專利名稱：一種微米級(jí)球形高純鎳粉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎳粉的制備方法，特別是用液相還原法制備微米級(jí)高純球形鎳粉的方法，屬于金屬粉末領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
粉體材料是新材料的重要組成部分，從作為高新技術(shù)，世界各國(guó)已把它作為研究的重點(diǎn)。超細(xì)鎳粉一般指粒徑小于I U m的鎳粉，其作為金屬粉體的一種，具有尺寸小、表面能高、比表面積大等納米材料的特點(diǎn)，并具有良好的導(dǎo)電性和磁性，在很多方面都表現(xiàn)出比其它常規(guī)尺寸材料更好的優(yōu)良特性，使其在冶金、電子、化工、航天及國(guó)防研究等領(lǐng)域表現(xiàn)出極廣闊的應(yīng)用前景。目前，國(guó)內(nèi)外超細(xì)鎳粉的制備方法很多，主要有還原法、羰基鎳熱解法、電解法、蒸發(fā)-冷凝法、化學(xué)氣相沉積法、霧化-熱分解法等，但都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。羰基鎳熱解法制得的鎳粉粒徑較大且不圓整，此外羰基鎳有劇毒，生產(chǎn)不安全，有害人體健康。電解法制得的鎳粉粒徑一般較大且能耗大。蒸發(fā)-冷凝法效率低下，設(shè)備復(fù)雜，難以工業(yè)化?；瘜W(xué)氣相沉積法所需設(shè)備極為昂貴，目前也不具備工業(yè)化的可能性。霧化-熱分解法可以大規(guī)模制備納米鎳粉，是一種很適合工業(yè)化生產(chǎn)的制備方法，但它在熱解過程產(chǎn)生的氣體會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定污染。液相還原法是大多數(shù)金屬粉末的常用制備方法，也是制備超細(xì)鎳粉的常用方法。它是用不同的還原劑還原Ni (OH)2或NiSO4溶液來制備鎳粉。李松林等研究了以硫酸鎳為原料、以水合肼為還原劑制備納米鎳粉，考察了不同分散劑對(duì)鎳粉粒度及其分布的影響。所得粉末顆粒近球形，一次顆粒粒徑在50 IOOnm之間,有輕微團(tuán)聚。Kening Yu等采用溶液還原法，以NiSO4 6H20為原料，用乙烯醇溶解NiSO4與NaOH的生成物Ni (OH)2,聯(lián)氨做還原劑，通過控制堿加入量、反應(yīng)物濃度、反應(yīng)溫度和還原時(shí)間，制備出了長(zhǎng)度為I 8iim、厚度為0. I 0. 5 ii m的棒狀超細(xì)鎳粉。液相還原法具有工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)物的形貌及粒度可控等優(yōu)點(diǎn)，已引起科研工作者的廣泛關(guān)注，也是目前實(shí)驗(yàn)室中研究最多的方法。但該法制備的粉末容易團(tuán)聚，且由于在制備過程中引入分散劑等其他雜質(zhì)導(dǎo)致一直難以制備出高純度的鎳粉。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述易團(tuán)聚，分散性不好且純度較低等問題，本發(fā)明的目的在于提供一種不添加有機(jī)分散劑，以超聲振蕩的分散方式制備微米級(jí)球形高純鎳粉的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是首先分別制備鎳鹽溶液、還原劑溶液和pH調(diào)節(jié)劑溶液，然后在一定的溫度下混合三種溶液，進(jìn)行超聲振蕩和攪拌，保持混合溶液的濃度和PH值，反應(yīng)一定時(shí)間后進(jìn)行固液分離，洗滌，真空干燥，最終得到微米級(jí)球形高純鎳粉。具體制備步驟包括如下
(I)分別制備鎳鹽溶液、還原劑溶液和PH調(diào)節(jié)劑溶液；(2)將鎳鹽溶液加熱至40 90°C，把還原劑溶液、pH調(diào)節(jié)劑溶液依次加入鎳鹽溶液中，保持混合溶液溫度40 90°C，以360 1280r/min的速度攪拌20 120min，攪拌的同時(shí)伴隨一定振蕩周期的頻率為20 40KHZ的超聲振蕩；
(3)由于在振蕩和攪拌的條件下混合溶液中還原劑溶液的濃度和pH會(huì)有變化，按照2 5mL/min的速度向步驟(2)的混合溶液中依次滴定還原劑溶液和pH調(diào)節(jié)劑溶液，在40 90°C的溫度條件下反應(yīng)20 120min后溶液變清，冷卻至室溫后進(jìn)行固液分離，洗滌，真空干燥，最終得到微米級(jí)球形高純鎳粉。所述鎳鹽溶液的濃度為0. I 2mol/L,鎳鹽為NiSO4 6H20、NiCl2 6H20、NiCO3 6H20、Ni (NO3)2 6H20或溶于氨水的Ni3(PO4)2 8H20中的一種，其中溶于氨水的Ni3(PO4)2 8H20是按照Ni3(PO4)2與氨的摩爾比I 2 :0. 4 0. 8溶于氨水的。所述還原劑為水合肼、葡萄糖、抗壞血酸(維C)、硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉、硫酸亞鐵 銨或甲醛中的一種，均為普通市售，還原劑溶液的濃度為0. 2 4mol/L。所述pH調(diào)節(jié)劑為NaOH溶液，NaOH溶液的濃度為0. 02 0. 2mol/L。所述步驟(2)鎳鹽溶液和還原劑溶液是按照I :4 10的摩爾比進(jìn)行混合的，混合pH調(diào)節(jié)劑后混合溶液的pH為10 12. 5，步驟(3)中滴定后鎳鹽和還原劑的摩爾比、混合溶液的PH與步驟(2)中的范圍相同。所述振蕩的過程中為防止溶液不穩(wěn)定，步驟(2)超聲振蕩的振蕩周期是按照振蕩20s 50s后停止30秒再繼續(xù)振蕩。所述洗滌依次采用去離子水和無水乙醇洗滌，各洗滌I 3次后抽濾。所述真空干燥是在真空度為IX 10—1 IX 10_3kPa、溫度為40 70°C的條件下干燥為6 IOh。所述最終制得的微米級(jí)球形高純鎳粉的粒徑為0.05 I. 12iim，純度為99 99. 9wt%。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)和積極效果采用超聲波振蕩并結(jié)合攪拌，不添加分散劑使反應(yīng)過程中生成的鎳粉分散，改善團(tuán)聚現(xiàn)象控制粒徑，并且由于未添加分散劑引發(fā)劑等助劑，杜絕了更多的雜質(zhì)的引入，提高了所制的鎳粉的純度。整個(gè)工藝流程簡(jiǎn)易可行、裝置簡(jiǎn)單，制得的微米級(jí)高純超細(xì)鎳粉分散性較好，粒徑小，粒徑分布均勻，純度高，可滿足目前許多電子產(chǎn)品所需高純度鎳粉的要求。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述，但本發(fā)明不限于以下所述范圍。實(shí)施例I :本實(shí)施例的微米級(jí)球形高純鎳粉的制備步驟如下
(I)用去離子水分別制備濃度0. I 2mol/L鎳鹽溶液、濃度為0. 2 4mol/L的還原劑溶液和 0. 02 0. 2mol/L 的 NaOH 溶液；鎳鹽為 NiSO4 6H20、NiCl2 6H20、NiCO3 6H20、Ni (NO3)2 6H20或溶于氨水的Ni3(PO4)2 8H20中的一種，其中溶于氨水的Ni3(PO4)2 8H20是按照Ni3(PO4)2與氨的摩爾比I 2 :0. 4 0.8溶于氨水的。還原劑為水合肼、葡萄糖、抗壞血酸(維C)、硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉、硫酸亞鐵銨或甲醛中的一種。(2)將鎳鹽溶液加熱至40 90°C，將鎳鹽溶液和還原劑溶液按照I :4 10的摩爾比混合，然后加入PH調(diào)節(jié)劑溶液后pH為10 12. 5，保持混合溶液溫度40 90°C，以360 1280r/min的速度攪拌20 120min，攪拌的同時(shí)伴隨一定振蕩周期的頻率為20 40KHZ的超聲振蕩，振蕩周期是按照振蕩20s 50s后停止30秒再繼續(xù)振蕩；
(3)由于在振蕩和攪拌的條件下混合溶液中還原劑溶液的濃度和pH會(huì)有變化，按照2 5mL/min的速度向步驟(2)的混合溶液中依次滴定還原劑溶液和pH調(diào)節(jié)劑溶液，滴定后鎳鹽和還原劑的摩爾比、混合溶液的pH與步驟(2)中的范圍相同，在40 90°C的溫度條件下反應(yīng)20 120min后溶液變清,冷卻至室溫后進(jìn)行固液分離,洗漆依次采用去離子水和無水乙醇洗滌，各洗滌I 3次后抽濾，然后在真空度為I X KT1 I X 10_3kPa、溫度為40 700C的條件下干燥為6 IOh的條件下真空干燥，最終得到粒徑為0. 05 I. 12 m,純度為99 99. 9wt%的微米級(jí)球形高純鎳粉。實(shí)施例2 :本實(shí)施例的微米級(jí)球形高純鎳粉制備的反應(yīng)條件及得到的微米級(jí)球形高純鎳粉性能如表I所示。
實(shí)施例3 :本實(shí)施例的微米級(jí)球形高純鎳粉制備的反應(yīng)條件及得到的微米級(jí)球形高純鎳粉性能如表I所示。實(shí)施例4 :本實(shí)施例的微米級(jí)球形高純鎳粉制備的反應(yīng)條件及得到的微米級(jí)球形高純鎳粉性能如表I所示。實(shí)施例5 :本實(shí)施例的微米級(jí)球形高純鎳粉制備的反應(yīng)條件及得到的微米級(jí)球形高純鎳粉性能如表2所示。實(shí)施例6 :本實(shí)施例的微米級(jí)球形高純鎳粉制備的反應(yīng)條件及得到的微米級(jí)球形高純鎳粉性能如表2所示。實(shí)施例7 :本實(shí)施例的微米級(jí)球形高純鎳粉制備的反應(yīng)條件及得到的微米級(jí)球形高純鎳粉性能如表2所示。
表I 實(shí)施例I 4反應(yīng)條件及得到的微米級(jí)球形高純鎳粉性能
權(quán)利要求
1.一種微米級(jí)球形高純鎳粉的制備方法，其特征在于具體步驟包括如下 (1)分別制備鎳鹽溶液、還原劑溶液和PH調(diào)節(jié)劑溶液； (2)將鎳鹽溶液加熱至40 90°C，把還原劑溶液、pH調(diào)節(jié)劑溶液依次加入鎳鹽溶液中，保持混合溶液溫度40 90°C，以360 1280r/min的速度攪拌20 120min，攪拌的同時(shí)伴隨一定振蕩周期的頻率為20 40KHZ的超聲振蕩； (3)按照2 5mL/min的速度向步驟(2)的混合溶液中依次滴定還原劑溶液和pH調(diào)節(jié)劑溶液，在40 90°C的溫度條件下反應(yīng)20 120min后溶液變清，冷卻至室溫后進(jìn)行固液分離，洗滌，真空干燥，最終得到微米級(jí)球形高純鎳粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微米級(jí)球形高純鎳粉的制備方法，其特征在于 所述鎳鹽溶液的濃度為 0. I 2mol/L，鎳鹽為 NiSO4 6H20、NiCl2 6H20、NiCO3 6H20、Ni (NO3)2 6H20或溶于氨水的Ni3(PO4)2 8H20中的一種，其中溶于氨水的Ni3(PO4)2 8H20是按照Ni3(PO4)2與氨的摩爾比I 2 :0. 4 0. 8溶于氨水的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微米級(jí)球形高純鎳粉的制備方法，其特征在于所述還原劑為水合肼、葡萄糖、抗壞血酸、硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉、硫酸亞鐵銨或甲醛中的一種，還原劑溶液的濃度為0. 2 4mol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微米級(jí)球形高純鎳粉的制備方法，其特征在于所述PH調(diào)節(jié)劑為NaOH溶液，NaOH溶液的濃度為0. 02 0. 2mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微米級(jí)球形高純鎳粉的制備方法，其特征在于所述步驟(2)鎳鹽溶液和還原劑溶液是按照I :4 10的摩爾比進(jìn)行混合的，混合pH調(diào)節(jié)劑后混合溶液的pH為10 12. 5，步驟(3)中滴定后鎳鹽和還原劑的摩爾比、混合溶液的pH與步驟(2)中的范圍相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微米級(jí)球形高純鎳粉的制備方法，其特征在于所述步驟(2)超聲振蕩的振蕩周期是按照振蕩20s 50s后停止30秒再繼續(xù)振蕩。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微米級(jí)球形高純鎳粉的制備方法，其特征在于所述洗滌依次采用去離子水和無水乙醇洗滌,各洗滌I 3次后抽濾。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微米級(jí)球形高純鎳粉的制備方法，其特征在于所述真空干燥是在真空度為IX 10—1 IX 10_3kPa、溫度為40 70°C的條件下干燥為6 10h。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微米級(jí)球形高純鎳粉的制備方法，其特征在于所述最終制得的微米級(jí)球形高純鎳粉的粒徑為0. 05 I. 12 ii m,純度為99 99. 9wt%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種不添加分散劑制備微米級(jí)球形高純鎳粉的方法，屬于金屬粉末領(lǐng)域。以相應(yīng)鎳鹽為原料，并選擇適當(dāng)?shù)倪€原劑、以NaOH等堿性物質(zhì)為pH調(diào)節(jié)劑，不添加分散劑，使用超聲振蕩的方法防止其團(tuán)聚，在攪拌狀態(tài)下進(jìn)行液相還原。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)物濃度、攪拌速度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和pH值以制得0.05～1.12μm的不同粒徑的球形高純鎳粉。本制備方法工藝簡(jiǎn)單，操作容易。且制備的鎳粉粒徑分布均勻，分散性好，純度高。
文檔編號(hào)B22F9/24GK102699348SQ20121022267
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月2日
發(fā)明者嚴(yán)繼康, 劉意春, 張家敏, 易健宏, 杜景紅, 王曉新, 甘國(guó)友, 鄭婭, 陳星星 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)