一种制备亚微米级球形镍粉的方法技术

一种制备亚微米级球形镍粉的方法，涉及一种液相还原法制备亚微米级球形镍粉的方法。具体工艺为采用镍的硫酸盐，硝酸盐或氯化镍为镍源，以氨－醇或柠檬酸为络合剂在含有水合肼的氢氧化钠水溶液中经还原反应得到亚微米级球形镍粉浆料；浆料经水洗，醇洗，分离，干燥得到含少量氧的亚微米级球形镍粉；再放入有（Ｎ↓［２］＋Ｈ↓［２］）气氛保护的管式炉中经２５０～３５０℃烧结制得Ｎｉ含量≥９９％、表面光整的亚微米级球形镍粉。该法可大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

，涉及一种液相还原法制备亚微米级球形镍粉的方法。
技术介绍
超细镍粉在能源、电子、化工、导电材料等领域逐渐开拓其应用，对镍粉的研究一直成为热门课题。在制备工艺、设备等方面都在不断创新以适应生产超细镍粉的要求，目前制备超细镍粉的方法有以下几种(1)羰基镍热分解法，该法由英国蒙德提出，它主要分两步进行第一步使CO与镍反应生成羰基镍Ni(CO)4；第二步在热分解塔中使羰基镍分解得到镍粉。该法生产的镍粉粒径一般在1μm左右。目加拿大、英国、美国、俄罗斯都有生产。该法存在两个缺点一是热解塔内分解温度高，镍粉易烧结故粒径偏大形貌不圆整；二是羰基镍是一种剧毒物质，有碍人体健康，对环境造成极大污染。(2)电化学法，电解法制备微米级镍粉已是在生产中实施多年的经典方法，缺点是制得的镍粉较粗，形貌不圆整。(3)蒸发-冷凝法，EP62112711中将金属镍加热到1425℃，即气化，蒸气通过冷阱急速冷凝即可制得镍粉。采用真空环境蒸发可以降低蒸发温度，急冷方式不同，生成的镍粉各具特点。该法缺点是生产效率低下，颗粒易氧化，设备复杂，技术要求高，成本高，因此难以实现工业化生产。(4)加压液相还原法，喻克宁等在Ni(OH)2水热氢还原制备超细镍粉一文中报道了在碱性介质中，以PdCl2为催化剂，在压力釜内控制一定温度用H2还原氢氧化镍料浆制得平均粒径几十纳米的镍粉。为了替代昂贵的PdCl2梁焕珍在Ni(OH)2水浆蒽醌催化水热法还原制备超细镍粉一文中报道了用蒽醌作催化剂，用氢气还原碱式碳酸镍料浆制得0.1～2.0微米的镍粉。加压液相氢还原需要高压设备和昂贵的催化剂，不利于工业化生产。(5)常压液相还原法，常压液相还原法是在镍盐水溶液中或Ni(OH)2悬浮液中用硼氢化钠，联氨等为还原剂在碱性条件下进行还原反应、谢克难等在超细镍粉制备中系统研究了联氨还原Ni(OH)2料浆制取超细镍粉的过程中，反应条件对产品收率，粒度及形貌的影响。廖立在液相还原法制备纳米镍粉的研究中则采用联氨+次亚磷酸钠作还原剂，在优化条件下制得平均粒度为60nm的球形镍粉。Kwang Ho Kim等在Preparation of fine nickel powders in aqueous solutionunder wet chemical process一文中以正丙醇-水为溶剂，加羧甲基纤维素作分散剂，制得粒径为0.27～0.85微米，比表面积为8.98m2/g的球形镍粉。常压液相还原法原料易得设备简单、操作简便、效率高、颗粒尺寸小、粒度分布均匀、有较好的发展前途。但还原剂中硼氢化钠价格昂贵，次亚磷酸钠又容易生成Ni-P合金而影响产品性能，联氨便成为首选的还原剂。但这些方法中还原剂用量较多，是一需要解决的问题。(6)气相还原法，气相还原法是基于高温1000℃以上使金属氯化物汽化并在还原反应器内通入氢气进行气相还原，生产的金属粉末被惰性气体带出、冷却、收集。US6500227、US6203768中反应器内的氯化镍蒸气分压保持在0.2～0.7之间，氢气体积流量0.02～0.07L/sec，在1000℃下还原可得到平均粒径小于1微米的超细镍粉，镍粉球形度好，结晶度高，颗粒分布窄，多数在0.1～0.4微米之间。改变氯化镍蒸气分压和氢气体积流量便可得不同粒径范围的镍粉。US6168752中则将金属镍的氯化过程与氯化镍气相还原过程相结合，把两过程的反应器连为整体，通过氯气的进气速度便可控制氯化镍的生成速度并进而稳定的控制所生产镍粉粒径在0.1～1.0微米之间。以上方法具有生产过程连续进行，自动化程度高，产品粒度可控等优点，但由于氯化反应及还原反应在高温1000℃以上及高腐蚀性介质Cl2，HCl中进行，对设备材质要求甚高，设备投资巨大，另外对设备精度及控制系统也有很高要求，目前国内尚不具备加工此类设备的能力，故目前不具有工业化可能性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术存在的不足，提供一种能生产出具有完全的球形结构、粒子表面光滑圆整、粒径可控且粒径分布窄，且生产工艺简短易控、生产成本低、生产装置简单、易于实现工业化的制备亚微米级球形镍粉的方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。，其特征在于制备过程包括以下步骤a.将可溶性镍盐溶解于去离子水中，与低分子醇、氨、柠檬酸钠配制成镍盐络合溶液 b.在加热条件下将镍盐络合溶液加入到含水合肼N2H4·H2O的氢氧化钠水溶液中进行还原反应；c.反应产物经液固分离得到镍粉滤饼，浆料经水洗去除滤饼中的杂质；d.洗涤后的镍粉滤饼用无水乙醇洗涤除去水分；e.无水乙醇洗涤后的镍粉的滤饼在减压下干燥除去乙醇及微量水分得到干燥镍粉粉末；f.镍粉粉末在管式炉中通氮气N2和氢气H2混合气，在200～350℃下烧结制得纯度≥99％、表面光整的亚微米级球形镍粉。本专利技术的方法，其特征在于所述可溶性镍盐选自NiSO4、NiCl2、Ni(NO3)2中的一种或其水合物，配制成水溶液后的浓度为含镍30～60g/L，本专利技术的方法，其特征在于配制成镍盐络合溶液采用的是镍生产过程产生的含镍40～50g/L的硫酸镍溶液为原料。本专利技术的方法，其特征在于所述镍盐络合溶液由选自水溶性镍盐、低分子醇、氨、柠檬酸及水的组分组成，且至少包括低分子醇、氨、柠檬酸中的两种组分。本专利技术的方法，，其特征在于所述低分子醇为C1～C3的低分子醇，优选乙醇。本专利技术的方法，其特征在于所述氨为液氨或氨水，优选液氨。本专利技术的方法，，其特征在于配制的镍盐络合溶液中，氨/镍＝6～10mol/mol，优选8～9mol/mol。本专利技术的方法，其特征在于配制的镍盐络合溶液中，低分子醇/镍＝3～6mol/mol，优选4～5mol/mol。本专利技术的方法，其特征在于配制的镍盐络合溶液中，柠檬酸钠/镍＝0.05～0.07mol/mol。本专利技术的方法，其特征在于镍盐络合溶液加入到含水合肼N2H4·H2O的氢氧化钠水溶液中进行还原反应时，N2H4·H2O/Ni＝1～2mol/mol，优选1.3～1.6mol/mol。本专利技术的方法，其特征在于所使用的氢氧化钠水溶液浓度为1～5mol/L，优选2～3mol/L，氢氧化钠水溶液温度50～100℃，优选70～90℃。本专利技术的方法，其特征在于烧结在管式炉中进行，所用气体为N2-H2混合气，烧结温度为200～500℃，优选250～350℃。本专利技术的基本思想是使用NH3、ROH、柠檬酸中至少两种组分组成的多元络合体系，使用N2H4·H2O为还原剂，在常压液相可控的合成亚微米级球形镍粉，经管式炉N2+H2烧结得到符合使用要求的商品亚微米级球形镍粉。本专利技术的方法，克服现有技术了缺点，有效降低了还原剂水合肼用量，生产的亚微米级镍粉具有完全的球形结构，粒子表面光滑圆整，粒径可控且粒径分布窄；生产工艺简短易控，生产成本低，生产装置简单，易于实现工业化等优点。附图说明图1为本专利技术的方法的工艺流程图。图2为实施例1中的产品形貌扫描电子显微镜(SEM)测试图片。图3为实施例1中的产品物相X射线衍射(XRD)谱图。图4为实施例2中的SEM图片。图5为实施例2中的X射线衍射图谱。图6为实施例3中的产品形貌。图7为实施例3中的产品物相分析图。图8为实施例4的SEM测试图片。图9为实施例4的XR本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备亚微米级球形镍粉的方法，其特征在于制备过程包括以下步骤：ａ．将可溶性镍盐溶解于去离子水中，与低分子醇、氨、柠檬酸钠配制成镍盐络合溶液；ｂ．在加热条件下将镍盐络合溶液加入到含水合肼Ｎ↓［２］Ｈ↓［４］.Ｈ↓［２］Ｏ的氢 氧化钠水溶液中进行还原反应；ｃ．反应产物经液固分离得到镍粉滤饼，浆料经水洗去除滤饼中的杂质；ｄ．洗涤后的镍粉滤饼用无水乙醇洗涤除去水分；ｅ．无水乙醇洗涤后的镍粉的滤饼在减压下干燥除去乙醇及微量水分得到干燥镍粉粉末；　 　ｆ．镍粉粉末在管式炉中通氮气Ｎ↓［２］和氢气Ｈ↓［２］混合气，在２００～３５０℃下烧结制得纯度≥９９％、表面光整的亚微米级球形镍粉。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：游贤贵，黄学超，田从学，沈俊，刘会基，贺建军，刘进才，
申请(专利权)人：金川集团有限公司，四川大学，
类型：发明
国别省市：62[中国|甘肃]