[发明专利]一种四氧化三钴的制备方法

说明书

本发明涉及一种高结晶度窄粒级四氧化三钴的制备方法，属于有色金属材料制备领域。该方法以氯化钴为原料，在450‑800℃条件下，通过反应气氛调控，可制备出高结晶度窄粒级高振实密度四氧化三钴产品。本发明具有工艺简单、成本低、绿色低碳、所得四氧化三钴产品品质高等优点，具有较好的产业化应用前景。

技术领域

本发明涉及一种四氧化三钴的制备方法，属于新材料制备领域。

技术背景

Co₃O₄是一种典型的P型半导体材料，禁带宽度为1.5eV，具有尖晶石结构。作为一种过渡族金属氧化物，Co₃O₄化学性能稳定，理论比容量高达890m Ah/g，体积比容量为石墨的7.5倍。此外，Co₃O₄具有较好的可逆的氧化还原性能，长期使用性能稳定，耐腐蚀的优点，因而，Co₃O₄主要用于锂离子电池和超级电容器的电极材料、化学催化剂、气体感应器以及磁性领域。对四氧化三钴的的制备，特别是高结晶高振实密度四氧化三钴的制备，备受业界关注。

四氧化三钴的制备方法主要有化学沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、喷雾热解法、模板法等工艺，其中以化学沉淀法和喷雾热解法为主。

化学沉淀法以硫酸钴或氯化钴为钴源，以氢氧化钠、氨水、碳酸氢铵、碳酸钠等碱液为沉淀剂，在一定条件下，沉淀获得前驱体，然后在800-900℃煅烧获得四氧化三钴产品。该方法工艺过程简单，易于控制，但流程较长、废水量大，另外，先湿法沉淀-再火法煅烧，能源消耗大。尤为致命的是，湿法沉淀前驱体结晶度较差，导致产品结晶度不高，此外，前驱体颗粒在热分解后，往往遗留大量的气孔，导致所得颗粒通常为多孔状，导致产品振实密度降低。

喷雾热解法以氯化钴或硝酸钴溶液为原料，将其雾化后引入到高温场中，使其高温水解为四氧化三钴和相应的无机酸，这一方法避免了沉淀剂的使用，因而原料消耗较低，但该方法同样存在所得四氧化三钴产品粒度分布较宽，团聚严重，振实密度较低等不足。

因此，当前制备方法，均存在明显的不足，如所得Co₃O₄粒度较宽、团聚严重、振实密度较低，因而业界亟需开发一种工艺简单、可同步脱除杂质、低成本的稀土浸出液净化方法。

发明内容

为解决现有Co₃O₄制备方法存在产品粒度分布宽、团聚严重、振实密度较低等技术不足，本发明目的在于提供一种可制得高结晶度、窄粒级、高振实密度的四氧化三钴的方法。

一种四氧化三钴的制备方法，将CoCl₂﹒nH₂O(4＞n＞1)在保护气氛下进行第一段热处理，随后再在氧化性气氛(含氧气氛)下进行第二段热处理，制得四氧化三钴产品；第一段热处理、第二段热处理的温度分别为450-800℃；

所述的氧化性气氛的氧含量为0.1v％～12.5v％。

本发明技术方案，创新地以所述特定结晶水的氯化钴晶体为原料，利用其自身结晶水，配合所述的气氛调控技术以及氧分压控制技术，能够协同改善水的分布均匀性，有效控制反应进程，如此有助于改善产品结晶度，抑制产物二次形核，改善粒度均匀性以及振实密度。通过本发明技术方案，有利于得到单分散窄粒级、高结晶度、高振实密度的Co₃O₄产物。

作为优选，所述的CoCl₂﹒nH₂O(4＞n＞1)由CoCl₂﹒6H₂O在保护气载气气流下加热转型得到。

所述CoCl₂﹒6H₂O的纯度大于99.5％。