超細(xì)鎳粉的制取工藝

中圖分類號：TQ630.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1004-0935（2025）07-01193-03

超細(xì)鎳粉是一種具有表面活性高、比表面積大、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性好，抗氧化能力強(qiáng)的特殊金屬材料。廣泛用于電池材料、磁性材料等領(lǐng)域-4]。生產(chǎn)應(yīng)用中鎳粉的粒度、形貌和結(jié)構(gòu)對鎳粉物化性質(zhì)有較高的影響，因此制備較高性能超細(xì)鎳粉體有重大意義。目前超細(xì)鎳粉的制取主要有：多元醇法、液相還原法、高壓氫還原法、聯(lián)氨還原法等[5-7]。

霧化干燥法因其干燥時間短，干燥速度快，溫度易控制，產(chǎn)品質(zhì)量好，生產(chǎn)過程簡單等優(yōu)點(diǎn)逐漸受到科研工作者的關(guān)注[8-12]。本實(shí)驗(yàn)采用霧化干燥法制取超細(xì)鎳粉，考察了各因素對超細(xì)鎳粉制備的影響，得到較優(yōu)工藝參數(shù)。

1霧化料液的制備

1.1 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)以工業(yè)級碳酸鎳（ NiCO₃ ）為原料，其Ni含量為 48.4% 。選取 NH₃ 、 NH₄HCO₃ 、總氨、溫度作為影響因素，以 NiCO₃ 浸出率為指標(biāo)值，進(jìn)行 L₉（3⁴） 正交實(shí)驗(yàn)，因素水平表如表1所示。

每次實(shí)驗(yàn)取 NiCO₃ 20g ， L/S=2.5 ，添加既定實(shí)驗(yàn)方案氨水與碳酸氫銨，浸出 3h ，浸出結(jié)束后抽濾，分析浸出率。

1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

由表2可知，對浸出影響因素由大到小依次為總氨， NH₃ ，溫度， NH₄HCO₃ 。實(shí)驗(yàn)5號效果最好，其組合條件為： A₂ 、 B₂ 、 C₃ D₁ 。實(shí)驗(yàn)7號效果次之，其組合條件為： A₃ 、 B₁ 7 C₃ 、 D_2° 較優(yōu)水平為： A_2、B3、 C₃ 、D2。

根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取最優(yōu)條件做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，考察實(shí)驗(yàn)的重現(xiàn)性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明較優(yōu)工藝實(shí)驗(yàn)10號浸出率 97.9% 大于最好效果實(shí)驗(yàn)5號的 97.5% 。因此最佳工藝為總氨濃度 ，溫度60 C ，NH₃/NH₄HCO₃=2/2.4 。

2 霧化干燥制取鎳前驅(qū)體

2.1 霧化方法

實(shí)驗(yàn)采用高速離心噴霧干燥機(jī)進(jìn)行霧化干燥實(shí)驗(yàn)。原料為碳酸鎳浸出所得鎳氨絡(luò)合物溶液。本實(shí)驗(yàn)考察轉(zhuǎn)速，進(jìn)料速度及料液濃度對前驅(qū)體制備的影響，采用 L₉（3⁴） 正交實(shí)驗(yàn)，其因素水平表如表3所示。霧化在 320～330°C 下進(jìn)行。霧化后對所得前驅(qū)體粉末取樣送電鏡分析其形貌。

2.2 結(jié)果與分析

2.2.1 轉(zhuǎn)速與顆粒的關(guān)系

隨著霧化器轉(zhuǎn)速的逐漸提高，顆粒的粒度明顯減小。低轉(zhuǎn)速時，料液直接分裂成液滴，隨著轉(zhuǎn)速的提高，霧滴形成機(jī)理轉(zhuǎn)變?yōu)榻z狀霧化或膜狀霧化，產(chǎn)生的顆粒較細(xì)。不同轉(zhuǎn)速下SEM圖如圖1所示。從圖1可知，隨著轉(zhuǎn)速的提高，顆粒明顯變多、粒徑變小，且破碎程度也在增大，粒度分布范圍更寬。

2.2.2 進(jìn)料速度與顆粒的關(guān)系

總結(jié)許多研究結(jié)果，霧滴直徑與進(jìn)料速率的0.2～0.33次方成正比變化，隨著進(jìn)料速度的變化，霧滴形成機(jī)理發(fā)生改變。顆粒粒徑隨進(jìn)料速度的增加而變大，不規(guī)則程度加大，且更易破裂。不同進(jìn)料速度下SEM圖如圖2所示。

2.2.3料液濃度與顆粒的關(guān)系

干燥過程中，濃度高的霧滴中金屬含量高，干燥后顆粒粒徑較大且顆粒壁厚較厚。顆粒平均粒度隨著濃度的增加而增大。料液濃度對霧化顆粒生成速度影響很大，料液濃度高時快速生成多而小的顆粒。不同料液濃度下SEM圖如3所示。從圖3可知，隨著料液濃度的增加，顆粒粒徑變大，且壁厚也隨之增加。1#呈球形，而2#、3#的不規(guī)則程度也在加大。

由以上轉(zhuǎn)速、進(jìn)料速度、料液濃度與顆粒形貌關(guān)系可知，轉(zhuǎn)速的提高，顆粒變多、粒徑變??；破碎程度增大，粒度分布范圍寬。顆粒粒徑隨進(jìn)料速度的增加而變大，不規(guī)則程度加大，且更易破裂。隨著料液濃度的增加，顆粒粒徑變大，且壁厚也隨之增加。因此較優(yōu)工藝為：轉(zhuǎn)速 300r?s^-1 、進(jìn)料速度40rmin^-1 、料液濃度 2.6mol?L^-1 。

3鎳前驅(qū)體熱處理

實(shí)驗(yàn)1：采用 20V?30min^-1 的升溫速度升至750 °C ，保溫 ^1h 。實(shí)驗(yàn)2：采用 15V?30min^-1 的升溫速度升至 750°C ，保溫 2h 。

實(shí)驗(yàn)所得NiO粉末送樣SEM分析，如圖4和圖5所示。由圖4和圖5可知，1#NiO比2#NiO裂縫更多，裂縫分布不均勻，且破碎的也更多。說明升溫速度低對形成空心氧化鎳顆粒有利，球形顆粒完整性比較好。2#NiO比1#NiO明顯可以看到球形顆粒上的小晶粒，說明保溫時間長對晶粒的長大是有利的。但顆粒晶粒不是很突出，表明煅燒溫度或保溫時間還不充分。

調(diào)整方案：降低升溫速度、提高煅燒溫度、延長保溫時間。

實(shí)驗(yàn)3：采用 10V?30min^-1 的升溫速度升至800^°C ，保溫 ^1h 。實(shí)驗(yàn)4：采用 10V?30min^-1 的升溫速度升至 700°C ，保溫 3h 。

實(shí)驗(yàn)所得NiO粉末送樣XRD及SEM分析，XRD如圖6和圖7所示。

由圖6和圖7可知，不同溫度下所得樣品均呈現(xiàn)面心立方氧化亞鎳的特征衍射峰，2個樣品的XRD譜圖基本上一樣。譜圖中主要衍射峰尖銳、說明產(chǎn)物結(jié)晶度高、晶體結(jié)構(gòu)完整。

由圖8和圖9可知，隨著升溫速度的降低，球形顆粒表面上的裂紋明顯減小、減少，且球形顆粒完整性加大。3#NiO晶粒達(dá)到 200～300nm 。4#NiO晶粒要比3#NiO細(xì)小，且球形空心顆粒具有一定厚度的壁厚，壁厚為 1～2μm ；若采用風(fēng)力破碎，則形成超細(xì)鎳粉。

4結(jié)論

本研究圍繞制取超細(xì)球形空心鎳粉而進(jìn)行，通過3步來實(shí)現(xiàn)：碳酸鎳氨性浸出獲得一定濃度的鎳氨絡(luò)合物溶液；溶液經(jīng)霧化干燥得到球形鎳前軀體；最后經(jīng)熱處理得到具有一定壁厚、粒度的球形空心鎳粉。

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Preparation of Ultrafine Nickel Powder by Spray Drying

E Xinglong， YANG Hui， ZHONG Lingqiang， XIAO Peng， XIAO Lihua， DENG Qiong （Ganzhou Hanrui New Energy Technology Co.， Ltd.， Ganzhou Jiangxi 3411o8， China）

Abstract：Inthisexperiment，nickelamminesolutionasrawmaterial，atomizationdrying，caliingofutrafinenickelpowder Experiment in industrial grade nickelcarbonate asrawmaterials forammonia leaching，obtainedcertainconcentrationsof nickel amminesolutions.Andthenspraydryingforproducingnickel precursor，throughtheSEManalysisof tsmorphology，theotium atomization process for liquid concentration： 2.56mol?L^-1 ， ， 300r?s^-1 speed feeding speed. And final heat treatment into ultrafine nickelpowderstudiedthehatingrate，calcinationtemperatureandoldingtimeontheparticle morphology，detenethe calcining process for10 V?30min^-1 heating rate rose to 700^°C ，insulation ^3h .The results indicate that the nickel powder with high crystallinity，regular crystal shape， with a certain wallthickness of hollow spherical ultrafine particles.

Key Words： Ammonia leaching; Spray drying; Nickel precursor decomposition; Ultrafine nickel powder