一種納米級鎳粉的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于材料加工技術領域，具體涉及一種制備納米級鎳粉的方法，該方法以金屬鎳晶體為原料，采用濕法合成火法還原法制備納米級鎳粉。
【背景技術】
[0002]目前的鎳粉生產工藝主要包括羰基法，氣相還原法，常壓液相還原法，固相還原法，γ射線輻射法，其中以羰基法最為常用。羰基法，即在分解器中于573-673Κ下使Ni (CO)4分解，通過調節工藝參數，控制金屬鎳粉的形核、生長、團聚與燒結行為，制備出“鏈珠”狀形貌的超細鎳粉，進一步加工中，易于形成三維網狀結構，特別適用于電極導電添加劑等領域。該方法主要分為兩步進行，首先使CO與鎳反應生成羰基鎳Ni (CO) 4，然后在熱分解爐中使羰基鎳分解得到鎳粉。不同的熱分解爐所得到的鎳粉粒度和形貌不同，如壁熱式熱解爐生產的鎳粉顯球狀、預熱式熱解爐生產的鎳粉顯類球狀、復熱式熱解爐生產的鎳粉呈鏈珠狀；所得鎳粉粒度一般在Iym以上，有較好的應用性能，特別適用于電極導電添加劑等領域。加拿大國際鎳公司(INCO)和俄羅斯北方鎳公司(Norisk)擁有鎳的羰基法提取與加工技術，居于世界領先地位，羰基法生產技術具有成本低，產品純度高、形貌與粒度易于調節等優點，但羰基鎳屬劇毒物質，設備要求高、控制難度大，加之國外技術封鎖，我國一直未能全面掌握。
[0003]氣相還原法是將鎳金屬溶液和含氧原子的碳氫化合物置于碳氫化合物正在燃燒的反應器中分解還原制備出超細鎳粉。該法已實現工業化，所制備的鎳粉具有球形度好及粒度分布窄等特點，已廣泛應用與陶瓷電容器中代替貴金屬鈀。氣相法主要包括金屬絲電爆破法、羰基鎳熱分解法及蒸發-冷凝法。金屬絲電爆破法制備的粉體粒度分布較寬，羰基鎳熱分解法制備的鎳粉純度高、分散性、化學活性高，但有毒，對環境不友好。蒸汽-冷凝法生產效率低，顆粒易氧化且設備復雜，成本昂貴難以實現工業化。
[0004]常壓液相還原法是在常壓下用還原劑在水溶液或者有機體系內將鎳離子、鎳配位離子溶液或者不溶化合物還原，得到鎳納米顆粒的方法。固相還原法是通過金屬鎳直接與還原單質發生固態置換反應來制備超細鎳粉。γ射線輻射法是水經γ射線輻射產生初級產物，其中還原性粒子可將金屬鎳離子逐級還原，新生成的鎳原子聚集成核，最終生成納米顆粒。
[0005]中國發明專利CN02147855公開了一種纖維狀鎳粉的制備方法，采用沉淀轉化熱分解法在常溫下Ni2+-NH3-NH4+-Cl -C2O42 -H2O體系中進彳丁鎮粉制備的前驅體合成過程，以及后續的熱分解過程將前驅體分解成鎳粉，該發明制備的鎳粉呈纖維狀、粒度為納米級、多孔、比表面積大，可滿足多種使用性能的要求。中國發明專利CN03159577公開了纖維狀鎳粉與氧化亞鎳粉的制備方法，采用沉淀轉化熱分解法，常溫常壓條件下在Ni2+-NH3-NH4+-Cl_-SGn--C2042--H20體系中合成鎳粉或氧化亞鎳粉前驅體，在氧化與非氧化條件下熱分解前驅體最終制得纖維狀氧化亞鎳粉和纖維狀鎳粉。該發明制備過程安全可靠，無毒無污染，鎳粉與氧化亞鎳粉均呈纖維狀，粒度為納米級、多孔、比表面積大，鎳粉防氧化能力強。
[0006]但上述現有技術中只能生產纖維狀鎳粉，對于球狀、連珠狀、樹枝狀等其余形狀，無法根據生產需要合理調控選擇制備鎳粉形貌、顆粒粒度。多品種、多規格、小粒度小松比、小粒度大松比、大粒度大松比鎳粉代表著鎳粉后期的發展方向，因此，我們應積極研宄不同品種鎳粉新工藝，研制出這些高技術含量、高附加值的新產品，并逐步提高產品技術含量，使鎳粉產品多元化，開拓鎳粉不同的應用領域。
【發明內容】
[0007]為解決上述現有技術中的不足，本發明的目的是提供可根據需要生產球形、纖維狀、支狀鎳粉的方法，該方法制備的鎳粉規格齊全、品種多樣，含氧量低，可實現工業化穩定連續運行、能耗低、工業水循環利用，對環境污染小。為實現上述目的本發明通過以下技術方案實現:
[0008]一種納米級鎳粉的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
[0009](I)配料:將絡合劑、添加劑、水三者混合，得到母液；將金屬鎳晶體加入至母液中，使金屬鎳晶體完全溶于母液中，得到鎳金屬溶液；所述金屬鎳晶體為硫酸鎳晶體、氯化鎳晶體、醋酸鎳、硝酸鎳；
[0010](2)合成:先向反應器中加入去離子水與表面活性劑，之后將鎳金屬溶液加入至反應器中，用摩爾濃度為0.1?10.0moI/L的沉淀劑控制反應器中溶液的pH值為7?12，控制反應溫度為20?100°C，反應時間為2?40h ;
[0011](3)過濾、干燥:將經步驟(2)反應后的溶液過濾，其中濾液集中收集作為母液，用于鎳金屬溶液的配制；濾餅洗滌、干燥后得鎳粉前驅體；
[0012](4)流化床還原:將鎳粉前驅體置于流化床動態還原爐中還原，控制溫度300?950°C，還原時間為3-6小時；
[0013](5)破碎:將還原后的鎳粉在惰性氣氛保護下進氣流破碎設備進行破碎，即可制備出費氏粒度在50?800納米級鎳粉，所述惰性氣體為高純氮氣、氬氣或它們的混合物。
[0014]其中，步驟(I)中所述添加劑與水的體積比為1:1?1: 30，最優的比例為1: 5?1: 20，更優的比例為1: 5?1: 10。
[0015]其中，步驟(2)中所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、脂肪酸山梨坦、月桂基磺酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮的一種或幾種的混合物。
[0016]其中，步驟(I)中所述絡合劑為氨水；所述添加劑為乙醇、酒石酸、檸檬酸、乙二胺四乙酸二鈉中的一種或幾種的混合物。
[0017]其中，步驟(I)中金屬鎳混合溶液中金屬鎳濃度與氨水濃度的摩爾比為1:1?I: 15，最優的比例為1: 5?1: 15，更優的比例為1: 10?1: 15。
[0018]其中，步驟(2)中沉淀劑為草酸、草酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種，沉淀劑最優的濃度為3.0?7.0mol/L，更優的濃度為5.0?6.0moI/Lo
[0019]作為優選方案，步驟⑵中最優的反應pH值為9.0?11.0，更優的pH為9.0-10.0 ο
[0020]作為優選方案，步驟(2)中最優的反應溫度為85?100°C，更優的反應溫度為95-100。。。
[0021]作為優選方案，步驟(4)中最優的還原溫度為650?950°C，更優的還原溫度為800-950。。。
[0022]本發明的優點和積極效果和現有技術相比，主要表現為:(I)采用惰性氣氛保護下的密閉式氣流破碎方法，使破碎過程中鎳粉含氧量不會發生變化；(2)制備出的鎳粉粒度為50-800納米，且可根據不同生產需要和應用領域，制備不同粒度、不同規格的鎳粉，做到鎳粉粒度可控；(3)利用濕法合成制備鎳粉前驅體，根據前驅體的形貌調控鎳粉的形貌，有球狀、枝狀到多面體狀等多種形貌，形貌可控；(4)濾液集中收集后用于金屬液的配制，循環利用，實現零排放、環境污染小。
[0023]本發明生產的納米級鎳粉為球狀、類球形、片狀、棒狀、枝狀、纖維狀；粒度在50-800納米級鎳粉(粒度可調)；金屬雜質元素總量< 0.07%，碳< 0.035%，比表面積3-20m2/g，松裝密度0.3-1.2g/cm3，鐵彡0.01 %，硫彡0.01 %，氧彡0.4%，且根據不同的應用領域、不同的客戶需求生產不同規格、不同系列的鎳粉，滿足市場需求。
【附圖說明】
[0024]圖1是采用本發明方法制備的鎳粉的工藝流程圖；
[0025]圖2實施例1鎳粉前驅體及鎳粉形態；
[0026]圖3實施例2鎳粉前驅體及鎳粉形態；
[0027]圖4實施