钴粉硬质合金

钴粉是硬质合金的主要原料之一，国内外的需求量逐年增加。随着硬质合金工业的发展，硬质合金用钴粉有3种发展趋势：超细钴粉、纳米WC-Co 粉末、球形钴粉。这对原料钴粉的质量要求越来越严格，不仅对钴粉的化学成分提出了更高的要求，而且对钴粉的物理性能如粒度、粒度分布、晶体形貌等也提出了严格的要求。要求粒度越来越细（粒度一般小于1.5μm），形貌为球形或类球形，粒度分布为正态分布。硬质合金用钴粉要求具有高的纯度，这是因为，一方面，纯钴对碳化钨能够完全浸润，对碳化钨的把持力很高，从而提高硬质合金的强度。另一方面，当钴粉中存在其他杂质，例如铅、硅、钙硫时，在合金烧结过程中将会影响合金的显微结构和性能。硬质合金生产要经过混合、加压和烧结过程，这些过程会产生机械流动、塑性流动和热扩散现象。研究表明，因减少WC 的晶粒尺寸而使碳化硅相晶粒接触数，可以通过粒度分布均匀且呈球形的钴粉在机械混合和塑性流动中达到高度均匀分布来消除，从而制得具有较大硬度和韧性的合金。

钴粉催化方面

钴粉被用在石油工业的加铅裂化上，主要用做石油脱氢硫的催化剂。在聚酯纤维领域用做对苯二甲酸的净化剂。如美国的汽油平均含硫量从0.03%降到0.003%，钴催化剂发挥了很大作用。

随着纳米科技的发展，发现纳米钴粉对聚碳硅烷热裂解过程具有催化作用，并可降低裂解温度。钴的加入促进了热裂解过程中β-SiC 微晶的生长。

钴氧化物纳米催化剂对N₂O=N₂ O₂分解反应有良好的催化作用，其中以Co₂O₃催化效果最佳。Co-Mo纳米晶和金粉具有较高的析氢催化活性，其析氢过电位低于用同种方法制备的Ni-Mo 纳米晶合金复合电极。

钴粉电池行业

钴在电池中的应用是引人注目的，特别是锂离子电池的广泛使用使得钴的用量大大增加。在镍氢电池中，掺杂了超细钴粉的泡沫镍电极具有较高的放电容量和大电流充放电循环稳定性，近年来由于电池行业的迅猛发展，超细钴粉的用量急剧上升。

钴粉特种工具

超细钴粉可制成特种功能材料。例如，将它广泛用于特种模具及轴瓦和耐磨件的内衬。装甲材料通常是采用各种合金来提高其韧性和抗冲击性能，以抵御炮弹的攻击。超细钴粉经新工艺烧结后，可制成新型高强度超硬材料，用于装甲防护。还可以制成耐高温、散热、导电的防腐涂层，可广泛用于宇航飞行器、机场、军用码头、军用油库、弹药库、舰船等特种场合的防护。

钴粉磁性材料

随着信息技术的发展，对磁记录元器件及记录设备的主要要求是提高其记录密度、记录容量且愈加小型化。Ni-Co 合金由于具有临界磁晶各向异性和低导热系数的特性，成为一种很重要的磁性材料，特别在磁致伸缩传感器材料方面。例如，将Ni-Co 靶放入Ar-N₂进行热处理得到Ni-Co-N 膜，然后进行脱N得到了微细镍钴合金粉,用该合金粉制备的磁记录材料具有记录密度高、矫顽力大、信噪比好、抗氧化性能好等一系列优点，成为制作计算机硬盘的一种重要磁性材料。镍钴磁控形状记忆合金兼具压电陶瓷和磁致伸缩材料的响应频率快及温控形状记忆效果好的优点，有望成为新一代驱动器和传感器的关键材料，是一种新型的功能材料 。

钴粉生产现状

国内从事钴粉生产的厂家有四五十家，其中包括部分分散的中小民营企业。其所用原料主要来自3 个方面：① 镍，铜，锌生产中的副产品；② 国内自产的钴硫精矿；③ 进口钴原料。我国钴粉的生产和技术装备仍处于上世纪六七十年代的水平，技术更新速度缓慢，大多处于劳动密集状态。自动化、机械化程度低，尤其是自动在线检测控制装置水平仍然很低，因此产率低、能耗高、环境污染较严重，生产成本居高不下。国内还原钴粉的产品标准较低，品种单一，不适应高科技发展的需求，缺乏市场竞争力。

钴粉质量情况

当前俄罗斯可洛满厂生产的钴粉纯度处于世界领先水平，我国生产的钴粉粒度一般为1.0～3.0μm，而1.0μm 以下和3.0μm 以上的钴粉生产的较少，且1.0μm 以下的钴粉难以形成规模生产。从钴粉形貌看，一般的还原钴粉为树枝状，而球形钴粉极少。从化学纯度来看，与国外的先进生产厂家相比，国内的钴粉化学纯度较低 。

钴在硬质合金、催化剂、电子器件、特种工具、磁性材料、电池、贮氢合金电极以及特种涂层等领域中有着极为重要的应用。随着工业和科技的迅猛发展，对钴粉的需求日益增加，对其品质的要求也更加严格。以下介绍了钴粉的制备方法、应用领域及国内研究生产现状，并对其发展方向提出了建议 。

钴粉水雾法

水雾化法是指使用压力在5~50MP的高压水流，击碎处于融熔状态的金属液流，制取金属粉末的方法。由于水雾化法只要克服液体金属原子间的键合力就能使之分散成粉末，因而是一种简便、经济的金属粉末的生产方法。由于使用杂质含量极低钴片作为原料，作为雾化介质的水也经过净化处理，所以生产的金属钴粉纯度高。其生产过程大致是：钴板在中频感应熔炼炉中熔化后静置片刻，在静置时启动高压水雾化制粉装置，然后将金属钴液倒入漏包，漏包底部装有漏嘴，用以控制金属液流的大小。金属钴液经漏嘴、熔穿密封片后进入雾化装置，在来自环孔的高压水流（速度为70~100m/s） 的冲击下，被击碎成细小的液珠并迅速冷凝，形成水、粉混合物下坠，在射吸器的作用下，进入水力旋流器，并形成约2000 r/min 的旋流，在离心力的作用下，固液分离。钴粉浓缩后经排粉口排出，水经溢流管流回贮水池。收集到的湿粉经脱水、干燥、筛分后即为成品钴粉。水雾法制取钴粉工艺流程如图1 所示。

钴粉还原法

以草酸钴为原料生产钴粉的方法，主要有3种方式：一是草酸钴煅烧成氧化物，再用氢气还原；二是用氢气一步还原；三是热离解。3 种方法的制取工艺如图2 所示。

1. 煅烧还原法

草酸钴原料先经煅烧，再用氢气还原。在煅烧前应先加热脱去水分，然后在600～700℃下煅烧3～3.5h，使CoC₂O₄分解成纯Co₂O₃，反应过程是：

2CoC₂O₄ 3/2O₂=Co₂O₃ 4CO₂↑

2CoC₂O₄ O₂=2CoO 4CO₂↑

2CoC₂O₄ 1/2O₂=Co₂O₃ 2CO₂↑ 2CO↑

3CoC₂O₄ 2O₂=Co₃O₄ 6CO₂↑

CoC₂O₄的干燥和煅烧可分别在干燥柜和回转管式电炉中进行。若煅烧温度过高，氧化钴颗粒容易长大。在500～550℃煅烧制得的氧化钴的松装密度为0.6～0.7g/cm³，呈灰黑色粉末。如果煅烧温度控制在450～500℃，则氧化钴的松装密度低于0.6g/cm³。分解提纯的氧化钴经直热式四管还原炉逆氢还原制得钴粉，其反应式为：

Co₂O₃ 3H₂=2Co 3H₂O↑

Co₃O₄ 4H₂=3Co 4H₂O↑

CoO H₂=Co H₂O↑

2. 氢气一步还原法

氢气一步还原法化学式为：

2CoC₂O₄ 3H₂=2Co CO₂↑ 3CO↑ 3H₂O↑

还原得到的钴粉容易氧化，成品采用真空包装。

3.高温热离解法

高温热离解是国际上较流行且相对成熟的制取钴粉的工艺，国内使用不是很多，大多停留在实验室阶段。其原理是：草酸钴在密闭条件下，将草酸根裂解成二氧化碳并以气体形式溢出，在密闭式裂解还原炉中直接将草酸钴裂解成金属钴粉。

采用此法生产钴粉不仅降低成本，减少污染，而且钴粉的纯度达99.9%，平均粒度为1μm，非常适合于硬质合金生产，对提高硬质合金产品质量十分有益。最早使用此法的是芬兰的Outokumpu Kokkolar厂。另外，比利时的Hoboken-overpelt 厂，英国的MH-Carolmet 公司，法国的Eurotungstan 公司、德国的HerennCstareck 公司和加拿大的SherrittGolden公司，也先后采用此法生产硬质合金用钴粉。

钴粉电解法

电解法制备金属钴粉的基本原理是：当向含有金属离子的水溶液中通入直流电时，金属离子便在阴极放电沉积。金属离子一般由被电解的金属制成的阳极和含有这种金属的盐的电解质供给。但是，有时也采用不溶阳极，这时金属离子就仅靠电解质供给。金属离子向阴极移动时是依靠扩散、对流和迁移来实现的。这3 个过程的进行和温度、电解质组成、溶液的粘度以及离子的大小等因素有关。电解质浓度、电极的距离、溶液中胶体添加剂的存在、某些副反应的进行、待沉积金属的性质、阴极的形状以及其它一些因素等都对阴极沉积物的结构和性能有影响。

钴粉γ射线辐照制备法

配制一定浓度的钴溶液，加入适量异丙酮和聚乙烯醇分别作为自由基清洗剂和分散剂，用CH₃COOH和NaOH 调节pH值，再将配制好的溶液进行超声脱气，以及通入氮气降低溶液中的氧含量后进行γ射线辐照。γ射线辐照采用剂量率为70Gy/min 的60Co 源辐照不同剂量后，按常规方法收集产物。此种方法很易制得纯净的α-Co 多晶超细粒子，平均粒径30nm。制备条件易控制，可使用多种原料，其中以醋酸钴为佳。所得超细粒子粒度分布窄，抗氧化性强，产率高。

钴粉多元醇法

将钴的固体化合物悬浮在一种液体多元醇中，然后将悬浮体加热到液相的沸点，于是这些化合物被还原产出金属钴粉。多元醇的作用是作为液相使初始化合物处于悬浮态。其次，它还是一种溶剂和还原剂。该工艺制得的钴粉主要特征是球形颗粒，粒度均匀而细微。该法的另一个特点是生产工艺简单易行，生产原料多种多样，产品粒度可以调节控制 。

随着工业和科技的迅速发展，各行业对钴粉质量的要求越来越高。钴粉的形貌、粒径及纯度直接影响着后续产品的质量。鉴于我国钴粉生产装备落后及产品质量不高的情况，应加快科技创新，更新钴粉生产装备，以尽快提高钴粉质量。同时应加速钴粉生产连续化，扩大生产规模，使成本降低，并符合环保要求，如此才能走出我国钴产业的困境。

尽管我国钴粉生产在技术、质量水平和工艺装备等方面与世界先进水平仍有较大差距，且面临国内外钴粉需求日趋旺盛的形势，但只要依靠科技进步，调整产品结构，改进工艺装备，可望在较短期间内提高我国钴粉产品质量，满足工业发展和科技进步对钴粉的需求 。

钴粉按其化学成分和物理性能分为FCo-1 、FCo-2 、FCo-3 三个牌号，其中FCo-1 为高性能超细钴粉，FCo-2 为超细钴粉。

应用于硬质合金粘结剂、金刚石工具、高温合金、磁性材料、催化剂。也应用于粉末冶金零件等领域或行业。