第3期 郭学益等：溶液雾化氧化法制备四氧化三钴粉末 ·323· 功开发出一种溶液雾化氧化法制备钴氧化物粉末的 的含量；用WFX一130B型原子吸收分光光度计测量 专利技术田.该方法是将氯化钴前驱体溶液，经雾 氧化钴粉末中杂质的含量；按照GB1479一84漏斗 化器雾化为微细液滴后，通过载气的流动带入高温 法测量氧化钴粉末的松装密度；用LS-POP(M)型 反应炉中；氯化钴液滴进入反应炉后，在极短的时间 激光粒度仪测量氧化钴粉末的粒度：用日本理学 内经过溶剂蒸发、溶质沉淀形成固体颗粒、颗粒干 3014Z型X射线衍射分析仪(XRD)测定氧化钴粉 燥、氧化分解和烧结成型等一系列的物理化学过程， 末的物相组成. 最后形成所需氧化钴粉末粒子.它具备气相法和液 钴氧化率的分析：因为未被氧化的钴是以氯化 相法相结合的特点，具有制粉效率高、工艺简单、反 钴形式夹杂在氧化钴粉末中，氯化钴极易溶解于水， 应进程可控和对环境友好等优点.本文系统研究了 而氧化钴不溶于水.因此取一定量的粉末样品进行 工程实验条件对雾化氧化过程的影响，并摸索制备 水浸，用原子吸收分光光度计测定水浸液中钴离子 满足实际应用要求的四氧化三钴粉末的工艺条件. 浓度，得到氧化钴粉末中氯化钴的含量，再换算得到 1实验材料及方法 钴氧化率 本研究的原料为工业级氯化钴，采用去离子水 2结果及讨论 配制成溶液.自行设计制作的工程实验研究装置如 2.1反应温度的影响 图1所示. 实验考察了在氯化钴溶液质量浓度120gL、 压缩空气压力0.14MPa、氯化钴溶液压力0.07MPa 和氯化钴溶液流量25L·h1的条件下，反应温度分 别为650、700、750、800和850℃时对产物氧化钴粉 末物相成分、钴氧化率、平均粒径和松装密度的影 响，实验结果分别如图2和图3所示 3000 2500 1123K 1一纯水：2一氯化钻溶液：3一加压泵：4一空压机：5一燃烧机风 2000 1073K 机：6一液化气瓶：7一烧嘴：8一雾化喷嘴：9一焙烧炉：10一旋 1500 风收尘器：11一布袋收尘器；12一淋洗塔：13一补风冷却阀门： 1023K 1000 14一淋洗塔循环泵：15一风机：16一排气管 973K 500 图1实验设备连接图 0923K Fig.1 Experimental apparatus 20 30 40 50 6070 09-0418>Co,0 -Cobalt Oxide 氯化钴溶液雾化氧化过程反应方程式如 20 下2-： 图2不同温度下制备的四氧化三钻粉末X射线衍射谱 6CoCL,(s)+6H,0(g)+0,(g)= Fig.2 XRD patterns of Co,O particles prepared by spray-oxidation at 2Co,0,(s)+12HCl(g). different temperatures 预先配制好的CoCL,溶液2经加压泵3进入位 于焙烧炉9上部的空气雾化压力喷雾喷嘴8，被压 图2为不同温度下制备的氧化钴粉末X射线 缩空气（由空压机4提供）雾化成微细的雾滴：雾状 衍射谱.由图2可知，图中各衍射峰对应的晶品面间 氯化钴溶液液滴在向下运动过程中与向上运动的高 距(d)与立方晶系Co,0,标准卡片中所列d值基本 温气流接触，迅速蒸发、结晶及氧化分解生成氧化钴 一致，仅在42°附近有一个微小的Co0特征峰，可认 和氯化氢：氧化钴粉末随燃烧尾气从焙烧炉顶部的 为在实验考察的温度范围内得到的氧化钴粉末主要 排烟口进入旋风收尘器10和布袋收尘器11被收 为立方晶系C03O4.从图2可得，随着反应温度的逐 集；氯化氢气体随燃烧尾气进入淋洗塔12中，用纯 渐升高，X射线衍射谱中各衍射峰逐渐尖锐，强度也 水喷淋吸收：处理后的尾气经风机15和排气管16 逐渐增强，表明提高反应温度有助于C00,结晶性 排空：设置于淋洗塔后的风机保持整个系统在负压 能的改善和产物纯度的提高. 下运行 图3是反应温度对氧化钴粉末的钴氧化率、松 用D一1型钴电位滴定仪测量氧化钴粉末中钴 装密度和平均粒径的影响情况.从图3(a)中可得，第 3 期 郭学益等: 溶液雾化氧化法制备四氧化三钴粉末 功开发出一种溶液雾化氧化法制备钴氧化物粉末的 专利技术［11］． 该方法是将氯化钴前驱体溶液，经雾 化器雾化为微细液滴后，通过载气的流动带入高温 反应炉中; 氯化钴液滴进入反应炉后，在极短的时间 内经过溶剂蒸发、溶质沉淀形成固体颗粒、颗粒干 燥、氧化分解和烧结成型等一系列的物理化学过程， 最后形成所需氧化钴粉末粒子． 它具备气相法和液 相法相结合的特点，具有制粉效率高、工艺简单、反 应进程可控和对环境友好等优点． 本文系统研究了 工程实验条件对雾化氧化过程的影响，并摸索制备 满足实际应用要求的四氧化三钴粉末的工艺条件． 1 实验材料及方法 本研究的原料为工业级氯化钴，采用去离子水 配制成溶液． 自行设计制作的工程实验研究装置如 图 1 所示． 1—纯水; 2—氯化钴溶液; 3—加压泵; 4—空压机; 5—燃烧机风 机; 6—液化气瓶; 7—烧嘴; 8—雾化喷嘴; 9—焙烧炉; 10—旋 风收尘器; 11—布袋收尘器; 12—淋洗塔; 13—补风冷却阀门; 14—淋洗塔循环泵; 15—风机; 16—排气管 图 1 实验设备连接图 Fig． 1 Experimental apparatus 氯化 钴 溶 液 雾 化 氧 化 过 程 反 应 方 程 式 如 下［12--13］: 6CoCl2 ( s) + 6H2O( g) + O2 ( g)  2Co3O4 ( s) + 12HCl( g) ． 预先配制好的 CoCl2溶液 2 经加压泵 3 进入位 于焙烧炉 9 上部的空气雾化压力喷雾喷嘴 8，被压 缩空气( 由空压机 4 提供) 雾化成微细的雾滴; 雾状 氯化钴溶液液滴在向下运动过程中与向上运动的高 温气流接触，迅速蒸发、结晶及氧化分解生成氧化钴 和氯化氢; 氧化钴粉末随燃烧尾气从焙烧炉顶部的 排烟口进入旋风收尘器 10 和布袋收尘器 11 被收 集; 氯化氢气体随燃烧尾气进入淋洗塔 12 中，用纯 水喷淋吸收; 处理后的尾气经风机 15 和排气管 16 排空; 设置于淋洗塔后的风机保持整个系统在负压 下运行． 用 D--1 型钴电位滴定仪测量氧化钴粉末中钴 的含量; 用 WFX--130B 型原子吸收分光光度计测量 氧化钴粉末中杂质的含量; 按照 GB1479—84 漏斗 法测量氧化钴粉末的松装密度; 用 LS--POP( Ⅵ) 型 激光粒度仪测量氧化钴粉末的粒度; 用日本理学 3014Z 型 X 射线衍射分析仪( XRD) 测定氧化钴粉 末的物相组成． 钴氧化率的分析: 因为未被氧化的钴是以氯化 钴形式夹杂在氧化钴粉末中，氯化钴极易溶解于水， 而氧化钴不溶于水． 因此取一定量的粉末样品进行 水浸，用原子吸收分光光度计测定水浸液中钴离子 浓度，得到氧化钴粉末中氯化钴的含量，再换算得到 钴氧化率． 2 结果及讨论 2. 1 反应温度的影响 实验考察了在氯化钴溶液质量浓度 120 g·L － 1 、 压缩空气压力 0. 14 MPa、氯化钴溶液压力 0. 07 MPa 和氯化钴溶液流量 25 L·h － 1 的条件下，反应温度分 别为 650、700、750、800 和 850 ℃ 时对产物氧化钴粉 末物相成分、钴氧化率、平均粒径和松装密度的影 响，实验结果分别如图 2 和图 3 所示． 图 2 不同温度下制备的四氧化三钴粉末 X 射线衍射谱 Fig． 2 XRD patterns of Co3O4 particles prepared by spray-oxidation at different temperatures 图 2 为不同温度下制备的氧化钴粉末 X 射线 衍射谱． 由图 2 可知，图中各衍射峰对应的晶面间 距( d) 与立方晶系 Co3O4 标准卡片中所列 d 值基本 一致，仅在 42°附近有一个微小的 CoO 特征峰，可认 为在实验考察的温度范围内得到的氧化钴粉末主要 为立方晶系 Co3O4 ． 从图 2 可得，随着反应温度的逐 渐升高，X 射线衍射谱中各衍射峰逐渐尖锐，强度也 逐渐增强，表明提高反应温度有助于 Co3O4 结晶性 能的改善和产物纯度的提高． 图 3 是反应温度对氧化钴粉末的钴氧化率、松 装密度和平均粒径的影响情况． 从图 3( a) 中可得， ·323·