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1307-96-6 / 氧化鈷的多種應用及制備

背景及概述[1][2]

氧化鈷化學式CoO,棕綠色立方晶系粉末。可用鈷粉在氧氣或空氣中氧化,或由Co3O4在空氣中于1160℃熱分解,也可由二價鈷的硝酸鹽、碳酸鹽或氫氧化物在真空中熱分解制得。 在無機酸中溶解變為紅色溶液(濃鹽酸、濃硫酸中變為藍色),在常溫下吸收空氣中的氧變為棕色,進一步變為黑色。在空氣中焙燒時于390~590℃氧化變為 Co3O4,容易被H2、CO和C還原為金屬。在高溫時為氯化鈉型結構,低溫時為Co3O4。可用鈷粉在氧氣或空氣中氧化,或由Co3O4在空氣中于1160℃熱分解,也可由二價鈷的硝酸鹽、碳酸鹽或氫氧化物在真空中熱分解制得。

應用[3-4]

隨著鈷生產的發展,鈷的制品如金屬鈷、氧化鈷 、鈷鹽及鈷有機物等的產量和質量不斷提高,對鈷制品的應用發展創造了極有利的條件。目前我國鈷制品應用領域擴大,用量日增,品種增多。預計 2000 年時氧化鈷的應用領域更加廣泛,特別是在冶金、化工 、電氣及建材等將會得到迅速地發展。目前我國氧化鈷產品的主要應用領域。

1. 其它產品原料
例如用氫在一定溫度下還原氧化鈷生產金屬鈷粉,用于制造硬質合金; 用酸溶解氧化鈷制成水溶液進行電解獲得金屬鈷錠,作為高溫高強度合金鋼添加劑;將氧化鈷制成酸性鈷溶液,經不同的化學加工后可生產鈷鹽,如 CoCl2,CoSO 4,CoCO3 和 CoC2O4等。因此,純氧化鈷作為中間原料,應用廣泛。

2. 搪瓷和陶瓷顏料
在化工搪瓷生產設備等方面,搪瓷材料中加入氧化鈷后,可耐腐蝕和提高耐磨度。在各種建材和日用陶瓷中,用氧化鈷制成藍色的顏料或釉料涂于陶瓷制品,經焙燒后呈現了鮮艷藍色的陶瓷品,更具有藝術性。

3. 油漆添加劑
在制造各種油漆時加入氧化鈷,生產的油漆性能有所提高,特別是在油漆中起著催干劑的作用,即是在油漆使用中易于快速涼干,以提高應用速率,這對油漆的快速施工大有益處

4. 精煉石油催化劑
鈷制品在石油煉制中作為催化劑有著較長的歷史,且在促進煉油的發展中起著重要的作用。如有的用金屬鈷與鋁、鐵等制成合金催化劑,應用日益發展; 而用氧化鈷作為石油催化劑也是十分重要的,它對于加速石油煉制的作用是不可缺少的。因此,近年來氧化鈷催化劑的使用躍居重要地位。此外,氧化鈷在電氣工業如彩電粉的添加劑及其它化工方面的使用,也迅地在發展之中。總的看來,氧化鈷的應用領域將不繼開拓擴大,前景是樂觀的。

5. 氧化鈷多孔薄膜。

鈷因其在電催化、電池、超電容 、磁性材料等領域的廣泛應用而受到重視。CoOx 用作超電容器電極材料可與其它電極材料復合使用,如與 NiO x、RhO x,MnO x等復合均有報道。多孔氧化鈷材料用作單一超電容器電極材料時,常用制備方法有溶膠凝膠法,軟模板法,高溫濺射法等。通過溶膠凝膠法制得 Co3O 4 電極材料,但溶膠凝膠法制備過程比較復雜且不易控制。用十二烷基磺酸鈉作為軟模板在溶液中水解合成多孔Co(OH) 2,但此法在多孔 Co(OH) 2 后續利用中需要去除模板,制備過程比較復雜。利用高溫濺射法制得多孔Co3O4 納米粒子薄膜,但存在內阻較大,導致電極功率特性不佳等問題。有實驗利用氣泡模板法在石墨電極表面沉積出 CoO x·yH2O 多孔結構薄膜,此方法操作簡單,適合較大規模生產。

制備[3,5]

1. 磁鋼渣為原料制備氧化鈷

目前國內外的含鈷合金廢料種類繁多,成分復雜,如高溫合金( Co 13 % ),永磁合金( Co 25 % ),合金鋼( Co 5 %~15 % ),硬質合金( Co <10 % ),磁鋼( Co 15 % ) 和可伐合金( Co 16% ) 等的合金廢料,其來源多,組分較雜。為符合工廠的傳統生產工藝技術,操作方法,主要設備狀況及化工材料供應等條件因素,有研究選擇了磁鋼渣為原料 ( 切屑及磨料狀)。多年生產的經驗證明,該磁鋼渣作為工廠的原料較為合適,保證了氧化鈷的產品質量。磁鋼渣的化學成分如下Co15 ~16,Ni9 ~1 0,Fe67~69,Cu 0.5 ~0.6,Mn 0.2 ~0.3,Al 5 ~6,
Ca +Mg 0.6~0.7,含油和水 0.08 ~0.10。生產工藝流程如下:經過多年的生產實踐證明,用含鈷合金廢料生產氧化鈷的工藝是合理可行的,且穩定可靠,詳見圖:

氧化鈷的多種應用及制備

2. 以低品位銅鈷礦制取氧化鈷。根據銅鈷礦的化學成分及物相確定了處理銅鈷礦的原則工藝流程 :銅鈷礦--磨礦--還原酸溶--萃取分離銅--中和除鐵--沉鈷--溶解--凈化-- P 204 深度除雜-- P 507 萃分鈷鎳--沉鈷--煅燒--氧化鈷。在水鈷礦中,鈷以高價的形態存在,為使其有效地轉入溶液,可用亞硫酸鈉作為還原劑,在硫酸介質中進行還原溶解。鈷在進行還原溶解過程中,大部分的銅及部分鐵、鈣、鎂等雜質亦隨鈷進入溶液。

浸出液采用萃取的方法將其中的銅萃取,負載有機相反萃所得的硫酸銅溶液可用于制備硫酸銅或進行銅電積。萃銅后所得的萃余液先氧化中和除鐵再用碳酸鈉沉淀富集,得到碳酸鈷。

主要參考資料

[1] 中國中學教學百科全書·化學卷

[2] 化合物詞典

[3] 林河成. "論述氧化鈷的生產及應用."有色礦冶15.2 (1999): 29-32.

[4] 陳金華, et al. "氧化鈷多孔薄膜的電化學制備及其超電容性能."湖南大學學報 (自然科學版)34.6 (2007): 44-48.

[5] 徐遠志. "以低品位銅鈷礦制取氧化鈷的工藝研究."云南冶金39.5 (2010): 35-39.