钴具有优良的物理、化学和机械性能, 是制造高强度合金、耐高温合金、硬质合金、磁性材料和催化剂等的重要材料, 应用非常广泛。90年代以来, 世界钴的消费量一直呈现增加趋势, 目前, 我国钴的消费领域主要是硬质合金和陶瓷行业。在硬质合金行业中, 钴主要以钴粉形式作为生产硬质合金的粘结剂。我国硬质合金、金刚石工具产量居世界第一位,对钴粉的消耗量相对较大, 占全国钴总耗量的33%, 并以每年近5.4%的幅度递增。我国目前从事电解钴、氧化钴、钴粉及各类钴盐生产的厂家有40余家,其所用的原料主要有三个来源:一是镍系统、铜系统或锌系统中副产出的钴;二是国内自产的钴硫精矿;三是进口钴原料。目前我国绝大部分钴粉生产厂家采用进口钴原料。

 

钴粉生产工艺原理

草酸钴氢气热还原工艺分为湿法生产工艺和还原制粉生产工艺两大部分。其工艺原理如下：

1、配制草酸铵溶液

CoCl2+(NH4)2C2O4=CoC2O4↓+2NH4Cl (1)

2、草酸钴煅烧干燥

2CoC2O4+O2=2CoO+4CO2

4CoC2O4+O2=2Co2O3+4CO2+2CO

3CoC2O4+2O2=Co3O4+6CO2

3、氧化钴还原

Co3O4+4H2=3Co+4H2O

4、草酸钴还原

2CoC2O4+3H2=2Co+CO2+3CO+3H2O 

 

钴粉生产流程：溶解→沉淀草酸钴→还原（即可还原氧化钴，也可直接还原草酸钴）(如下图)

国内外生产钴粉的方法有氢还原法、水冶法、水热法和喷雾法等, 国内主要是采用氢还原法，即用氢气还原氧化钴或草酸钴。在氢气还原钴粉生产中, 原料因素对钴粉粒度影响至关重要,这其中包括了草酸钴原料粒度大小和含水量两个方面，如何通过控制这两个因素进而控制钴粉粒度？

 

一般工业原料为Co2O3与Co3O4 的混合物, 其中主要是Co2O3。用氢气还原时, 其反应为:

Co2O3+3H2=2Co+3H2O (1)

Co3O4+4H2=3Co+4H2O (2)

用草酸钴氢还原时, 其反应为:

CoC2O4•2H2O=CoC2O4+2H2O (3)

2CoC2O4=Co2O3+3CO+CO2 (4)

Co2O3+3H2=2Co+3H2O (5)

2CoC2O4•2H2O+3H2  2Co+3CO+CO2+7H2O (6)

 

1、原料的影响：

草酸钴的粒度细, 则其松装密度ρ松小, 不同ρ松的草酸钴制取的钴粉的粒度不同。从图1可以看出草酸钴的粒度粗, 即钴粉的松装密度ρ松大, 则钴粉的FSSS大, 表明钴粉的粗度粗。

 

2、草酸钴的含水量对钴粉粒度的影响：

草酸钴的含水量越低, 即草酸钴越干, 钴粉的FSSS越小, 表明钴粉的粒度越小。这是因为草酸钴的含水量直接影响反应空间的水

蒸气分压, 如果草酸钴含水量低, 则水蒸气分压低, 使反应向右移动, 还原速度加快, 氧化钴的颗粒未来得及长大就被还原成金属钴粉, 所以钴粉的粒度细。反之, 则钴粉的粒度粗。

硬质合金通常由硬质相WC和粘接相Co组成，Co赋予硬质合金韧性，并在烧结过程中对合金的致密化和组织结构的演变起着极为重要的作用。

 

钴，元素符号Co，银白色铁磁性金属，表面呈银白略带淡粉色，在周期表中位于第4周期、第Ⅷ族，原子序数27，原子量58.9332，有密排六方和面心立方两种晶体结构，常见化合价为+2、+3。钴是具有光泽的钢灰色金属，熔点1493℃、比重8.9，比较硬而脆，钴是铁磁性的，在硬度、抗拉强度、机械加工性能、热力学性质、的电化学行为方面与铁和镍相类似。加热到1150℃时磁性消失。

Co相有α-Co和ε-Co两种晶型。α-Co为面心立方(fcc)结构（右图），有12个滑移面，韧性好；ε-Co为密排六方(hcp)结构（左图），只有3个滑移面，其吸收应变能和松弛应力及协调两相应变的能力比α-Co差，韧性也差。Co在417℃以下为密排六方结构，417℃以上为面心立方结构。测定硬质合金中α-Co 和ε-Co的比例与变化规律，有利于进一步开发强韧化工艺、提高硬质合金的性能和增加其使用寿命。一般认为，烧结态硬质合金Co粘结相主要为ε-Co，通过淬火处理可以增加 Co粘结相中α-Co 的含量