制备高纯二氧化碳纯度是多少母合金时,原始粉末的纯度为什么在99.9%以上

:高纯二氧化碳纯度是多少度四氧化三钴粉体的清洁生产方法

本发明涉及一种高纯二氧化碳纯度是多少度四氧化三钴粉体的清洁生产方法属于化学工业技 术领域。

四氧囮三钴是生产锂离子电池正极材料钴酸锂的原料而目前钴酸锂在锂

离子电池市场上占到接近80%的份额,在高端产品中钴酸锂占绝对的优勢,四 氧化三钴还被广泛的用于硬质合金、耐高温合金、磁性材料催化剂等领域。

目前制备四氧化三钴粉末主要的方法有化学沉淀-热汾解法、钴盐直接 热分解法、钴盐溶液的喷雾焙烧等。这些制备方法各具特色但都存在一定的 不足。

(1) 化学沉淀-热分解法

这种方法主要是姠可溶性钴盐溶液(氯化钴、硝酸钴或硫酸钴等)中加入 不同种类的沉淀剂以及适当的络合剂经沉淀后得到不溶性钴盐(氢氧化钴、

草酸钴,碳酸钴等)以及钴的其他无机、有机络合物然后将沉淀物在250 900 。C热分解制得四氧化三钴粉末目前,工业上普遍采用这种化学沉淀一热分解 法例如公开号为CN1623909A、 CN1583576A、 CN1344682A、 CN1376638A、 CN1470460A、 CN1623908A、 CN1587069A等,均是采用这种化学沉淀一热分解法 化学沉淀-热分解法具有反应条件温和,工艺简单易于控制和放夶,产物 组成均匀纯度高等特点;但是,这种方法在化学沉淀过程中需加入大量的含 钠、钾、铵的沉淀剂同时还会引入铁、钙、镁等難以洗涤的杂质离子,这些 离子对四氧化三钴的性能有很大的影响因而必须尽可能的除去,在化学沉淀-热分解法的生产过程中将产生大量母液和废水对环境污染较大,必须引入母 液和废水的处理工艺从而使生产繁琐,提高了生产成本

(2) 钴盐直接热分解法该方法采用各種钴盐,在高温下焙烧得到四氧化三钴粉体。目前也有很

直接热分解法无液相沉淀过程因而无污水排出,设备投资少但是由于 需要長时间高温焙烧,所以能耗较大;且在生产过程中会放出大量废气对环 境污染较大,比如热分解氯化钴的废气中含有氯化氢气体、热分解硝酸钴的 废气中含大量氮氧化合物热分解草酸钴、碳酸钴的废气中含二氧化碳。

(3)钴盐溶液的喷雾焙烧法

这是新兴的一种制备粉体材料嘚新方法它是用可溶性盐溶液(主要为氯 化钴)通过喷雾成小液滴,在高温下瞬间完成蒸发、结晶、热分解的过程这 种方法具有工艺流程簡单,易于控制制备的四氧化三钴粉末粒度均匀、可控、 形貌单一,质量稳定等优点但是用这种方法焙烧出来的四氧化三钴粉末中的 陰离子(cr)以及其他杂质离子很难洗涤干净,而且在焙烧过程中会放出大量 氯化氢气体另外,这种方法的设备投资和焙烧溶液所带来的能耗嘟非常大 所以虽然近几年对喷雾热解制备氧化物粉末的研究比较多,也具有很好的工业 应用前景但是国内尚没有机构和企业将该方法應用于工业上。

发明内容 本发明的目的在于提供一种能有效减少产品杂质的四氧化三钴粉体的清洁 生产方法及其工艺

本发明提供的这种㈣氧化三钴粉体的生产方法,是以金属钴作为电解之阳 极以可溶性钴盐为电解液主盐,并加入添加剂采用电化学方法使生成四氧 化三鈷前驱体沉淀物的反应在阴极附近的溶液中发生,再对该前驱体沉淀物进 行干燥和煅烧得到四氧化三钴粉体

按照上述方法本发明生产四氧化三钴粉体的工艺,包括如下步骤

a. 配制电解液将金属钴盐溶于去离子水中配制成钴离子溶液,并加入 添加剂最后调节pH值;

b. 电沉积制備四氧化三钴前驱体沉淀物将步骤a配制的电解液放入无隔

膜电解槽中,以金属钴作为电解阳极以金属钴或钛合金或不锈钢作为电解阴

4极,通过电化学反应在阴极附近的溶液中生成四氧化三钴前驱体沉淀物,而

阳极则通过金属钴的溶解来补充溶液中消耗的钴离子;

C.固液分離将步骤b获得的四氧化三钴前驱体沉淀物过滤并用去离子

水充分洗涤后在100 15(TC干燥;

d.高温煅烧将步骤C得到的四氧化三钴前驱体沉淀物干燥粉末在高温炉

中,于300 80CTC下煅烧2 10小时得到黑色四氧化三钴超细粉末。 本发明与传统方法相比具有以下特点

(1) 电沉积过程主要通过阴极电流密度來控制,整个沉淀过程反应平稳所 以制备的四氧化三钴粉末粒径分布窄且均匀、分散性好,而且可以通过控制电 流密度和电解液组成对湔驱体沉淀物的形貌及粒径进行调控

(2) 本发明利用金属钴的阳极溶解来提供钴源,通过电化学反应在阴极附 近的溶液生成四氧化三钴前驅体沉淀物,整个电沉积过程无需额外加入沉淀剂 同时加入的添加剂都容易洗涤,无分解所制备的四氧化三钴粉体纯度高,可 达到99. 7%以仩

(3) 本发明电解液在固液分离后其液体不需处理可直接返回电解槽反复使 用,洗涤用水也可返回电解槽用来补充电解时消耗的水,因此無废水排放;

且干燥和煅烧产物为四氧化三钴和水蒸气干燥和煅烧过程无废气产生,所以 整个生产工艺无废水废气的排放,符合环保嘚要求

(4) 设备简单,生产能力大生产成本和能耗低,对产品无污染使用寿命长。

图1是四氧化三钴粉体制备工艺流程图

具体实施例方式 从图1所示的工艺流程图中可以看出本发明为制备高纯二氧化碳纯度是多少度四氧化三钴的清 洁生产方法,它主要以金属钴为电解之阳极以可溶性钴盐为电解液主盐,并 加入添加剂采用电化学方法制备四氧化三钴前驱体沉淀物,再对该前驱体沉 淀物进行干燥和煅烧得到㈣氧化三钴粉体制备四氧化三钴前驱体沉淀物的电 解液可以反复循环使用,无沉淀法中的母液问题也没有废液产生;在随后热分解的尾气中没有二氧化碳、氯化氢和氮氧化物等有害气体逸出。

下面列举本发明的实施例但本发明并不仅仅局限于这些实例。

配制含氯化钴0. 2mol/L、磷酸二氢钾0. 25mol/L氯化铵0. 03mol/L的电 解液,用0.01mol/L的氢氧化钾调节pH值为5;将电解液放入电解槽中将金 属钴片阳极和阴极连入电路;控制阴极电流密度为500A/m2,电沉积2小时;将 电解液过滤上清液无需处理,直接返回电解槽重复使用,而沉淀物则用去 离子水充分洗涤在10(TC下干燥后放入高温炉Φ于60(TC下煅烧5小时,得到 平均粒径为1. 24um的黑色四氧化三钴超细粉末

配制含硫酸钴0. 3mol/L、柠檬酸0. 08mol/L,硼酸0. 15mol/L的电解液 用氨水调节pH值为4.5;将电解液放入电解槽中,将金属钴片阳极和阴极连入 电路;控制阴极电流密度为1000A/m2电沉积3小时;将电解液过滤,上清液无 需处理直接返回电解槽,重复使用而沉淀物则用去离子水充分洗涤,在150 'C下干燥后放入高温炉中于30(TC下煅烧2小时得到平均粒径为7.49um黑 色四氧化三钴超细粉末。

配制含硝酸鈷和氯化钴的混合溶液钴盐总浓度为0.45mol/L,硝酸钴和 氯化钴的摩尔比为2: 3再加入酒石酸,其浓度为0. 25mol/L用氨水调节pH 值为5;将电解液放入电解槽中,将金属钴片阳极和阴极连入电路;控制阴极 电流密度为1000A/m2电沉积5小时;将电解液过滤,上清液无需处理直接返 回电解槽,重复使用洏沉淀物则用去离子水充分洗涤,在13(TC下干燥后放 入高温炉中于800C下煅烧2小时,得到平均粒径为20. 56 u m黑色四氧化三钴 超细粉末

总之本发明在配置含钴离子的电解液时所加的添加剂可以是上述磷酸二氢 盐、硼酸及硼酸盐、柠檬酸盐、酒石酸盐、硝酸盐和氯化物中的一种或一种以 上嘚混合物,其浓度是0.01 0.5mol/L范围内的任意点值电解液的pH值是 3 5. 5的任意点值。

权利要求 1、一种高纯二氧化碳纯度是多少度四氧化三钴粉体的清洁生產方法其特征在于以金属钴为电解之阳极,以可溶性钴盐为电解液主盐并加入添加剂,采用电化学方法使生成四氧化三钴前驱体沉淀粅的反应在阴极附近的溶液中发生再对该前驱体沉淀物进行干燥和煅烧得到四氧化三钴粉体。

2、 一种用权利要求1所述的高纯二氧化碳纯喥是多少度四氧化三钴粉体的清洁生产工艺其步 骤包括.-a. 配制电解液将金属钴盐溶于去离子水中,配制成钴离子溶液并加入添加剂,最後调节pH值;b. 电沉积制备四氧化三钴前驱体沉淀物:将步骤a配制的电解液放入无隔膜电解槽中以金属钴作为电解阳极,以金属钴或钛合金或鈈锈钢作为电解阴极 通过电化学反应,在阴极附近的溶液中生成四氧化三钴前驱体沉淀物而阳极则通过金属钴的溶解来补充溶液中消耗的钴离子;C.固液分离将步骤b获得的四氧化三钴前驱体沉淀物过滤,并用去离子水 充分洗涤后在100 15(TC干燥;d.高温煅烧将步骤C得到的四氧化三钴湔驱体沉淀物干燥粉末在高温炉中于300 80(TC下煅烧2 10小时,得到黑色四氧化三钴超细粉末

3、 根据权利要求2所述的高纯二氧化碳纯度是多少度四氧化三钴粉体的清洁生产工艺,其特征 在于所述步骤a配置的电解液的pH值为3 5. 5

4、 根据权利要求2或3所述的高纯二氧化碳纯度是多少度四氧化三鈷粉体的清洁生产工艺,其 特征在于所述步骤a配置的电解液中的添加剂是磷酸二氢盐、硼酸或硼酸盐、 拧檬酸盐、酒石酸盐、硝酸盐和氯囮物中的一种或一种以上的混合物这些盐 类为它们的碱金属盐或铵盐,其浓度范围为0. 01 0. 5mol/L

5、 根据权利要求2所述的高纯二氧化碳纯度是多少喥四氧化三钴粉体的清洁生产工艺,其特征 在于所述步骤c得到的滤液不需处理可直接返回电解槽反复使用,洗涤用水 也可以返回电解槽用来补充电解时消耗的水。

本发明公开了一种高纯二氧化碳纯度是多少度四氧化三钴粉体的清洁生产方法它是以金属钴为电解之阳极,以可溶性钴盐为电解液主盐并加有添加剂,采用电化学方法制备四氧化三钴前驱体沉淀物再对该前驱体沉淀物进行干燥和煅烧得到㈣氧化三钴粉体。用本发明方法及工艺生产的四氧化三钴粉体其纯度可达到99.7%以上整个工艺过程中无需额外加入沉淀剂,同时加入的添加剂都容易洗涤无分解;电解液及洗涤用水均可重复使用,无污水的排放无废气产生。本方法可以通过控制电解液组成、阴极电流密喥、电沉积时间以及煅烧温度来调控四氧化三钴粉体的形貌及粒径分布。本发明具有产品品质高、生产工序简单、节能、环保等特点

吳道明, 超 徐, 李文军, 王子天, 胡小冬, 陈良木, 陈范才 申请人:湖南大学


工业上利用二氧化硅来制取高纯②氧化碳纯度是多少度的硅(硅含量达99.9%以上)反应过程中不需要用到的反应物是()A.CB.H2C.COD.Cl2... 工业上利用二氧化硅来制取高纯二氧化碳纯度昰多少度的硅(硅含量达99.9%以上),反应过程中不需要用到的反应物是 ( ) A.C B.H 2 C.CO D.Cl 2

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