[发明专利]粒度可控球形亚微米镍粉的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及镍粉制备技术领域，尤其是涉及一种粒度可控球形亚微米镍粉的制备方法。

背景技术

超细镍粉具有极大的体积效应和表面效应，在磁性、内压、热阻、光吸收、化学活性等方面显示出较多特殊性质，在催化剂、烧结活化剂、导电浆料、电池、硬质合金等领域得到了广泛的应用，镍粉的制备方法研究受到了国内外的极大关注。目前制备超细镍粉的方法有以下几种：

(1)碳基镍热分解法，该法首先由英国蒙德提出，现已实现大规模工业化。它主要分两步进行：第一步在40～100℃、常压的条件下将CO与镍反应生成羰基镍Ni(CO)4；第二步是在热分解塔中使羰基镍分解得镍粉。该法工业生产的镍粉的平均粒径为0.2～1.0μm多种规格。目前，加拿大、英国、美国、俄罗斯均有生产。该法存在两个缺点：一是热解塔内分解温度较高，镍粉易烧结故粒径较大；二是羰基镍是一种剧毒物质，有碍人体健康，对环境造成极大污染。

(2)电解法，电解法一般采用镍板作阳极，贵金属或石墨作阴极，在电解池中加入含有Ni2+的溶液，接通电源，控制一定的槽电压及电流密度，并周期性改变电流方向。这样经过一段时间后，就能用磁性材料在电解池的底部收集到镍粉。该法是工业上常用方法，但缺点是能耗较高，制得的镍粉较粗，形貌不圆整。

(3)蒸发一冷凝法，该法是在惰性气氛的条件下，通过加热金属，使其熔化和蒸发而形成金属粉末。金属镍加热到1425℃即气化，蒸气急速冷凝即可制得镍粉。采用真空环境蒸发可以降低蒸发温度，急冷方式不同，生成的镍粉各具特色。该法缺点：生产效率低，颗粒易氧化，设备复杂，技术要求高，成本昂贵，因此难以实现工业化生产。

(4)高压氢还原法，在高压釜内，催化剂存在下用氢气还原镍的氨性水溶液或不溶于水的碱式碳酸镍、氢氧化镍等水浆液，可制得平均粒径为1.0-1.2μm的镍粉。喻克宁等报道了在碱性介质中，在一定温度下，以PdCl2为催化剂，氢气还原氢氧化镍水浆液而制得平均粒径几十纳米的超细镍粉。中国科学院化工冶金研究所以蒽醌作催化剂，在200℃以上水热的条件下，有效地将氢氧化镍浆料还原制成超细镍粉。此法需要不锈钢高压反应釜及催化剂，制备过程较复杂，不便于工业化生产。

(5)常压液相还原法，常压液相还原法是将镍盐水溶液Ni(OH)2悬浮液与硼氢化钠和联氨混合液反应，还原出来的镍粉凝聚体用乙醇或丙酮处理，可得粒径为2μm以下分散均匀的高纯度超细镍粉。谢克难等系统的研究了联氨还原Ni(OH)2料浆制取超细镍粉的过程中，反应条件对产品收率、粒度及形貌的影响。廖立在液相还原法合成纳米镍粉的研究中采用联氨和次亚磷酸钠为还原剂，在优化条件下制得平均粒度为60nm的球形镍粉。常压液相还原法原料易得，设备简单，操作简便，产品收率高，纯度高，颗粒尺寸小、分布均匀，有较好发展前景。但还原剂中硼氢化钠价格昂贵，次亚磷酸钠又容易生成Ni-P合金而影响产品性能，联氨便成为首选的还原剂。

(6)气相还原法，气相还原法是基于高温1000℃以上将金属氯化物气化并在还原反应器内通入氢气进行气相还原，生成的金属粉末被惰性气体带出、冷却、收集。日本Toho钛公司将固体NiCl₂在1200K左右气化，蒸气NiCl₂与H₂逆流还原制得粒径为0.4～1.0μm的球形超细镍粉。用该法制备的镍粉具有球形度好及粒度分布窄等特点，但由于氯化反应及还原在高温1000℃以上及高腐蚀性介质Cl₂，HCl中进行，因此对设备的耐腐蚀能力要求较高，成本也高，很难实现工业化。

(7)固相还原法，固相还原法是将碳酸镍或草酸镍加热分解得一氧化镍，一氧化镍再用活性炭等还原可制得金属镍粉。但用活性炭作还原剂时，反应速度缓慢，并且所得的镍粉易被碳沾污。Baburaj等在特定氩气气氛中通过机械球磨无水NiCl₂与Na或Mg，由固态置换反应制备超细镍粉，粒径为7～13nm。此外，还有用H₂还原氧化镍、草酸镍或碳酸镍的固态还原法，虽然工艺比较简单，但必须利用化学试剂作原料，因此一直没有得到推广。

镍粉的化学活性好，容易与其他物质发生化学反应；且镍粉具有磁性，颗粒间容易相互吸引。目前所制备的亚微米镍粉大多数粒度分布大，颗粒均匀性和分散性不好。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，在于提供一种生产工艺简短易控，设备投资少，生产成本低，易于实现工业化生产的方法；且制备的产品粒子表面光滑，粒径可控且粒径分布窄、抗氧化性强、分散性好。