一种钴氧化物粉末的制备方法技术

一种钴氧化物粉末的制备方法，包括以下步骤：A、沉淀：采用碳酸氢铵溶液作为沉淀剂，以反滴定的超声波雾化喷加方式加入氯化钴溶液，并同时加入表面活性剂，反应获得碳酸钴沉淀；其中，所述氯化钴溶液的浓度为0.2mol/L，所述碳酸氢铵溶液的浓度为0.4mol/L；B、过滤分离：将碳酸钴沉淀物经水过滤去除未反应的物质后进行低温干燥去水，获得钴氧化物前驱体；C、热分解获得钴氧化物粉末。本申请提出一种工艺简单的钴氧化物粉末的制备方法，反应过程pH维持在7‑8，生成的钴氧化物粉末纯度高，不含杂质离子，生产效率高，钴粉粒度分布区间窄。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及合金粉末制备
，尤其涉及一种钴氧化物粉末的制备方法。
技术介绍
钴氧化物粉末在电池、催化剂、陶瓷、颜料、玻璃等领域得到广泛应用，同时对钴氧化物的粒度及性能也提出更高的要求。由于不同的应用领域对钴氧化物粉末的粒度和形貌有特殊的要求，如用草酸盐沉淀剂制备的针状钴氧化物多用在催化剂、陶瓷等领域；而作为电池添加剂，则要求钴氧化物粉末粒子多为球形，并且对粉末的粒度和粒度分有特殊的要求。传统工艺制备的钴氧化物粉末粒度不均一，且粒径相对较大，生成的钴氧化物粉末易团聚，因此其在粒度及性能方面很难满足要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种钴氧化物粉末的制备方法，采用的工艺简单，pH维持在7-8，生成的钴氧化物粉末纯度高，不含杂质离子，生产效率高，钴粉粒度分布区间窄。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种钴氧化物粉末的制备方法，包括以下步骤：A、沉淀：采用碳酸氢铵溶液作为沉淀剂，以反滴定的超声波雾化喷加方式加入氯化钴溶液，并同时加入表面活性剂，反应获得碳酸钴沉淀；其中，所述氯化钴溶液的浓度为0.2mol/L，所述碳酸氢铵溶液的浓度为0.4mol/L；B、过滤分离：将碳酸钴沉淀物经水过滤去除未反应的物质后进行低温干燥去水，获得钴氧化物前驱体；C、热分解：将步骤B获得的钴氧化物前驱体在500-600℃下煅烧，获得Co3O4粉末；或，将步骤B获得的钴氧化物前驱体在1100-1200℃下煅烧，获得CoO粉末。更进一步的说明，所述表面活性剂为吐温80。更进一步的说明，所述步骤A的反应温度为20℃。更进一步的说明，所述步骤A的反应时间为30min。更进一步的说明，所述步骤A的沉淀剂过量系数为C2O42-/Co2+＝2。更进一步的说明，所述步骤C中CoO粉末的制备在管式炉中进行。更进一步的说明，所述步骤C中使用的管式炉通入氮气。更进一步的说明，所述步骤C的煅烧时间为4h。更进一步的说明，步骤B获得的钴氧化物前驱体为碱式碳酸钴。本专利技术的有益效果：1、选用碳酸氢铵使反应溶液可维持在7-8，无需使用pH调节剂，避免如钠离子、钙离子等的其他杂质离子的引入，生成的钴氧化物粉末纯度高，不含杂质离子，且生产效率高。2、制备获得的钴粉粒度分布区间窄，分散性和球化效果好，可用于电池正电极的添加材料。附图说明图1是本专利技术实施例组1中加料方式对钴氧化物前驱体粒子影响的SEM照片；图2是本专利技术实施例组1中钴氧化物粉体的激光粒度分析结果；图3是本专利技术实施例组2中表面活性剂对钴氧化物粉末影响的SEM照片；图4是本专利技术实施例组2中表面活性剂对钴氧化物粉末影响的激光粒度分析结果；图5是本专利技术实施例组3中试验获得的钴氧化物前驱体SEM照片；图6是本专利技术实施例组3中试验获得的钴氧化物粉末的激光粒度分析结果；图7是本专利技术实施例组4中温度对钴氧化物前驱体粒子影响的SEM照片；图8是本专利技术实施例组4中反应时间对钴氧化物前驱体粒子影响的SEM照片；图9是本专利技术一个实施例中钴氧化物前驱体的X射线衍射图谱；图10是本专利技术的一个实施例的制备方法的流程图。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。一种钴氧化物粉末的制备方法，包括以下步骤：A、沉淀：采用碳酸氢铵溶液作为沉淀剂，以反滴定的超声波雾化喷加方式加入氯化钴溶液，并同时加入表面活性剂，反应获得碳酸钴沉淀；其中，所述氯化钴溶液的浓度为0.2mol/L，所述碳酸氢铵溶液的浓度为0.4mol/L；B、过滤分离：将碳酸钴沉淀物经水过滤去除未反应的物质后进行低温干燥去水，获得钴氧化物前驱体；C、热分解：将步骤B获得的钴氧化物前驱体在500-600℃下煅烧，获得Co3O4粉末；或，将步骤B获得的钴氧化物前驱体在1100-1200℃下煅烧，获得CoO粉末。在应用沉淀法制备钴氧化物前驱体的过程中，选择碳酸氢铵作为沉钴的沉淀剂，一方面通过NH3与Co2+的络合，扩大Co2+的稳定区域，防止生成易团聚、分解温度高的Co(OH)2，另一方面选择碳酸氢铵作为沉淀剂，可对pH值不尽心调节，比选择草酸铵作沉淀剂相比，选择碳酸氢铵不需引入其它的杂质离子，这对减少生产过程的洗涤工序，提高产品的纯度都有利。更进一步的说明，碳酸氢铵制备钴氧化物前驱体过程中的沉淀率较低，一般为70％-80％。更进一步的说明，溶液pH值对碳酸盐体系的沉淀率影响较大，在pH值低于6.5时，反应溶液中的沉淀物会分解，沉淀物消失，溶液变为透明，这说明碳酸盐体系得到的前驱体在酸性条件下分解，因此，反应溶液要维持在一定的pH值以上。本项目在反滴定的情况下，反应溶液的pH值先是下降，由滴定开始时的pH＝8左右降至滴定终点时的pH＝6.8左右，然后pH值又缓慢上升至pH＝7.2左右，选用碳酸氢铵使本项目中的反应溶液可维持在7-8，无需使用pH调节剂，避免如钠离子、钙离子等的其他杂质离子的引入。如图10所示，本申请采用的工艺简单，根据不同的煅烧温度可获得不同的钴氧化物，且生成的钴氧化物粉末纯度高，不含杂质离子，生产效率高，钴粉粒度分布区间窄，制得的Co3O4粉末的粒度为0.1-10μm，CoO粉末的粒度为1-10μm(采用激光粒度仪测定)，且分散性和球化效果好，可用于电池正电极的添加材料。具体的实施例如下：本试验是以CoCl2为原料，碳酸氢铵为沉淀剂，用带挡板的烧杯作反应器，反应在恒温磁力搅拌器上进行。CoCl2溶液为配制的各种浓度的备用溶液，配制CoCl2溶液时要进行过滤。碳酸氢铵为溶解再结晶干燥后备用试剂，每次试验前称样配制。一定浓度的CoCl2溶液和碳酸氢铵溶液根据各工艺条件的需要分别作为反应母液或滴加溶液，反应在指定温度下进行，所得沉淀物经过滤、70℃真空干燥。实施例组1——考察正反滴定对钴氧化物前驱体的影响反应条件：CoCl2溶液0.2mol/L，100ml；NH4HCO3溶液0.4mol/L，100ml；T＝30℃；CO32-/Co2+＝2；反应时间：t＝30min；反应过程中pH不进行调节；其中正滴定为喷加NH4HCO3溶液，反滴定为喷加CoCl2溶液。试验结果见表1、图1、图2。表1：试验条件分析表1、图1和图2的试验结果，可以得出如下结论：在铵盐体系制备钴氧化物前驱体过程中，物料的加入方式对前驱体粒子粒径的影响非常大，在正滴定的情况下，得到的前驱体粒子粒径较大，约为0.5μm，粒子呈松散团聚。而反滴定得到的前驱体粒子粒径很小，只有50nm左右，前驱体团聚严重，呈紧密收缩的硬团聚。因此根据加料方式的不同可以得到两种粒径的前驱体，一种为粒径较粗但分散性较好的亚微米粒子，另一种为粒径为50nm左右的纳米级粒子，但纳米级粒子在干燥过程中团聚严重，因此，在滴定过程中需要加入表面活性剂来解决粒子的团聚问题。需要说明的有，表面活性剂可以为聚乙二醇1500、聚乙二醇6000或吐温80。实施例组2验证表面活性剂吐温80(T-80)在碳酸盐体系制备钴氧化物前驱体过程中对前驱体粒子的影响。反应条件：CoCl2溶液0.2mol/L，100ml；NH4HCO3溶液0.4mol/L，100ml；T＝20℃(室温)；CO32-/Co2+＝2；反应时间：t＝30min；反应过程中pH不进行调节；正滴定(喷加NH4HCO3溶液)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钴氧化物粉末的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：A、沉淀：采用碳酸氢铵溶液作为沉淀剂，以反滴定的超声波雾化喷加方式加入氯化钴溶液，并同时加入表面活性剂，反应获得碳酸钴沉淀；其中，所述氯化钴溶液的浓度为0.2mol/L，所述碳酸氢铵溶液的浓度为0.4mol/L；B、过滤分离：将碳酸钴沉淀物经水过滤去除未反应的物质后进行低温干燥去水，获得钴氧化物前驱体；C、热分解：将步骤B获得的钴氧化物前驱体在500‑600℃下煅烧，获得Co3O4粉末；或，将步骤B获得的钴氧化物前驱体在1100‑1200℃下煅烧，获得CoO粉末。

【技术特征摘要】
1.一种钴氧化物粉末的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：A、沉淀：采用碳酸氢铵溶液作为沉淀剂，以反滴定的超声波雾化喷加方式加入氯化钴溶液，并同时加入表面活性剂，反应获得碳酸钴沉淀；其中，所述氯化钴溶液的浓度为0.2mol/L，所述碳酸氢铵溶液的浓度为0.4mol/L；B、过滤分离：将碳酸钴沉淀物经水过滤去除未反应的物质后进行低温干燥去水，获得钴氧化物前驱体；C、热分解：将步骤B获得的钴氧化物前驱体在500-600℃下煅烧，获得Co3O4粉末；或，将步骤B获得的钴氧化物前驱体在1100-1200℃下煅烧，获得CoO粉末。2.根据权利要求1所述的一种钴氧化物粉末的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为吐温80。3.根据权利要求1所述的一种钴氧化物粉末的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文祥，刘莹，李慧颖，方红生，黄玲，李腾，
申请(专利权)人：广东环境保护工程职业学院，
类型：发明
国别省市：广东;44