一种提高四氧化三钴生产率的方法

摘要

本发明公开了一种提高四氧化三钴生产率的方法，由于碳酸盐类沉淀剂与钴盐反应时会有二氧化碳生成，本发明在反应中加入氨水或者气态氨气，能够促进反应正方向进行，提高转化率，沉淀反应依靠自身重力和分子间斥力进行沉降分离，加入絮凝剂能够提高沉淀效率，经过高温煅烧后分子级别的黏连键会消失，形成稳定的四氧化三钴，目前絮凝剂主要分为无机絮凝剂和有机絮凝剂，主要选择铝絮凝剂或者有机高分子絮凝剂，另外四氧化三钴加入铝会提高产品性能，形成掺铝四氧化三钴，在合成后期可以根据需要选择是否洗涤干净铝。

说明书

技术领域

本发明属于化学原料生产技术领域，具体的，涉及一种提高四氧化三钴生产率的方法。

背景技术

四氧化三钴是制备锂电池材料的重要前驱体材料，其主流生产方法为沉淀结晶和热处理技术，沉淀结晶主要原料为钴盐和碳酸盐或者强碱，生成的沉淀物经过洗涤离心后在窑炉中焙烧，得到四氧化三钴，随着电子产品的爆发式增长，对锂电池材料的需求日益旺盛，开发出高品质的四氧化三钴，对整个行业都起到重要的推动作用。同时，行业的爆发式增长也带来了对四氧化三钴量的需求，利用现有产能提高反应速率和提高转化率都是重要的技改方向，对于增产有很帮助，为了解决上述问题，本发明提供了以下技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高四氧化三钴生产率的方法，由于碳酸盐类沉淀剂与钴盐反应时会有二氧化碳生成，在反应中加入氨水或者气态氨气，能够促进反应正方向进行，提高转化率。沉淀反应依靠自身重力和分子间斥力进行沉降分离，加入絮凝剂能够提高沉淀效率，经过高温煅烧后分子级别的黏连键会消失，形成稳定的四氧化三钴。目前絮凝剂主要分为无机絮凝剂和有机絮凝剂，主要选择铝絮凝剂或者有机高分子絮凝剂，另外四氧化三钴加入铝会提高产品性能，形成掺铝四氧化三钴，在合成后期可以根据需要选择是否洗涤干净铝。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

本发明所提出的方案为提高四氧化三钴合成过程中产品转化率和沉淀速率，达到提高产能的目的，另外铝絮凝剂或者有机高分子絮凝剂可以合成优质的掺铝四氧化三钴。

本发明提供了一种提高四氧化三钴产率的方法，其包括如下步骤：

第一步，配制钴盐溶液、沉淀剂溶液与沉淀促进剂溶液，在沉淀剂溶液与钴盐反溶液应过程中同时通入提高反应转化率的沉淀促进剂溶液；

第二步，在pH值为7-12、温度为40-70℃的条件下共同搅拌混合，搅拌速度为20-50Hz，得到前驱体；

第三步，将第二步中得到的前驱体洗涤、离心过滤后，在500-800℃焙烧3-6h，得到成品的四氧化三钴。

第二步中共同搅拌混合时钴盐溶液的流量为500-1000L/h，所述沉淀剂溶液的流量为600-1000L/h，所述促进剂溶液的流量为5-20L/h。

作为本发明的进一步方案，所述混合溶液中促进剂的体积百分比为0.4-1％。

作为本发明的进一步方案，所述钴盐溶液的浓度为1-2mol/L，

作为本发明的进一步方案，沉淀剂溶液的浓度为2.2-4.4mol/L。

作为本发明的进一步方案，所述沉淀促进剂为氨水、氨气、铝盐絮凝剂中的一种或几种的混合。

作为本发明的进一步方案，所述钴盐为硫酸钴和氯化钴的一种或两种的混合。

作为本发明的进一步方案，所述沉淀剂为氢氧化钠或碳酸氢铵的一种。

作为本发明的进一步方案，在使用铝絮凝剂作为沉淀促进剂物质时，既可以将铝清洗干净得到纯钴沉淀物也可以不洗铝得到掺铝钴沉淀物。

本发明与现有技术方案相比具有以下有益效果：

(1)钴盐与沉淀剂反应同时加入沉淀促进剂，反应条件为pH值7-12，搅拌速率20-50Hz，进料速率分别为钴盐溶液500-1000L/h沉淀剂溶液600-1000L/h，沉淀促进剂溶液流量为5-20L/h，通过控制搅拌速度和进料速率使其在上述范围内，因为碳酸盐沉淀剂反应生成碳酸不利于反应进行彻底，加入氨水或者气态氨提高转化率，使反应进行更加彻底，碳酸铵溶解度高于碳酸氢铵。

(2)在反应过程中，加入铝絮凝剂或者有机高分子絮凝剂增大沉淀速率，形成絮凝剂和沉淀物均匀网状结构，沉淀物颗粒均匀，形状规则，500-800℃焙烧3-6h絮凝剂会被氧化烧结掉得到均匀的四氧化三钴。

(3)本发明采用铝系无机絮凝剂沉淀物，可以根据需要洗涤铝与不洗涤铝，得到掺铝或者不掺铝钴沉淀物，烧结得到掺铝或者不掺铝四氧化三钴，而掺铝四氧化三钴因为形成网状结构，掺铝更为均匀。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

图1为实施例2中制备的四氧化三钴的形貌图；

图2为对比例1中制备的四氧化三钴的形貌图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

采用含钴矿料为原料，采用浸出萃取后制得100g/l硫酸钴溶液，与200g/l碳酸氢铵溶液反应，反应时硫酸钴溶液流速为600L l/h，碳铵溶液流速为650l/h，同步加入氨水，控制pH值在9.0，搅拌速度35HZ，等到反应终点调控pH值在8.0，根据电流调节搅拌速度，反应后期搅拌度控制在28HZ。得到的前驱物，经洗涤后，送入回转窑焙烧，焙烧温度800℃，反应时间3h，得到四氧化三钴。

实施例2

配制100g/l硫酸钴溶液，配制200g/l碳酸氢铵溶液，聚丙烯酰胺絮凝剂配制成0.1mg/l溶液，硫酸钴和碳酸氢铵反应半小时后开始加入聚丙烯酰胺溶液，根据形成钒花大小控制加入速度，速度控制在1L/h，反应pH值控制在8.0，搅拌速率35Hz，反应时硫酸钴溶液流速为600L l/h，碳铵溶液流速为650l/h，到反应终点，取沉淀物洗涤干净，800℃焙烧制备四氧化三钴。

实施例3

采用含钴矿料为原料，采用浸出萃取后制得100g/l氯化钴溶液，人工配制200g/l氢氧化钠溶液，氯化钴溶液流量为600l/h，氢氧化钠流量为200l/h，搅拌速度35Hz，反应半小时后加入硫酸铝和聚丙烯酰胺混合物，其中硫酸铝与聚丙烯酰胺的重量比为1:0.5，硫酸铝和聚丙烯酰胺混合物的加入速度根据钒花情况调整，加入速度约为1l/h，反应结束后洗涤沉淀物，离心后进行焙烧，800℃烧结3h制备掺铝四氧化三钴。

实施例4

采用浸出萃取后制得100g/l硫酸钴溶液，与200g/l碳酸氢铵溶液反应，同步通入氨气，氨气通入压力0.1MPA，流量0.05l/h，控制pH值在9.0左右，搅拌速度35HZ，反应时硫酸钴溶液流速为600L l/h，碳铵溶液流速为650l/h，等到反应终点调控pH值在8.0，根据电流调节搅拌速度，反应后期搅拌度控制在28HZ。得到的前驱物，经洗涤后，送入回转窑焙烧，焙烧温度800℃，反应时间3h，得到四氧化三钴。

对比例1

采用含钴矿料为原料，采用浸出萃取后制得100g/l硫酸钴溶液，与200g/l碳酸氢铵溶液反应，反应时硫酸钴溶液流速为600L l/h，碳铵溶液流速为650l/h，控制pH值在8.0左右，搅拌速度35HZ。等到反应终点调控pH值在7.2，根据电流调节搅拌速度，反应后期搅拌度控制在28HZ。得到的前驱物，经洗涤后，送入回转窑焙烧，焙烧温度800℃，反应时间3h，得到四氧化三钴。

对比例2

采用含钴矿料为原料，采用浸出萃取后制得100g/l氯化钴溶液，人工配制200g/l氢氧化钠溶液，氯化钴溶液流量为600l/h，氢氧化钠流量为200l/h，搅拌速度35Hz。反应结束后洗涤沉淀物，离心后进行焙烧，800℃烧结3h制备四氧化三钴。

对比例3

配制100g/l硫酸钴溶液，配制200g/l碳酸氢铵溶液，配制10g/l硫酸铝溶液，将硫酸铝与硫酸钴按照体积比20:1配制成均匀溶液A，A溶液与碳酸氢铵溶液流量分别为1000l/h和1000l/h通入反应釜中，搅拌速度35HZ，pH值为8.0，制备碳酸盐沉淀物。沉淀物洗涤后，离心焙烧，得到掺铝四氧化三钴。

测试例

形貌分析

图1和图2为实施例2与对比例1的形貌图，可以看出图1形貌更加均匀有序，对提高电性能有很大帮助。

反应时间分析

将本发明几种实施例和对比例达到同样满釜体积量为反应终点，测得所需反应时间和沉淀物粒径进行分析比对，结果如下表1所示：

表1

由表1看出反应条件沉淀促进剂对粒径基本没有影响，平均节约时间在26％左右，大大提高了反应速率，使产率得到有效提升。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。