超細鎳粉的制取工藝

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

超細鎳粉是一種具有表面活性高、比表面積大、導電性、導熱性好，抗氧化能力強的特殊金屬材料。廣泛用于電池材料、磁性材料等領域-4]。生產應用中鎳粉的粒度、形貌和結構對鎳粉物化性質有較高的影響，因此制備較高性能超細鎳粉體有重大意義。目前超細鎳粉的制取主要有：多元醇法、液相還原法、高壓氫還原法、聯氨還原法等[5-7]。

霧化干燥法因其干燥時間短，干燥速度快，溫度易控制，產品質量好，生產過程簡單等優點逐漸受到科研工作者的關注[8-12]。本實驗采用霧化干燥法制取超細鎳粉，考察了各因素對超細鎳粉制備的影響，得到較優工藝參數。

1霧化料液的制備

1.1 實驗方法

實驗以工業級碳酸鎳（ 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 浸出率為指標值，進行 L₉（3⁴） 正交實驗，因素水平表如表1所示。

每次實驗取 NiCO₃ 20g ， L/S=2.5 ，添加既定實驗方案氨水與碳酸氫銨，浸出 3h ，浸出結束后抽濾，分析浸出率。

1.2 實驗結果及分析

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 。實驗5號效果最好，其組合條件為： A₂ 、 B₂ 、 C₃ D₁ 。實驗7號效果次之，其組合條件為： A₃ 、 B₁ 7 C₃ 、 D_2° 較優水平為： A_2、B3、 C₃ 、D2。

根據正交實驗結果，選取最優條件做驗證實驗，考察實驗的重現性。

實驗結果表明較優工藝實驗10號浸出率 97.9% 大于最好效果實驗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體

2.1 霧化方法

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

2.2 結果與分析

2.2.1 轉速與顆粒的關系

隨著霧化器轉速的逐漸提高，顆粒的粒度明顯減小。低轉速時，料液直接分裂成液滴，隨著轉速的提高，霧滴形成機理轉變為絲狀霧化或膜狀霧化，產生的顆粒較細。不同轉速下SEM圖如圖1所示。從圖1可知，隨著轉速的提高，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 進料速度與顆粒的關系

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

2.2.3料液濃度與顆粒的關系

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#的不規則程度也在加大。

由以上轉速、進料速度、料液濃度與顆粒形貌關系可知，轉速的提高，顆粒變多、粒徑變小；破碎程度增大，粒度分布范圍寬。顆粒粒徑隨進料速度的增加而變大，不規則程度加大，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。因此較優工藝為：轉速 300r?s^-1 、進料速度40rmin^-1 、料液濃度 2.6mol?L^-1 。

3鎳前驅體熱處理

實驗1：采用 20V?30min^-1 的升溫速度升至750 °C ，保溫 ^1h 。實驗2：采用 15V?30min^-1 的升溫速度升至 750°C ，保溫 2h 。

實驗所得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。

調整方案：降低升溫速度、提高煅燒溫度、延長保溫時間。

實驗3：采用 10V?30min^-1 的升溫速度升至800^°C ，保溫 ^1h 。實驗4：采用 10V?30min^-1 的升溫速度升至 700°C ，保溫 3h 。

實驗所得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、說明產物結晶度高、晶體結構完整。

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晶粒達到 200～300nm 。4#NiO晶粒要比3#NiO細小，且球形空心顆粒具有一定厚度的壁厚，壁厚為 1～2μm ；若采用風力破碎，則形成超細鎳粉。

4結論

本研究圍繞制取超細球形空心鎳粉而進行，通過3步來實現：碳酸鎳氨性浸出獲得一定濃度的鎳氨絡合物溶液；溶液經霧化干燥得到球形鎳前軀體；最后經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