以金属钴粉为原料制备四氧化三钴的新工艺研究

摘要

四氧化三钴粉体的制备大多采用前驱体草酸钴热分解的方法,而制备前驱体草酸钴的常规工艺是可溶性钴盐和草酸或草酸铵的液相沉淀反应。前驱体草酸钴的粒度及其形貌直接影响到最终产品四氧化三钴的性能。本文在分析探讨金属钴粉与酸发生反应的标准自由能及其影响因素的基础上,提出了利用金属钴粉为原料制备前驱体草酸钴的新方法,发展出了金属钴粉与草酸反应合成前驱体草酸钴,再通过前驱体的热分解制备四氧化三钴的新工艺。
　　 对新工艺获得的草酸钴前驱体及四氧化三钻粉体采用X射线衍射、扫描电镜、激光粒度仪、热重-差热分析仪等检测手段进行了表征并探讨了粉末的形成过程及其影响因素。
　　 研究结果表明,利用金属钴粉和草酸的固液反应可以获得针状的草酸钻粉体,且草酸钴粉末的直径和长径比可以通过外部条件的改变得到调控。用粒径不变的缩芯模型来描述钴粉在固液反应中的传质,传质过程由化学反应控制,其活化能Ea=26.335KJ/mol。对金属钴粉与草酸反应获得针状草酸钴的制备工艺参数进行考察时发现,草酸钴的长径比与反应温度、钴粉的浓度、搅拌速度等参数、以及硝酸、盐酸等无机强酸的添加与否密切相关,其中添加硝酸可使针状草酸钴晶体长径比增大,添加盐酸则长径比减小。在反应温度为50℃,草酸与钻粉的计量比(物质的量比)为2.5:1,硝酸添加量为0.05 mol/L的条件下,针状草酸钴粉体的长径比达46。
　　 当温度高于287℃时,热分解草酸钴粉体可以得到四氧化三钴粉末。煅烧温度和保温时间对四氧化三钻粉末的形成有较大的影响,在温度处于400℃或600℃,煅烧时间为1h或3h时,得到的四氧化三钴粉体可以继承前驱体的形貌,温度高于600℃或保温时间超过3h将导致最终产物四氧化三钴粉末产生严重的烧结现象。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 金属钻粉的性质及应用领域

1.1.1 金属钻粉的性质

1.1.2 世界钴资源的分布情况

1.1.3 钴资源的应用

1.2 草酸钻及氧化钴的性质及制备现状

1.2.1 草酸钴及氧化钴的性质

1.2.2 草酸钴粉末制备现状

1.2.3 四氧化三钴粉末制备现状

1.3 本论文的研究思路及研究内容

1.3.1 本论文的研究思路

1.3.2 本论文的研究内容

第二章 实验方法及分析手段

2.1 以金属钴粉为原料制备四氧化三钴的理论基础

2.1.1 实验原理

2.2.2 形貌与粒度控制理论

2.2 实验步骤

2.3 实验试剂与仪器

2.4 粉体的分析与表征

2.4.1 晶相和晶胞参数

2.4.2 形貌

2.4.3 粒径

2.4.4 热性能

第三章 以金属钴粉为原料制备草酸钴粉体

3.1 引言

3.2 金属钻粉和草酸反应的动力学研究

3.2.1 理论模型的确立

3.2.2 试验数据的拟合

3.3 物相分析

3.4 环境因素对反应过程和产物形貌的影响

3.4.1 温度的影响

3.4.2 浓度的影响

3.4.3 计量比的影响

3.4.4 搅拌速率的影响

3.5 草酸钴形貌的调控

3.5.1 无机酸对草酸钴形貌的调控行为

3.5.2 氯离子对草酸钴形貌的影响

3.5.3 硝酸对草酸钴形貌的调控

3.5.4 表面活性剂对草酸钻形貌的调控行为

3.6 本章小结

第四章 草酸钴热分解制备四氧化三钴

4.1 差热分析

4.2 煅烧产物物相分析

4.3 煅烧产物形貌与粒度变化的研究

4.3.1 草酸钴形貌对四氧化三钴形貌和粒度的影响

4.3.2 煅烧温度对草酸钴形貌和粒度的影响

4.3.3 保温时间对草酸钴粒度和形貌的影响

4.4 四氧化三钴的形成过程探讨

4.5 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间论文发表情况