[发明专利]一种制备高密度四氧化三钴粉末的方法与设备

说明书

技术领域

本发明涉及制备高密度四氧化三钴粉末的方法与设备，其原料为氯化钴。

背景技术

四氧化三钴是制造锂离子电池正极材料LiCoO₂的原料。目前，工业生产四氧化三钴的方法主要是湿法沉淀-煅烧法，该法有2种具体工艺。其一为以碳酸氢氨为沉淀剂，加入钴盐溶液中，生成碱式碳酸钴沉淀，过滤、洗涤和干燥后，在800℃左右高温下煅烧，得到四氧化三钴产品。其二是采用NaOH为中和剂，在控制温度、pH值等条件下，从钴盐溶液中水解沉淀出Co(OH)₂，再在800℃左右高温下煅烧，得到四氧化三钴产品。湿法沉淀一煅烧法的优点为，技术起点低，易于实现和掌握；但存在的缺点在于，工艺流程较长，生产效率低，存在含氨氮废水污染，产品形貌为多孔团聚体，振实密度低，存在氧化亚钴等杂相，均一性差，性能不能很好满足LiCoO₂生产要求。

优美克公司等采用溶液雾化-焙烧法生产四氧化三钴。具体工艺为，将CoCl₂水溶液采用离心、高压或超声等方法雾化，喷入高温焙烧炉中，在800℃左右高温下，雾滴经过加热脱水、结晶、高温水解、氧化、碰撞团聚及烧结等系列物理、化学过程，转化为四氧化三钴粉末。该法的优点在于能生产高密度四氧化三钴粉末，但存在雾化焙烧炉体积庞大、材质要求高、能耗高、收尘及尾气处理系统复杂、投资大等不足。

在“制备高品质四氧化三钴的新方法”(申请号：200410023350.6)和“制备高品质四氧化三钴的反应炉”(申请号：200420036289.4)的专利申请中，提出了一种以含结晶水的钴盐为原料，将其盛于容器内，置于推舟式隧道窑中加热，制造四氧化三钴粉末的方法。该法存在的问题是，物料处于静止状态，若料层太薄，则生产效率很低；而料层过厚，则由于料层受热不匀，加热时结晶水大量析出使炉料熔融、结壳等发生，导致反应条件不均匀、产品一致性差、颗粒粗大等问题。因而在工业生产上其操作控制难度较大。

发明内容

本发明的目的是，针对制备四氧化三钴的现有技术中存在的产品质量差、存在污染、投资大、实施困难等不足，提出一种制备高密度四氧化三钴的方法及设备。

其方案为，以100目～400目的粉末状无水CoCl₂为原料，将其加入反应炉中，于500～1000℃温度下，呈运动状态与含水蒸汽的氧化性气体充分混合，反应生成四氧化三钴粉末，其反应式为：

3CoCl_2(s)+3H₂O_(g)+1/2O_2(g)＝Co₃O_4(s)+6HCl_(g)。

所述反应炉为飘浮式反应炉，包括一个炉体，其上部为筒体，设有进料管和排气管；其下部为锥形，底端设有排渣口，锥体下端的锥面上设有进气口。

本发明方法工艺过程及设备简单，工艺制度便于掌握调控，反应产物只有气固两相且容易分离，其后处理工序，即气固分离、粉末的洗涤、干燥、分级以及HCl气体的回收等易于与现有工艺手段衔接，产品质量高，生产过程无污染。

附图说明

图1为本发明的原则流程图；

图2为本发明飘浮式反应炉示意图；

图3为本发明样品SEM检测照片；

图4为本发明样品XRD检测结果。

具体实施方式

以下对所发明的技术方案详细描述。

如图1所示，本发明所采用的CoCl₂原料，是采用电池级CoCl₂·6H₂O，在250℃温度下加热真空脱水后，再经粉碎制备的，其粒度在100～400目。反应气体含氧量为21～50％，一般用空气即可，或在空气中配入氧气；反应气体中所含水份，采用计量泵将水输送至雾化器，水雾化后喷入高温气流气化加入，因此，高温氧化气体中，水份含量是可控的，一般按化学计量的100～120％加入，过高则造成尾气露点升高，导致收尘系统只能在高温下运行，收尘布袋材质选择困难。