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应用广泛!钴粉的6大极为重要的用途简介


来源:中国粉体网   平安

[导读]  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。

中国粉体网讯  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。近年来,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。

钴的性质

地壳中的钴的含量为0.018%,已探明陆地钴储量约1000万t以上,但独立形成的钴矿床不多,它通常经伴生元素的形态存在于镍、铜、铁和银等有用矿物中,作为副产品回收。我国钴的地质储量,主要集中在甘肃、山西、新疆、青海、海南和四川六省、自治区的大型矿主地及周围的中小型号矿产地。

钴是具有金属光泽的灰色金属,其物理、化学性质与铁和镍相似,拥有良好的铁磁性和延展性。现实生活中钴的应用非常广泛,如金刚石工具制造、高温合金和硬质合金等领域都需要使用钴,这是由于其具有高硬度、优良的抗拉性能和良好的机械加工性能。

从电化学方面来考量,钴属于中等活泼的金属,其物理和化学性质主要表现为以下几个方面:

(1)钴属于同素异构多晶型金属,随着温度的改变,不同晶型之间可以相互转变,转变温度主要取决于钴粉的纯度,当钴粉的纯度较高时,其同素异型转变温度为697K;

(2)在温度低于687K时,钴的结构为密排六方结构的ε-Co,而当温度高于687K时,钴是以α-Co的相存在,属于面心立方结构;

(3)钴主要的氧化价态为+2和+3,化学性质稳定,在常温下钴不与水发生反应,高温条件下容易发生氧化,极细的钴粉暴露在空气中还会发生自燃;

(4)钴易溶于盐酸和硫酸,反应时生成二价的钴盐,钴遇到浓硝酸容易被钝化,而对碱及有机酸却表现很强的耐腐蚀性。

钴粉的应用

(1)硬质合金

钴粉是硬质合金的主要原料之一,目前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。

(2)陶瓷领域

超细钴粉可以显著改善陶瓷材料的显微组织,优化其性能。通常的陶瓷是借助于高温高压使各种颗粒融合在一起制成的。而将超细钴粉压成块材后,由于颗粒之间界面的高能量,在较低温度下烧结就能达到致密化的目的,且性能优异,因此特别适用于电子陶瓷的制备,所制备的陶瓷具有塑性强、硬度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨等性能,而目还具有高磁化率、高矫顽力、低饱和磁矩、低磁耗以及光吸收效应。

超细钴粉在建筑卫生陶瓷领域也有广阔的应用前景,除已被用做超细浆料、超细原料和超细色料提高产品质量外,还可为传统的卫生陶瓷工业带来如下的变化:

①节约能源。陶瓷原料经过超细粉碎后,颗粒的表面能增加,活性增大,增加烧结驱动力,降低烧成温度,从而达到降低能耗的目的。

②提高原料资源的利用率。降低原料的细度有可能通过增加遮盖力,使低质原料达到优质原料一样的白度,从而也能生产出质量较好的卫生陶瓷产品。

③提高产品的质量和档次。陶瓷材料的超细化可以使制品的烧结温度降低,致密度提高,使制品的性能得到改善和提高,从而改善制品的外观质感和内在质量,使其质量和档次得到提升。

④开发高档次新产品。改变传统的陶瓷粉体的加工工艺,开发高档次、具有高附加值的新产品,是超细钴粉技术在建筑卫生陶瓷工业中应用的新热点。

(3)催化方面

钴粉在催化行业的使用也非常广泛,主要是作为脱硫的催化剂用于石油工业的加铅裂化上,同时作为苯二甲酸的净化剂在聚酯纤维领域取得不错的效果。据报道,在美国由于钴粉催化剂的广泛使用,其汽油平均含硫量得到控制,从最初的0.03%降到0.003%。据报道,纳米钴粉在聚碳硅烷热裂解过程发挥着重要的催化作用,可以降低裂解温度和促进了热裂解过程中SiC晶粒的生长;同时纳米钴的氧化物(CoO、Co2O3和Co3O4)均可以用作催化剂,特别是Co2O3,在以下的分解反应中的催化效果十分明显。


(4)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。

在日常生活和高科技领域,纳米钴粉的应用前景也十分广泛。据报道,在太阳能电池中添加适量的纳米钴粉,可以制备出光电转化效率更高的新型太阳能电池,即使在雨天也能正常使用。研究发现这种新型太阳能的效率高,主要得益于其工作过程能量转变形式单一,由太阳能转化位电能,不存在净变化。此成果具有重要的理论价值和应用价值,为科技工作者对太阳能电池的探索和研究奠定了基础。

(5)特种工具

在特种工具行业钴粉的使用也非常广泛,特别是在飞行器、机场和船舰等领域发挥着非常重要的作用。在特种工具的制备过程中添加钴粉可以改善材料的性能,例如在装甲材料中加入适量的钴粉并使其合金化可以提高装甲材料的抗冲击性能和韧性,可以防御炮弹攻击;将纳米钴粉制备成的具有高强度、高硬度的材料,可以用于装甲防护;同时将其制成具有耐高温、散热性能良好和导电性好的材料,可以用于防护涂层的腐蚀。

(6)电子器件行业

超细粉体具有高比表面积、高活性、特殊物理性质,致使它对外界环境如温度、光、湿气等十分敏感,外界环境的改变会迅速引起其表面或表面离子价态和电子运输的变化,即引起其电阻的显著变化,超细粉体的这种特有性能使之成为在传感器方面最有应用前途的材料之一,可研制出响应速度快、灵敏度高、选择性好的各种不同用途的传感器。其还可做防紫外线、防雷达的隐身材料,电磁波、光波吸收材料等。

小结

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。那么,钴粉有哪些制备方法呢?接下来请持续关注中国粉体网编辑为您做的介绍。

参考资料:

马光等.钴粉的制备、应用及我国的发展现状.西北有色金属研究院

吴家景.球形超细/纳米钴粉的制备工艺及机理.南昌大学

刘鹏成.超细钴粉的制备工艺与表面改性技术研究.兰州理工大学

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