本發(fā)明涉及無機(jī)化合物技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳酸鈷的制備方法。

背景技術(shù)：

碳酸鈷是一種紅色單斜晶系結(jié)晶或粉末，有毒，刺激眼睛、呼吸系統(tǒng)和皮膚，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)鈷鹽、選礦劑、催化劑、偽裝涂料的顏料、飼料、微肥、陶瓷及生產(chǎn)氧化鈷的原料，尤其在電池行業(yè)被用作電池級(jí)co3o4前驅(qū)體。

隨著人們對(duì)能源利用的關(guān)注和對(duì)環(huán)保意識(shí)的提高，二次電池得到迅速發(fā)展，尤其是以鋰離子電池為代表的電池。其中，鈷酸鋰鋰離子電池技術(shù)最為成熟，而碳酸鈷的性能能夠起到?jīng)Q定鈷酸鋰正極材料性能的作用。

目前，生產(chǎn)碳酸鈷的方法普遍以硫酸鈷或氯化鈷溶液作為原料，采用碳酸氫氨作沉淀劑，在水溶液中進(jìn)行反應(yīng)。然而，大量水的使用不僅會(huì)造成水資源的短缺，生產(chǎn)結(jié)束后含氨廢水無法直接外排，只能蒸發(fā)結(jié)晶，造成較高的能量消耗；而且碳酸鈷產(chǎn)品純度控制困難，雜質(zhì)極容易混入其中，且易生成堿式碳酸鈷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種在不添加水的情況下制備碳酸鈷的方法，本發(fā)明提供的方法能耗低、污染低、成本低，且操作方便。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種碳酸鈷的制備方法，包含如下步驟：

將硫酸鈷和銨源進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)，得到碳酸鈷；

所述銨源為碳酸氫銨或碳酸銨。

優(yōu)選的，所述硫酸鈷和碳酸氫銨的摩爾比為1:(1.8～3)。

優(yōu)選的，所述硫酸鈷和碳酸銨的摩爾比為1:(0.8～1.5)。

優(yōu)選的，所述復(fù)分解反應(yīng)的溫度為40～150℃。

優(yōu)選的，所述復(fù)分解反應(yīng)的壓力為1～1.5mpa。

優(yōu)選的，所述復(fù)分解反應(yīng)的時(shí)間為1～5h。

本發(fā)明提供了一種碳酸鈷的制備方法：將硫酸鈷和銨源進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)，得到碳酸鈷。本發(fā)明以硫酸鈷作為鈷源，以碳酸氫銨或碳酸銨作為銨源，無需添加任何的溶劑和水，環(huán)保且節(jié)約。由實(shí)施例的結(jié)果可知，本申請(qǐng)?zhí)峁┑闹苽浞椒軌虺晒Φ牡玫教妓徕?，且其純度均?9％。

附圖說明

圖1為實(shí)施例所用硫酸鈷原料的x射線衍射譜圖；

圖2為實(shí)施例1得到的碳酸鈷的x射線衍射譜圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種碳酸鈷的制備方法，包含如下步驟：

將硫酸鈷和銨源進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)，得到碳酸鈷；

所述銨源為碳酸氫銨或碳酸銨。

本發(fā)明將硫酸鈷和銨源進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)，得到碳酸鈷。本發(fā)明對(duì)所述硫酸鈷的來源沒有任何的特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的市售的硫酸鈷即可，具體的可以為市售的coso4、coso4·1h2o或coso4·7h2o。

在本發(fā)明中，所述銨源為碳酸氫銨或碳酸銨。在本發(fā)明中，當(dāng)所述銨源為碳酸氫銨時(shí)，所述硫酸鈷和碳酸氫銨的摩爾比優(yōu)選為1:(1.8～3)，更優(yōu)選為1:(1.9～2.5)，最優(yōu)選為1:2；當(dāng)所述銨源為碳酸銨時(shí)，所述硫酸鈷和碳酸銨的摩爾比優(yōu)選為1:(0.8～1.5)，更優(yōu)選為1:(0.9～1.3)，最優(yōu)選為1:(1～1.1)。

在本發(fā)明中，當(dāng)所述銨源為碳酸氫銨時(shí)，所述復(fù)分解反應(yīng)的方程式具體的為：

coso4·7h2o+2nh4hco3＝coco3↓+(nh4)2so4+co2↑+8h2o；

coso4·1h2o+2nh4hco3＝coco3↓+(nh4)2so4+co2↑+2h2o；

coso4+2nh4hco3＝coco3↓+(nh4)2so4+co2↑+h2o。

在本發(fā)明中，當(dāng)所述銨源為碳酸銨時(shí)，所述復(fù)分解反應(yīng)的方程式具體的為：

coso4·7h2o+(nh4)2co3＝coco3↓+(nh4)2so4+7h2o；

coso4·1h2o+(nh4)2co3＝coco3↓+(nh4)2so4+1h2o；

coso4+(nh4)2co3＝coco3↓+(nh4)2so4。

在本發(fā)明中，所述復(fù)分解反應(yīng)優(yōu)選在密閉容器中進(jìn)行；所述復(fù)分解反應(yīng)的壓力優(yōu)選為1～1.5mpa，更優(yōu)選為1.1～1.4mpa，最優(yōu)選為1.2～1.3mpa；所述復(fù)分解反應(yīng)的溫度優(yōu)選為40～150℃，更優(yōu)選為50～100℃，最優(yōu)選為70～80℃；所述復(fù)分解反應(yīng)的時(shí)間優(yōu)選為1～5h，更優(yōu)選為2～4h，最優(yōu)選為3h。

本發(fā)明優(yōu)選對(duì)所述復(fù)分解反應(yīng)得到的產(chǎn)物體系進(jìn)行過濾。本發(fā)明對(duì)所述過濾的具體實(shí)施方式?jīng)]有任何的特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的過濾方式進(jìn)行即可。在本發(fā)明中，所述過濾得到的濾渣主要為碳酸鈷沉淀，濾液主要為硫酸銨母液。

本發(fā)明優(yōu)選對(duì)所述過濾得到的濾渣進(jìn)行干燥處理，得到純凈的碳酸鈷。在本發(fā)明中，所述干燥處理的溫度優(yōu)選為50～90℃，更優(yōu)選為60～80℃，最優(yōu)選為70℃；所述干燥處理的時(shí)間優(yōu)選為4～8h，更優(yōu)選為6h。

本發(fā)明優(yōu)選對(duì)所述復(fù)分解反應(yīng)過程生成的co2氣體和(nh4)2so4母液進(jìn)行回收處理。在本發(fā)明具體實(shí)施例中，本發(fā)明優(yōu)選使用堿性吸收液對(duì)co2氣體進(jìn)行吸收；所述堿性吸收液優(yōu)選為氨水或碳酸銨溶液，co2氣體與堿性吸收液反應(yīng)后得到中和反應(yīng)溶液，進(jìn)一步處理后用于復(fù)分解反應(yīng)的原料。本發(fā)明對(duì)所述堿性吸收液的濃度以及用量沒有任何的特殊要求，具體的能夠使得生成的co2氣體被全部吸收即可。

在本發(fā)明中，所述進(jìn)一步處理優(yōu)選為向co2氣體與堿性吸收液反應(yīng)后得到的中和反應(yīng)溶液中添加反應(yīng)劑，然后再進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，得到碳酸氫銨固體。在本發(fā)明中，所述反應(yīng)劑優(yōu)選為碳酸氫銨、碳酸銨和氨水中的一種、兩種或三種；所述反應(yīng)劑的添加量沒有任何的特殊要求，能夠使得中和反應(yīng)溶液中只包含碳酸氫銨一種溶質(zhì)即可。本發(fā)明對(duì)所述蒸發(fā)結(jié)晶的方式和參數(shù)沒有任何的特殊要求，能夠?qū)⑦M(jìn)一步處理后的中和反應(yīng)溶液的溶劑蒸發(fā)干凈，得到碳酸氫銨固體即可。

在本發(fā)明具體實(shí)施例中，本發(fā)明優(yōu)選對(duì)產(chǎn)生的(nh4)2so4母液進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶處理，得到硫酸銨副產(chǎn)品。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的碳酸鈷的制備方法進(jìn)行詳細(xì)的說明，但是不能把它們理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。

在本發(fā)明所有實(shí)施例中，所述硫酸鈷前驅(qū)體均為市售的coso4·7h2o，純度>99％，其x射線衍射結(jié)果如圖1所示。

實(shí)施例1

硫酸鈷前驅(qū)體和碳酸氫銨的摩爾比為1:2，混合均勻，溫度80℃，壓力為1.3mpa，反應(yīng)時(shí)間2h，得到碳酸鈷產(chǎn)品。對(duì)本實(shí)施例得到的碳酸鈷進(jìn)行x射線檢測(cè)，其結(jié)果如圖2所示。其x射線衍射分析結(jié)果表明，產(chǎn)物中存在的物相單一，碳酸鈷產(chǎn)品純度>99％。

實(shí)施例2

硫酸鈷前驅(qū)體和碳酸氫銨的摩爾比為1:2.1，混合均勻，溫度60℃，壓力為1.2mpa，反應(yīng)時(shí)間2h，得到產(chǎn)品，其x射線衍射分析結(jié)果表明，產(chǎn)物中存在的物相單一，碳酸鈷產(chǎn)品純度>99％。

實(shí)施例3

硫酸鈷前驅(qū)體和碳酸氫銨的摩爾比為1:2.2，混合均勻，溫度90℃，壓力為1.5mpa，反應(yīng)時(shí)間2h，得到產(chǎn)品，其x射線衍射分析結(jié)果表明，產(chǎn)物中存在的物相單一，碳酸鈷產(chǎn)品純度>99％。

實(shí)施例4

硫酸鈷前驅(qū)體和碳酸氫銨的摩爾比為1:2.3，混合均勻，溫度100℃，壓力為1.4mpa，反應(yīng)時(shí)間2h，得到產(chǎn)品，其x射線衍射分析結(jié)果表明，產(chǎn)物中存在的物相單一，碳酸鈷產(chǎn)品純度>99％。

實(shí)施例5

硫酸鈷前驅(qū)體和碳酸氫銨的摩爾比為1:2.4，混合均勻，溫度120℃，壓力為1.1mpa，反應(yīng)時(shí)間2h，得到產(chǎn)品，其x射線衍射分析結(jié)果表明，產(chǎn)物中存在的物相單一，碳酸鈷產(chǎn)品純度>99％。

實(shí)施例6

硫酸鈷前驅(qū)體和碳酸氫銨的摩爾比為1:1.9，混合均勻，溫度80℃，壓力為1.2mpa，反應(yīng)時(shí)間1.5h，得到產(chǎn)品，其x射線衍射分析結(jié)果表明，產(chǎn)物中存在的物相單一，碳酸鈷產(chǎn)品純度>99％。

實(shí)施例7

硫酸鈷前驅(qū)體和碳酸氫銨的摩爾比為1:2，混合均勻，溫度80℃，壓力為1.5mpa，反應(yīng)時(shí)間1h，得到產(chǎn)品，其x射線衍射分析結(jié)果表明，產(chǎn)物中存在的物相單一，碳酸鈷產(chǎn)品純度>99％。

實(shí)施例8

硫酸鈷前驅(qū)體和碳酸氫銨的摩爾比為1:2，混合均勻，溫度80℃，壓力為1.4mpa，反應(yīng)時(shí)間0.5h，得到產(chǎn)品，其x射線衍射分析結(jié)果表明，產(chǎn)物中存在的物相單一，碳酸鈷產(chǎn)品純度>99％。

實(shí)施例9

硫酸鈷前驅(qū)體和碳酸銨摩爾比為1:1，混合均勻，溫度80℃，壓力為1.2mpa，反應(yīng)時(shí)間2h，得到產(chǎn)品，其x射線衍射分析結(jié)果表明，產(chǎn)物中存在的物相單一，碳酸鈷產(chǎn)品純度>99％。

實(shí)施例10

硫酸鈷前驅(qū)體和碳酸銨摩爾比為1:0.9，混合均勻，溫度40℃，壓力為1.4mpa，反應(yīng)時(shí)間2h，得到產(chǎn)品，其x射線衍射分析結(jié)果表明，產(chǎn)物中存在的物相單一，碳酸鈷產(chǎn)品純度>99％。

實(shí)施例11

硫酸鈷前驅(qū)體和碳酸銨摩爾比為1:1，混合均勻，溫度60℃，壓力為1.1mpa，反應(yīng)時(shí)間2h，得到產(chǎn)品，其x射線衍射分析結(jié)果表明，產(chǎn)物中存在的物相單一，碳酸鈷產(chǎn)品純度>99％。

實(shí)施例12

硫酸鈷前驅(qū)體和碳酸銨摩爾比為1:1.1，混合均勻，溫度90℃，壓力為1.2mpa，反應(yīng)時(shí)間2h，得到產(chǎn)品，其x射線衍射分析結(jié)果表明，產(chǎn)物中存在的物相單一，碳酸鈷產(chǎn)品純度>99％。

實(shí)施例13

硫酸鈷前驅(qū)體和碳酸銨摩爾比為1:1.5，混合均勻，溫度100℃，壓力為1.3mpa，反應(yīng)時(shí)間2h，得到產(chǎn)品，其x射線衍射分析結(jié)果表明，產(chǎn)物中存在的物相單一，碳酸鈷產(chǎn)品純度>99％。

實(shí)施例14

硫酸鈷前驅(qū)體和碳酸銨摩爾比為1:1.4，混合均勻，溫度120℃，壓力為1.4mpa，反應(yīng)時(shí)間2h，得到產(chǎn)品，其x射線衍射分析結(jié)果表明，產(chǎn)物中存在的物相單一，碳酸鈷產(chǎn)品純度>99％。

實(shí)施例15

硫酸鈷前驅(qū)體和碳酸銨摩爾比為1:1.3，混合均勻，溫度80℃，壓力為1.1mpa，反應(yīng)時(shí)間1.5h，得到產(chǎn)品，其x射線衍射分析結(jié)果表明，產(chǎn)物中存在的物相單一，碳酸鈷產(chǎn)品純度>99％。

實(shí)施例16

硫酸鈷前驅(qū)體和碳酸銨摩爾比為1:1.2，混合均勻，溫度80℃，壓力為1.2mpa，反應(yīng)時(shí)間1h，得到產(chǎn)品，其x射線衍射分析結(jié)果表明，產(chǎn)物中存在的物相單一，碳酸鈷產(chǎn)品純度>99％。

實(shí)施例17

硫酸鈷前驅(qū)體和碳酸銨摩爾比為1:1.1，混合均勻，溫度80℃，壓力為1.3mpa，反應(yīng)時(shí)間0.5h，得到產(chǎn)品，其x射線衍射分析結(jié)果表明，產(chǎn)物中存在的物相單一，碳酸鈷產(chǎn)品純度>99％。

由以上實(shí)施例可知，本發(fā)明提供了一種碳酸鈷的制備方法：將硫酸鈷和銨源進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)，得到碳酸鈷。本發(fā)明以硫酸鈷作為鈷源，以碳酸氫銨或碳酸銨作為銨源，無需添加任何的溶劑和水，環(huán)保且節(jié)約。由實(shí)施例的結(jié)果可知，本申請(qǐng)?zhí)峁┑闹苽浞椒軌虺晒Φ牡玫教妓徕?，且其純度均?9％。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。