專利名稱：一種沉淀－氫還原工藝制備納米鎳粉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬粉末制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供一種沉淀-氫還原工藝制備納米鎳粉的方法，適合于工業(yè)化生產(chǎn)納米級鎳粉。
背景技術(shù)：
隨著科技的迅速發(fā)展，納米級超細(xì)鎳粉的應(yīng)用范圍愈加廣泛，如在鎳-氫燃料電池工業(yè)。納米鎳粉在電磁波吸收及隱身材料方面，已被現(xiàn)代軍事工業(yè)廣泛采用。各種高孔隙率的泡沫金屬材料，特別是超微孔徑的特種過濾材料及器件，是近年來高科技發(fā)展中迫切需要解決的難題。尤其是生物工程和病毒過濾用特種材料，以及化工行業(yè)大量采用的多種高效納米鎳催化劑等都與納米鎳粉直接相關(guān)。新型超細(xì)晶粒WC-Ni、TiC-Ni硬質(zhì)合金、新型超細(xì)晶粒W-Ni-Cu高比重合金、記憶合金、陶瓷、塑料與鎳的新型復(fù)合材料、Ni-Al噴涂合金粉末等對納米鎳粉的需求量急速增加。預(yù)計(jì)近五年內(nèi)世界各國對納米鎳粉的需求量將超過150000噸/年。
傳統(tǒng)的鎳粉生產(chǎn)技術(shù)主要有四類電解法制備鎳粉，羰基法制備鎳粉，還原法制備鎳粉(包括高壓氫還原，草酸鎳或氧化鎳還原)，霧化法制備鎳粉(包括氣霧化、水霧化離心霧化、旋轉(zhuǎn)電極霧化、高速打擊粉碎)。上述方法中以羰基法生產(chǎn)的鎳粉粒度最細(xì)(可達(dá)到納米級)，但因成本太高，嚴(yán)重影響了其應(yīng)用范圍，其余的粒度又比較粗(微米級以上)。
近些年，隨著納米技術(shù)發(fā)展，出現(xiàn)了一些新的納米鎳粉制備技術(shù)，主要有水溶液還原法，例如中國專利01107728.x，是利用強(qiáng)還原性的水合肼或聯(lián)氨與鎳鹽(如NiSO4)的水溶液混合，用NaOH調(diào)節(jié)PH值。直接從溶液中還原出鎳粉，然后經(jīng)洗滌、分離、干燥過程最終得到納米鎳粉，還原過程可以用微波強(qiáng)化(中國專利200310121139.3)，或采用水合肼和硼氫化鉀兩種還原劑(例如中國專利01144702.8)；冷凍干燥技術(shù)例如中國專利200510000294.9，將硝酸鎳(Ni(NO)2·6H2O)溶液與碳酸納(Na2CO3)溶液混合得到的沉淀溶于氨水中得到澄清溶液，然后分散在液氮中預(yù)凍，然后干燥得到前驅(qū)體，最后進(jìn)行二次氫氣還原；醇水溶液還原法將少量的硼氫化鈉溶液加入氯化鎳的醇水溶液中，誘導(dǎo)反應(yīng)發(fā)生，再加入氫氧化鈉與水合肼糊狀混合物。反應(yīng)后，產(chǎn)物經(jīng)分離、洗滌、干燥后即可制得納米鎳粉；金屬蒸發(fā)-凝聚法是將鎳金屬加熱到蒸發(fā)溫度以上，使其變成蒸汽，然后在冷凝器中凝聚成粉末。經(jīng)過分析可知，雖然上述方法也能得到納米鎳粉，但是有的工藝復(fù)雜，如冷凍干燥法和醇水溶液還原法；有的成本比較高，如用水溶液還原法，必然導(dǎo)致鎳粉成本的增高。有的生產(chǎn)效率低，如金屬蒸汽法。另外，微乳液技術(shù)也可以用于制備納米鎳粉，但還原時(shí)間很長，母液的分離和料漿的清洗、分離很困難，生產(chǎn)效率很低，生成成本太高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種沉淀-氫還原工藝制備納米鎳粉的方法，工藝簡單，適用于工業(yè)化規(guī)模的生產(chǎn)納米鎳粉。這種工藝可明顯地提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的工藝是簡單的沉淀-離心干燥-還原。先將含鎳離子的鹽類，例如Ni(NO3)2·6H2O、NiSO4·6H2O、NiCl2·6H2O溶于水中，然后和配置好的(NH4)2CO3溶液進(jìn)行反應(yīng)，生成一種Ni2(OH)2CO3沉淀物，靜置后，將上層清澈的蘭色溶液抽出，下層的納米沉淀料漿用離心機(jī)離心分離，將離心出來的粉團(tuán)放在烘箱中烘干，擦篩，在強(qiáng)排水氫氣還原爐中于200～500℃之間還原得到納米鎳粉。本發(fā)明的方法制備的納米級鎳粉的平均粒徑≤73nm技術(shù)。
具體工藝步驟為1.制備Ni(NO3)2·6H2O水溶液將固體Ni(NO3)2·6H2O按0.5-1mol/L的濃度溶于去離子(或蒸餾水)中，不斷攪拌使其充分溶解，制備成Ni(NO3)2水溶液備用；2.制備(NH4)2CO3水溶液將固體(NH4)2CO3按0.5-1mol/L的濃度溶于去離子水(或蒸餾水)中，不斷攪拌使其充分溶解，制備成(NH4)2CO3水溶液備用；3.制備Ni2(OH)2CO3納米沉淀料漿按溶液體積比例1∶1，將(NH4)2CO3溶液慢慢的倒入Ni(NO3)2溶液中，并不斷攪拌，立即會(huì)有氣泡產(chǎn)生并生成了綠色的Ni2(OH)2CO3納米沉淀物，反應(yīng)結(jié)束后停止攪拌，靜置5～7小時(shí)，溶液中的納米沉淀物會(huì)凝聚在容器的下層，將上層的蘭色溶液抽出。
4.離心分離將下層的綠色納米沉淀料漿用離心機(jī)離心分離，得到分離好的綠色粉團(tuán)。
5.烘干-擦篩粉料將離心得到的粉團(tuán)用普通的烘干箱于110～130℃左右烘干，然后用100～150μm的篩網(wǎng)擦篩后獲得納米級前驅(qū)體粉末。
6.用強(qiáng)排水氫氣還原爐還原前驅(qū)體粉末將烘干-擦篩得到的前驅(qū)體粉末，放于強(qiáng)排水式還原爐中用H2于200～500℃，保溫20～50min還原，即可得到SAXS平均粒徑≤73nm的納米鎳粉。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1.采用碳酸銨作為沉淀劑，中間沉淀物不用清洗，經(jīng)還原后分解后即可消除，簡化工藝；2.由于采用了連續(xù)離心分離機(jī)，大大縮短了納米顆粒沉淀時(shí)間，大大提高生產(chǎn)效率。
3.采用強(qiáng)排水氫氣還原爐較低溫度下還原，便于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。
4.所用設(shè)備簡單，工序短，生產(chǎn)成本低。
5.從生產(chǎn)技術(shù)上提供了一種能夠快速連續(xù)化大規(guī)模生產(chǎn)納米金屬鎳粉(X光小角度散射SAXS的平均粒徑≤73nm)的新技術(shù)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1采用Ni(NO3)2·6H2O，溶液濃度為0.5mol/L，制備0.5kg納米鎳粉，方法如下1.制備Ni(NO3)2·6H2O水溶液稱取2.5kg Ni(NO3)2·6H2O，加入約17L去離子水(或蒸餾水)，攪拌均勻，使其充分溶解，配置成濃度為0.5mol/L的Ni(NO3)2溶液。
2.制備(NH4)2CO3水溶液取0.9kg(NH4)2CO3，加入約17L去離子水(或蒸餾水)，攪拌，使其充分溶解，配置濃度為0.5mol/L的(NH4)2CO3溶液。
3.制備Ni2(OH)2CO3納米沉淀料漿在不斷攪拌中將(NH4)2CO3溶液慢慢的倒入Ni(NO3)2溶液中立即會(huì)有氣泡產(chǎn)生并生成了綠色的Ni2(OH)2CO3納米沉淀物，反應(yīng)結(jié)束后停止攪拌，靜置5～7小時(shí)，溶液中的納米沉淀物會(huì)凝聚在容器的下層，將上層的蘭色溶液(溶液I)抽出。
4.離心分離將下層的綠色納米沉淀料漿用離心機(jī)離心分離，得到分離好的綠色粉團(tuán)。
5.烘干-擦篩粉料將綠色粉團(tuán)在烘干箱于110～130℃烘干，然后用100～150μm的篩網(wǎng)擦篩。
7.強(qiáng)排水氫氣還原爐還原烘干后的粉末將烘干-擦篩得到的綠色粉料，然后在強(qiáng)排水氫氣還原爐中用H2于200℃經(jīng)過保溫50min還原，即可得到SAXS平均粒徑67nm的納米鎳粉。
出爐后的粉末可以采用真空封裝保存。
實(shí)施例2除了步驟1、2中的水溶液濃度為1mol/L，以及步驟7中還原溫度為500℃、保溫20min，其它過程與實(shí)施例1相同，得到SAXS平均粒徑73nm的納米鎳粉。
實(shí)施例3采用NiSO4·6H2O，溶液濃度為0.5mol/L，制備0.5kg納米鎳粉，除了在步驟1中稱取2.2kg NiSO4·6H2O，在步驟7中還原溫度為400℃、保溫30min，其它過程與實(shí)施例1相同，得到SAXS平均粒徑70nm的納米鎳粉。
實(shí)施例4采用NiCl2·6H2O，溶液濃度為0.5mol/L，制備0.5kg納米鎳粉，除了在步驟1中稱取2.0kg NiSO4·6H2O，在步驟7中還原溫度為400℃、保溫30min，其它過程與實(shí)施例1相同，得到SAXS平均粒徑72nm的納米鎳粉。
權(quán)利要求
1.一種沉淀一氫還原工藝制備納米鎳粉的方法，其特征在于工藝為先將含鎳離子的鹽類溶于水中，然后和配置好的(NH4)2CO3溶液進(jìn)行反應(yīng)，生成一種Ni2(OH)2CO3沉淀物，靜置后，將上層清澈的蘭色溶液抽出，下層的納米沉淀料漿用離心機(jī)離心分離，將離心分離出來的粉團(tuán)放在烘箱中烘干，擦篩，在氫氣還原爐中于200～500℃之間還原得到納米鎳粉。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的含鎳離子的鹽類為Ni(NO3)2·6H2O、Ni(SO4)2·6H2O或NiCl2·6H2O。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于具體工藝步驟為a、制備Ni(NO3)2·6H2O水溶液將固體Ni(NO3)2·6H2O按0.5-1mol/L的濃度溶于去離子或蒸餾水中，不斷攪拌使其充分溶解，制備成Ni(NO3)2水溶液備用；b、制備(NH4)2CO3水溶液將固體(NH4)2CO3按0.5-1mol/L的濃度溶于去離子水或蒸餾水中，不斷攪拌使其充分溶解，制備成(NH4)2CO3水溶液備用；c、制備Ni2(OH)2CO3納米沉淀料漿水溶液按體積比1∶1，將步驟b的(NH4)2CO3溶液慢慢的倒入步驟a的Ni(NO3)2溶液中，并不斷攪拌，會(huì)有氣泡產(chǎn)生并生成了綠色的Ni2(OH)2CO3納米沉淀物，反應(yīng)結(jié)束后停止攪拌，靜置5～7小時(shí)，溶液中的納米沉淀物會(huì)凝聚在容器的下層，將上層的蘭色溶液抽出；d、離心分離將下層的綠色納米沉淀料漿用離心機(jī)離心分離，得到分離好的綠色粉團(tuán)；e、烘干—擦篩粉料將離心得到的粉團(tuán)用普通的烘干箱于110～130℃烘干，然后用100～150μm的篩網(wǎng)擦篩后獲得納米級前驅(qū)體粉末；f、用強(qiáng)排水氫氣還原爐還原前驅(qū)體粉末將烘干—擦篩得到的前驅(qū)體粉末，放于強(qiáng)排水氫氣還原爐中用H2于200～500℃，保溫20～50min還原，得到納米鎳粉。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種沉淀－氫還原工藝制備納米鎳粉的方法，屬于金屬粉末制備技術(shù)領(lǐng)域。工藝為先將含鎳離子的鹽類溶于水中，然后和配置好的(NH
文檔編號B22F9/16GK1765549SQ200510086999
公開日2006年5月3日 申請日期2005年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月25日
發(fā)明者林濤, 李會(huì)謙, 汪莉, 吳成義, 張麗英, 郭志猛 申請人:北京科技大學(xué)