235g/L，氨水浓度为10
‑
12mol/L。
[0014]作为本专利技术的一种优选技术方案，在步骤(1)中，调节pH值为9.8
‑
12.8，加热温度为50
‑
70℃，惰性气体为氮气。
[0015]作为本专利技术的一种优选技术方案，在步骤(2)中，钴盐溶液的流量为2
‑
5L/h，钴盐溶液为氯化钴、硫酸钴和硝酸钴中的一种或几种，碳酸盐溶液为碳酸铵和碳酸氢铵中的一种或两种，停止反应后调节pH值为12.2
‑
12.4，反应温度为50
‑
70℃。
[0016]作为本专利技术的一种优选技术方案，在步骤(2)中，调节反应条件包括两阶段，第一阶段为碳酸钴D50粒径小于10μm时，调节pH值7.2
‑
7.4，调节氨质量浓度为7
‑
12/L，第二阶段为碳酸钴D50粒径达到10μm后，调节pH值7.5
‑
7.8，调节氨质量浓度为6
‑
7g/L。其中，氨浓度均指的是NH3在氨水溶液中的质量浓度。
[0017]作为本专利技术的一种优选技术方案，在步骤(3)中，陈化条件为在60
‑
70℃下陈化2
‑
3h，烘干条件为在200℃真空烘干，烘干时间8
‑
15h，研磨时间为2
‑
3h，煅烧条件为在650
‑
800℃下煅烧0.5
‑
2h。
[0018]进一步地，在本专利技术方案还公开了含钴废水的处理方法，具体为，所述工艺方法的步骤(3)中，将过滤后的废水和洗涤产生的废水混合得到含钴废水，所述含钴废水的处理方法包括以下步骤：
[0019]1)、按配比称取去离子水和碳酸铵，将去离子水加入至碳酸铵中，边加入边研磨，加入完毕后，继续研磨后得到混合浆料；
[0020]2)、将混合浆料加入至氨水中混合均匀后作为底液，加入吸附颗粒，边搅拌边依次通入对苯二胺和含钴废水，加入完毕后，继续进行搅拌、包膜，得到混合浆液；
[0021]3)、将混合浆液干燥、研磨后进行煅烧，得到碳、氮、钴共掺杂多孔活性炭。
[0022]作为本专利技术的一种优选技术方案，在步骤1)中，去离子水和碳酸铵的质量比为4
‑
5：50，继续研磨时间为1.5
‑
3h。
[0023]作为本专利技术的一种优选技术方案，在步骤2)中，碳酸铵、含钴废水的Co
2+
、对苯二胺、氨水、吸附颗粒的质量比为20
‑
30：50：950
‑
1200：220：100
‑
300；吸附颗粒为活性炭、改性活性炭、壳聚糖和改性壳聚糖中的一种或多种，搅拌转速为300
‑
400r/min，包膜时间为3
‑
4h。
[0024]作为本专利技术的一种优选技术方案，在步骤3)中，干燥条件为在30
‑
40℃条件下真空干燥，真空干燥时间为5
‑
8h，研磨时间为3
‑
4h，煅烧条件为煅烧温度为500
‑
600℃，煅烧时间为4
‑
8h。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法，其特征在于，所述工艺方法包括以下步骤：(1)向密封反应釜通入氨水作为底液，调节pH后进行加热，向密封反应釜通入惰性气体；(2)将钴盐溶液、氨水、碳酸盐溶液并流加入密封反应釜，反应过程中监控碳酸钴粒度并调节反应条件，碳酸钴粒度达到目标值后，停止反应并调节pH值，得到固液混合物；(3)将固液混合物陈化后过滤得到沉淀物，沉淀物经洗涤，烘干冷却降至室温后研磨，进行煅烧，得到钴氧化物。2.根据权利要求1所述的一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法，其特征在于：钴盐溶液中Co
2+
质量浓度为120g/L，碳酸盐溶液浓度为170～235g/L，氨水浓度为10
‑
12mol/L。3.根据权利要求1所述的一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法，其特征在于：在步骤(1)中，调节pH值为9.8
‑
12.8，加热温度为50
‑
70℃，惰性气体为氮气。4.根据权利要求1所述的一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法，其特征在于：在步骤(2)中，钴盐溶液的流量为2
‑
5L/h，钴盐溶液为氯化钴、硫酸钴和硝酸钴中的一种或几种，碳酸盐溶液为碳酸铵和碳酸氢铵中的一种或两种，停止反应后调节pH值为12.2
‑
12.4，反应温度为50
‑
70℃。5.根据权利要求1或4所述的一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法，其特征在于：在步骤(2)中，调节反应条件包括两阶段，第一阶段为碳酸钴D50粒径小于10μm时，调节pH值7.2
‑
7.4，调节氨质量浓度为7
‑
12/L，第二阶段为碳酸钴D50粒径达到10μm后，调节pH值7.5
‑
7.8，调节氨质量浓度为6
‑
7g/L。6.根据权利要求1所述的一种钴氧化物制备过程降低废料率的工艺方法，其特征在于：在步骤(3)中，陈化条件为在60
‑
70℃下陈化2
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：韦华磊，毛本立，
申请(专利权)人：科立鑫珠海新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：