纯水中超细镍粉的制备论文

河南科技大学毕业设计（论文）I纯水中超细镍粉的制备摘 要本实验是以纯水环境下制备超细镍粉。以硫酸镍（NiSO 46H2O）作为反应物；以水合肼(N 2H4H2O)为还原剂；用氢氧化钠(NaOH)调整溶液 PH 值为碱性；用酒石酸钠(C 4H4O6Na2)作为分散剂；硫酸铜(CuSO 45H2O)作为成核剂；以柠檬酸C6H8O7H2O)为络合剂；又以不同的晶种硝酸银(AgNO 3)和硫酸钴(CoSO 47H2O)进行反应。分别在不同温度、不同的反应物浓度、不同的还原剂浓度以及不同的成核剂种类下进行实验。结果表明，硫酸镍反应浓度在 0.6mo/L、水合肼浓度为3.0mol/L、反应温度在 80下反应效果最佳，为最佳反应条件。当以硝酸银为反应的成核剂时效果较硫酸铜、硫酸钴更理想。关键词：硫酸镍，温度，浓度，晶种河南科技大学毕业设计（论文）IIATER IN THE PREPARATION OF ULTRAFINE NICKEL POWDERABSTRACTThis experiment is based on pure water prepare ultrafine nickel powder. Nickel sulfate (NiSO4 6H2O) as reactants; Hydrazine hydrate (N2H4 H2O) as a reducing agent; Sodium hydroxide (NaOH)is used to adjust the PH of the alkaline; Sodium tartrate (C4H4O6Na2) is the dispersant; Copper sulfate (CuSO4 5H2O) is the nucleating agent. Citric acid C6H8O7 H2O) is the complexing agent; Different seed silver nitrate (AgNO3) and cobalt sulphate (CoSO4 7H2O) to react. At different temperatures, different concentrations of the reactants, different concentration of reducing agent and different types of nucleating agents conducted experiments. The results show that, Concentration of nickel sulphate reaction 0.6mo / L, Hydrazine concentration of 3.0mol / L, Reaction temperature at 80 for the best response, The best reaction conditions. When the reaction of silver nitrate when the nucleating agent was better than copper sulfate, cobalt sulfate better.KEY WORDS: nickel sulfate, Temperature, concentration,seed河南科技大学毕业设计（论文）III目 录第一章 引 言 .11.1 镍的简介及世界镍资源分布、交易情况 .11.1.1 镍的简介 .11.1.2 世界镍资源分布、交易状况 .11.2 超细镍粉的制备方法 .21.2.1 气相法 .21.2.2 液相法 .31.2.3 电解法 .51.2.4 固相法 .61.2.5 等离子法 .61.3 超细镍粉的应用 .71.3.1 电池材料 .71.3.2 磁性材料 .71.3.3 硬质合金 .71.3.4 催化材料 .81.3.5 吸波材料 .81.3.6 军用特种材料 .81.3.7 多层陶瓷电容器(MLCC) .81.4 超细镍粉的研究意义 .9第 2 章 实验部分 .102.1 实验仪器 .102.2 实验试剂 .102.3 实验说明 .102.4 实验一组 .112.5 实验二组 .122.6 实验三组 .132.7 实验四组 .14河南科技大学毕业设计（论文）IV2.8 实验五组 .152. 9 实验六组 .162.10 实验七组 .172.11 实验八组 .18第 3 章 实验结果 .183.1 各步的浸膏提取率 .143.1.1 总浸膏提取率 .143.1.2 石油醚部位浸膏提取率 .143.1.3 氯仿部位浸膏提取率 .143.1.4 乙酸乙酯部位浸膏提取率 .153.1.5 正丁醇部位浸膏提取率 .153.1.6 水部位浸膏提取 .163.2 抑菌试验结果 .163.3 最小抑菌浓度实验结果 .173.3.1 氯仿部位最小抑菌浓度实验结果 .173.3.2 乙酸乙酯部位最小抑菌浓度实验结果 .183.4 抗硝化实验结果 .19第 4 章 结论与分析 .214.1 结论 .214.2 分析 .21参考文献. .23致 谢 .25河南科技大学毕业设计（论文）1第一章 引 言1.1 镍的简介及世界镍资源分布、交易情况1.1.1 镍的简介镍；近似银白色、硬而有延展性并具有铁磁性的金属元素,它能够高度磨光和抗腐蚀。溶于硝酸后，呈绿色。主要用于合金(如镍钢和镍银)及用作催化剂(如拉内镍,尤指用作氢化的催化剂) nickel元素符号 Ni。元素原子量：58.69；元素类型：金属；原子体积:(立方厘米/摩尔)6.59；元素在太阳中的含量:(ppm)80；元素在海水中的含量:(ppm)、太平洋表面 0.0001；地壳中含量：80（ppm ） ；元素中文名称：镍；元素英文名称：Nickel；相对原子质量：58.69；核内质子数：28；核外电子数：28；核电核数：28；质子质量：4.6844E-26；质子相对质量：28.196；所属周期：4；所属族数：VIII ；摩尔质量： 59；氢化物：NiH3；氧化物：NiO；最高价氧化物化学式：Ni 2O3；氧化态：Main Ni+2；Other Ni-1, Ni0, Ni+1, Ni+3, Ni+4, Ni+6；密度： 8.902；熔点：1453.0；沸点：2732.0；声音在其中的传播速率：（m/S ）4900；电离能 (kJ/ mol)M - M+ 736.7M+ - M2+ 1735.0 M2+ - M3+ 3393M3+ - M4+ 5300M4+ - M5+ 7280 M5+ - M6+ 10400 M6+ - M7+ 12800 M7+ - M8+ 15600 M8+ - M9+ 18600 M9+ - M10+ 21660 外围电子排布：3d8 4s2 核外电子排布：2,8,16,2；晶胞为面心立方晶胞，每个晶胞含有 4 个金属原子。原子半径：1.246 常见化合价：+2,+3 发现人：克朗斯塔特 发现时间和地点：1751 年瑞典元素来源：镍黄铁矿(Ni,Fe) 9S8。1.1.2 世界镍资源分布、交易情况目前，全球约 66%的精炼镍用于制造不锈钢。因此镍作为不锈钢主要合金原料之首，不锈钢的产量和镍需求量息息相关。半世纪以来，国际不锈钢产量呈持续增涨趋势，尤其是 20 世纪 80 年代日本、欧洲、北美各国、90 年代韩国、中国台湾地区的产能明显增加。21 世纪后，中国不锈钢的产量开始牵动全球不锈钢总产量的走势。2000 年中河南科技大学毕业设计（论文）2国产量仅为 40 万吨，但 2006 年已超 500 万吨，首超日本。从而，继 2001 年中国成为全球最大的不锈钢消费国后，2006 年中国已成为全球最大的不锈钢生产国。2006 年全球不锈钢总产量约 2800 万吨，同比增涨 14%。不锈钢产量的迅速增加，直接刺激了全球镍需求的急速上升，并导致全球供需失调，加上投机炒作等推波助澜，造成 2006 年镍价持续飙涨。1.2 超细镍粉的制备方法1.2.1 气相法1、羰基镍热分解法该法首先由英国蒙德提出，现已实现工业化。它主要分两步进行：第一步使CO 与镍反应生成羰基镍 Ni(CO)；第二步是在热分解塔中使羰基镍分解得镍粉。该法较实用，生产的镍粉(粒径一般在 1m 左右)也有较好的应用性能。目前，加拿大生产羰基镍粉的规模最大，其工艺先进、成本低、质量稳定、产量和出口量均占世界第一位；其次为英国、美国，而俄罗斯生产的品种多，用途广。该法存在两个缺点：一是热解塔内分解温度较高，镍粉易烧结故粒径较大；二是羰基镍是一种剧毒物质，有碍人体健康，对环境造成极大污染。2、蒸发一冷凝法蒸发一冷凝法过程如下：金属镍加热到 1425即气化，蒸气急速冷凝即可制得镍粉。采用真空环境蒸发可以降低蒸发温度，例如在 133Pa 压力下加热到700即得到镍蒸气。急冷方式不同，生成的镍粉各具特色。该法缺点：生产效率低，颗粒易氧化，设备复杂，技术要求高，成本昂贵，因此难以实现工业化生产。3、射线辐射合成法射线辐射金属镍盐溶液制备纳米镍粉的基本原理是水经 射线辐射产生初级产物，其中还原性粒子可将金属镍离子逐级还原，新生成的镍原子聚集成核，最终生成纳米颗粒。通过控制溶液浓度、pH、辐照剂量，可以控制微粒的尺寸和形状。实验中加入异丙醇清除氧化剂OH 自由基，加入表面活性剂对纳米微粒进行修饰，可使其稳定存在。河南科技大学毕业设计（论文）34、合金法制备镍超微粉具体制备方法是高频引弧气产生等离子电弧，在 01MP a 的 H+Ar 混合气氛中钨镍合金熔球表面镍微粒蒸发，在气流作用下输送到捕集室。其原理是实验条件下，因金属钨熔点高，所以熔球中镍先蒸发为超微粒子。因直流电弧等离子体法具有生产效率高、纯度高、方法比较简便的优点，所以广泛应用于金属超微粉制备。用钨一镍合金作原料时，克服了常见的熔球表面易氧化缺陷，因合金熔球表面抗氧化性比镍熔球好，故镍超微粉的产率比用纯镍为原料时的产率高一倍 以上，捕集的超微镍粉中几乎不含金属钨。5、气相氢还原法气相氢还原法 L4 是指用氢还原气态金属卤化物，主要是金属氯化物，得到很细或超细粉末。目前，日本 Toho 钛公司将固体 NiC1 在 1200K 左右气化，蒸气 NiC1z 用 H 逆流还原制得粒径为 0110m 的球形超细镍粉。该公司拥有该生产工艺的专利。该法能够以较低的生产成本生产粒径均匀的球形颗粒状金属镍粉。这种超细镍粉适合于高容量陶瓷电容器中代替金属钯的电极材料，其价格可与传统的电容器电极材料相竞争。这种电容器是个人电脑和 Cellular 电话机中的重要元件，但该法对设备的耐腐蚀能力要求较高。1.2.2 液相法液相法常伴随化学反应，因此也叫湿化学法，是目前实验室和工业上最为广泛采用的方法。其主要特征是可将各种反应的物质溶于液体中，可以精确控制各组分的含量，并实现原子、分子水平的精确混合；容易添加微量有效成分，可制成多种成分的均一粉体；合成的超细粉体表面活性好；颗粒的形状和粒径容易控制；工业化生产成本低。常见的有液相还原法、电解法、溶胶一凝胶法、微乳液相法、辐射合成法等。1、高压氢还原法 在高压釜内，催化剂存在下用氢气还原镍的氨性水溶液或不溶于水的碱式碳酸镍、氢氧化镍等水浆液，可制得平均粒径为 1012m 的镍粉。Ni(OH) 水热氢还原制备超细镍粉的研究大多为中性介质，喻克宁等在宽 pH(714)碱性介质中，碱的用量增加情况下完成了氢还原反应，具体过程为在一定温度下，以 PdCI为催化剂，氢气还原氢氧化镍水浆液从而制得平均粒径几十纳米的超细镍粉。有报道称以蒽醌为催化剂，水热氢还原可从氢氧化镍水浆液制备超细镍粉，该法以河南科技大学毕业设计（论文）4廉价的蒽醌代替稀贵的 PdCI 催化剂，更利于工业化生产。高压氢还原法操作简单，成本较低，便于在工业上推广，但必须用高压设备和催化剂。2、常压液相还原法 将 NiSO4、NiCI 2 等水溶液或 Ni(OH)2 悬浮液与硼氢化钠和联氨混合液反应，还原出来的镍粉凝聚体用乙醇或丙酮处理，可得粒径为 2m 以下分散均匀的高纯度超细镍粉。在 NiCO3、NiSO 4、Ni(NO 3)2 等含 Ni 的溶液中，加入氢氧化钠和联氨溶液，再加热到 90，即获得粒度 1m 左右的球形镍粉。常压液相还原法原料易得，设备简单，操作简便，产品收率高，纯度高，颗粒尺寸小、分布均匀，有较好发展前景。但还原剂硼氢化钠价格昂贵，联氨有毒。与常见的利用无机还原剂硼氢化钠和联氨制备镍粉不同，法国的 Figlarz 等采用弱有机还原剂乙二醇还原粒径小于 01m 的 Ni(OH)超细粉末，引入硝酸银作为成核剂制得了亚微米级的超细镍粉。该法(多元醇工艺)需要长时间的高温回流，对原料要求苛刻，因采用有机分散介质，制备成本较高，固液分离也较困难。此后，李鹏等采用有机还原剂 1，2 一丙二醇通过液相还原 Ni(CH3COO)24HO 制得了晶粒尺寸小于 50nm 的超细镍粉。3、多元醇还原法以多元醇为介质的还原方法类似于溶胶一凝胶法，主要是利用高沸点的多元醇(如乙二醇，丙三醇等) 的还原性来制备金属或合金粉。法国的 Figlarz，等用乙二醇作还原剂，曾制备出粒径小于 1m 的超细镍粉，但此法有耗时长、对原料要求苛刻、成本高且固液分离难等缺点。武汉理工大学李鹏，等对多元醇液相还原工艺进行了改进，用 1，2 一丙二醇作还原剂，在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)稳定剂保护下，制备出晶粒尺寸 25nm、具有面心立方晶体结构的纳米镍粉。与用乙二醇相比，用 1，2 一丙二醇可以得到晶粒更小的镍粉，且可缩短反应时间；适量添加NaOH 即可调节纳米镍粉的晶粒大小，还可以提高颗粒的均匀性；适量的聚合物保护剂可以阻止成核颗粒生长，减小粒径，防止颗粒团聚 8。4、微乳液法制备超微镍粉在水(溶液 )二甲苯十二烷基硫酸钠正戊醇反相微乳液体系内，用水合肼在强碱性环境中恒温水浴条件下还原硫酸镍，可制得球形粒径分布均匀的超微金属镍粉。通过控制微乳液体系的构成，产物的粒径可得到调整，但需考虑反应料液混合方式 3。5、超声雾化一热分解法河南科技大学毕业设计（论文）5超声雾化一热分解法是一种产生具有独特性质微粒的重要方法，利用了超声波的高能分散机制，目标物前驱体母液经过超声雾化器产生微米级的雾滴并被载气带人高温反应器中发生热分解从而得到均匀粒径的超细粉体材料。20 世纪 90 年代初，Nagashima 等提出在 HN 气氛中超声雾化一热分解 Ni(NO3)26H2O 和NiCI26H2O 可获得镍粉。XiaBin 等通过超声雾化一热分解甲酸镍，不仅降低了单相镍的制备温度，而且因为甲酸镍自身分解生成 H 及 CO，避开了氢气气流的安全及高耗费问题。此外，XiaBin 等还对含氨水和碳酸氢铵的NiC1： 6H：O 前驱体进行了超声雾化热分解研究。超声雾化一热分解法由于目标成分易控制，前驱物易得，产品质量好，在制备球形非凝聚态亚微米级镍粉方面 已显示出其独特意义 3。5、联氨还原法碱性条件下，在NiSO 4、Ni(NO 3)2 、NiCO 3等溶液中加入N 2H4溶液并加热，可制得超细镍粉。张传福等结合声化学理论，研究了用超声波喷雾加料方式，以联氨为还原剂从NiSO 4溶液中生产超细镍粉，制得了形状比较规则、粒径小且分散均匀的类球形超细镍粉，因其实验设计新颖、工艺优良，有望实现工业推广 8。1.2.3 电解法电解法一般是采用镍板作阳极，贵金属或石墨作阴极，电解池中放入氯化镍或硫酸镍溶液，接通电源并周期性改变电流方向，生成的镍粉掉入电解池底部，之后用磁性材料收集。该法是目前工业生产中应用较多的一种方法，但存在腐蚀性强、劳动条件差、耗能较高并易造成一定程度环境污染的问题，需要对工艺进行改造。姜力强，等通过试验和工业模拟生产，研究了以 NH C1+NiC1 为电解液，镍为阳极、不锈钢为阴极的生产工艺，采用循环电解装置，制备了高纯度、球形超细镍粉。王菊香，等近年来在超声电解制备超细金属粉末方面进行了大量研究工作，研发的以镍板为阳极，钛金属的超声变幅杆为阴极的新型超细镍粉生产工艺简单、成本低、无毒无污染，可制得粒径在 100 nm 以下的超细镍粉。李小毛，等的试验表明，在电解槽内，用金属镍板作阳极，导电材料作阴极，有机醇为电解液，加入适当的添加剂，得到了高活性的纳米镍的亚稳相前驱物；将纳米镍的亚稳相前驱物与还原试剂按比例混合并加热处理，得到表面被有机醇修饰的纳米镍粉；然后通过离心装置分离得到湿的纳米镍粉，再用真空干燥箱干燥处理，可得到符合国家纳米镍质量标准的纳米金属镍粉体产品，其粒径在 100 nm 以下。河南科技大学毕业设计（论文）61.2.4 固相法固相法是通过对固相物料进行加工得到超细粉体的方法，广泛用于矿物