一种高压氢还原制备钴粉的方法与流程

本发明涉及一种高压氢还原制备钴粉的方法，属于精细化工技术领域。

背景技术：

钴粉的应用领域及其广泛，主要用于硬质合金、催化、电子器件、特种工具、磁性材料、电池和贮氢合金电极等领域。在硬质合金和金刚石工具领域，超细钴粉用做粘结剂。我国硬质合金和金刚石工具的产量巨大，因此将需要大量的超细钴粉。

目前，国内外有很多制备钴粉的方法。如氧化物、草酸盐氢还原法、草酸盐热分解法、高压水喷雾法、电解法、多元醇法、微乳液法、高压氢还原法、气相氢还原法、联氨液相还原法等。其中有些方法已经实现工业化，有些则还在实验室探索和研发阶段。随着Co粉应用领域的拓展，很多老的工艺已经不能满足粉末性能的要求。氢还原法制备钴粉是目前国内普遍采用的一种工艺，其生产方法是通过化学沉淀制取符合要求的草酸钴粉末，再经氢还原制取钴粉，生产工艺复杂，技术含量低，制得的钴粉粒度为1～3微米，粒径范围窄且形貌为树枝状，球形钴粉极少。

在某些领域，例如硬质合金领域，需要钴粉为球形且粒度越细越好，超细类球形钴粉(FSSS粒度小于1微米)在生产低钴超细硬质合金过程中可以较大的缩短混料的湿磨时间，且超细类球形钴粉在混料中的分散性比用枝状钴粉要好，其混合料微区成分更均匀，此外，超细类球形钴粉能够均匀弥散分布于碳化物间，从而是粘结相更均匀地分布于硬质相中，有效地弥补了用一般枝状钴粉生产超细低钴硬质合金时因钴低，钴相分布不均匀而产生钴池和微孔隙等问题，提高了合金的抗弯强度；而在某些领域，如军工用钴粉领域等，需要粒度为FSSS3.9-4.5的钴粉，以满足一些特殊需求。因此，现有技术的钴粉粒径范围窄且形貌为树枝状，适用领域受到限制。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中国制备超细钴粉的不足，提供一种高压氢还原制备钴粉的方法，使其工艺简单、松装比重大且粒径分布均匀、产品粒径范围宽，可根据需要制得粒径范围为0.4-4.5微米的钴粉。

技术方案

一种高压氢还原制备钴粉的方法：往钴盐溶液中加入分散剂，混合均匀后加入到反应釜中，往反应釜中加入氨水，混匀后升温，然后通入氢气进行加氢还原反应，反应结束后降温卸料，将得到的产物过滤、洗涤后，再进行真空干燥，最后进行粉碎、筛分即得。以钴盐溶液中钴的重量计，所述分散剂的加量为7-55ml/Kg钴。

进一步，所述钴盐溶液为硫酸钴或氯化钴溶液，浓度为30-120g/L。

进一步，所述分散剂为阻垢剂或聚2-丁烯油酸钠，所述阻垢剂可以是通用电气水处理技术有限公司生产的牌号为HYPERSPERSE MDC708的产品。

进一步，所述氨水加量以氨和钴的摩尔比为1.8-2.5molNH₃/mol钴计。

进一步，所述加氢还原反应控制在140-220℃，加氢后压力控制在2.0-3.8Mpa，反应时间30-200min。

进一步，为了提高反应釜效果，所述加氢还原反应是在搅拌条件下进行的反应，搅拌速率控制在200-600r/min。

进一步，所述真空干燥压力控制在负0.03-负0.09Mpa，温度控制在70-150℃，干燥时间1-4h。

进一步，为了保证钴粉氧含量较低，所得钴粉湿料过滤、洗涤、烘干、粉碎、筛分过程需快速且连续完成，避免长时间暴露在空气。

有益效果：本发明方法工艺简单，制备的钴粉粒度可达到0.4-4.5微米且粒径分布均匀，具有较大的松装比重和良好的流动性，各项物理指标及碳氧含量均达标，适用领域广泛。

附图说明

图1为实施例1制得的钴粉放大500倍的SEM图；

图2为实施例1制得的钴粉放大1000倍的SEM图；

图3为实施例2制得的钴粉放大500倍的SEM图；

图4为实施例2制得的钴粉放大1000倍的SEM图；

图5为实施例3制得的钴粉放大500倍的SEM图；

图6为实施例3制得的钴粉放大1000倍的SEM图；

图7为实施例4制得的钴粉放大500倍的SEM图；

图8为实施例4制得的钴粉放大1000倍的SEM图。

具体实施方式

实施例1

将200mL聚2-丁烯油酸钠添加到16.25L，120g/L的硫酸钴溶液中，搅匀后加入高压反应釜中，再向釜中加入44.75L纯水。将4L浓氨水加入反应釜中。向反应釜中通入氮气到1MPa左右，再排空，置换反应釜两次后开始搅拌并升温，升温至210℃后，开始通入氢气，压力设定3.0-3.5Mpa，持续反应1小时左右。然后降温卸料，再过滤洗涤后在90℃下真空干燥，烘干后经粉碎筛分制得流动性良好的灰白色钴粉，其电子显微镜图(SEM)如图1、2所示，从图中可看出钴粉为类球形状。

实施例2

将180mL聚2-丁烯油酸钠添加到16.25L，120g/L的氯化钴溶液中，搅匀后加入到高压反应釜中，再向釜中加入44.75L纯水。将4L浓氨水加入反应釜中。向反应釜中通入氮气到1MPa左右，再排空，置换反应釜两次后开始搅拌并升温，升温至200℃后，开始通入氢气，压力设定3.0-3.5Mpa，持续反应1小时左右。然后降温卸料，再过滤洗涤后在110℃下真空干燥，烘干后经粉碎筛分制得流动性良好的灰白色钴粉，其电子显微镜图(SEM)如图3、4所示，从图中可看出钴粉为类球形状。

实施例3

将150mL阻垢剂添加到38L，120g/L的硫酸钴溶液中，搅匀后加入到高压反应釜中，再向釜中加入17.7L纯水。将9.3L浓氨水加入反应釜中。向反应釜中通入氮气到1MPa左右，再排空，置换反应釜两次后开始搅拌并升温，升温至180℃后，开始通入氢气，压力设定3.0-3.5Mpa，持续反应2小时左右。然后降温卸料，再过滤洗涤后在110℃下真空干燥，烘干后经粉碎筛分制得流动性良好的灰白色钴粉，其电子显微镜图(SEM)如图5、6所示，从图中可看出钴粉为类球形状。

实施例4

将60mL阻垢剂添加到50L，120g/L的硫酸钴溶液中，搅匀后加入到高压反应釜中，再向釜中加入3L纯水。将12L浓氨水加入反应釜中。向反应釜中通入氮气到1MPa左右，再排空，置换反应釜两次后开始搅拌并升温，升温至150℃后，开始通入氢气，压力设定2.5-3.0Mpa，持续反应3小时左右。然后降温卸料，再过滤洗涤后在140℃下真空干燥，烘干后经粉碎筛分制得流动性良好的灰白色钴粉，其电子显微镜图(SEM)如图7、8所示，从图中可看出钴粉为类球形状。

测试上述实施例所制得的钴粉物理指标，并与国内通常采用的氢还原法制得的钴粉进行对比测试，结果见下表：