一種納米級加硫鎳粉合金粉的生產方法
【專利摘要】一種含硫鎳粉的制備方法，在依次連通的頂部設有等離子發(fā)生器的高溫蒸發(fā)器、粒子控制器以及合金粉收集器組成的反應系統(tǒng)內進行，包括以下步驟：將無硫鎳珠原料通加入到高溫蒸發(fā)器內的坩堝中，對反應系統(tǒng)進行抽真空，對反應系統(tǒng)充入惰性氣體，加熱源對鎳珠原料進行加熱，將鎳珠原料加熱到沸騰狀態(tài)形成鎳蒸氣；將硫化氫氣體加入沉積器中，調節(jié)惰性氣體的氣流量，使蒸發(fā)出的鎳蒸氣和硫蒸氣隨惰性氣體氣流輸送到與高溫蒸發(fā)器連通的粒子控制器，調節(jié)惰性氣體氣流量的大小，使加硫鎳粉合金顆粒在收集器內的氣固分離器外壁進行附著，開啟氣流末端設置于氣固分離器內部的惰性氣體閥，得到納米級加硫鎳粉合金粉。
【專利說明】一種納米級加硫鎳粉合金粉的生產方法【技術領域】[0001]本發(fā)明涉及納米級金屬粉體制備【技術領域】,具體涉及一種納米級加硫鎳粉合金粉的生產方法?！颈尘凹夹g】[0002]含硫鎳材料主要是用作電鍍鎳工業(yè)的活性陽極材料，由于采用含硫鎳陽極可以有效降低槽電壓，提高沉積速度和電鍍效率，避免含氯電解液體系造成的設備腐蝕，以及獲得低應力鍍層等優(yōu)勢，成為國際上最受歡迎的活性鎳陽極材料。[0003]目前我國對含硫鎳的生產技術仍處于摸索階段，當前國際上嘗試制備含硫鎳原料的方法主要有兩種:中華人民共和國國家知識產權局網站上公開了一種含硫鎳珠的制備方法，將含有羰基鎳蒸汽、一氧化碳氣、硫化氫或羰基硫氣體的混合氣體，通過分解器沉積在加入分解器中鎳珠晶種表面不斷長大制得含硫鎳珠；中華人民共和國知識產權局網站上又公開了一種含硫鎳材料的制備方法，是在含鎳電鍍液的電鍍體系中，將含硫化合物溶液滴入電鍍液中陰極板附近；含硫化合物與電鍍液中的鎳離子按S2INi2+— NiS丨直接一步反應:在陰極板上，NiS化學沉積與鎳的電沉積同時進行，制備出含硫鎳材料。反應產物NiS 沉積在陰極上；同時，在電鍍過程中鎳在電場作用下在陰極上不斷的電沉積，即NiS的化學沉積與鎳的電沉積同時進行，從而制備出含硫鎳材料，上述生產過程中均存在含硫鎳的質量不穩(wěn)定，含硫量難以控制的問題。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種納米級加硫鎳粉合金粉的生產方法，用該生產方法生產的納米級加硫鎳粉合金粉顆粒形狀為球形、粒徑大小可控制在10~3000nm 之間任何區(qū)域、氧含量低、加硫鎳粉合金粉中硫含量比例可根據要求任意調整且穩(wěn)定性較好。[0005]本發(fā)明的技術方案是:一種含硫鎳粉的制備方法，在依次連通的頂部設有等離子發(fā)生器的高溫蒸發(fā)器、粒子控制器以及合金粉收集器組成的反應系統(tǒng)內進行，該制備方法包括以下步驟:(1)硫元素的供給，將含有硫化氫氣體的鋼瓶通過管道與粒子控制器下端的沉積器 (垃圾桶)連接起來；(2)將純度>99.9%無硫鎳珠原料通過加料口加入到高溫蒸發(fā)器內的坩堝中，對反應系統(tǒng)進行抽真空，然后開啟設置于高溫蒸發(fā)器底部的閥門，對反應系統(tǒng)充入惰性氣體，使反應系統(tǒng)內的氣氛為惰性，并且反應系統(tǒng)內部壓力為75~150kPa ;開啟設置于高溫蒸發(fā)器頂部的等離子槍，以產生的高頻等離子氣作為加熱源對鎳珠原料進行加熱，將鎳珠原料加熱到沸騰狀態(tài)形成鎳蒸氣；(3)通過設于含有硫化氫氣體的鋼瓶上的減壓閥和流量計將硫化氫氣體加入沉積器中，硫化氫經高溫分解為單質硫，硫又經高溫汽化為硫蒸氣，硫化氫的加 入量與所述步驟(2)中加入的鎳珠原料的質量比為1:10~10000 ；
(4)調節(jié)高溫蒸發(fā)器底部的惰性氣體的氣流量至15~120m3/h，使蒸發(fā)出的鎳蒸氣和硫蒸氣隨惰性氣體氣流輸送到與高溫蒸發(fā)器連通的粒子控制器，在粒子控制器中鎳蒸氣和硫蒸氣經不斷地碰撞、融合、固化形成加硫鎳粉合金顆粒，所述加硫鎳粉合金顆粒的粒徑為10~3000nm、形狀為球形。在粒子控制器鎳蒸氣和硫蒸氣組成的混合蒸氣被冷卻，形成由幾十甚至上百個原子組成的極微細的原子族，微小原子族在惰性氣體當中彌散、碰撞，長大成納米級的液滴，隨后被冷卻凝固成加硫鎳粉合金顆粒，由于加硫鎳粉合金顆粒是由成千上萬個微小原子族碰撞長大，所以所得的加硫鎳粉合金顆粒的成分是均勻和穩(wěn)定的。
[0006]通過調節(jié)高溫蒸發(fā)器內惰性氣體氣流量的大小，可以控制鎳蒸氣和硫蒸氣組成的混合蒸氣進入粒子控制器的快慢以及該混合蒸氣在粒子控制器中的流速，進而達到控制固化成的加硫鎳粉合金顆粒的大小，即惰性氣體的氣流量越大，形成的加硫鎳粉合金顆粒的粒徑越小,形狀越接近球形,惰性氣體的氣流量越小,形成的加硫鎳粉合金顆粒的粒徑越大，形狀越不接近球形。
[0007](5)粒子控制器內的惰性氣體氣流將加硫鎳粉合金顆粒輸送到與粒子控制器連通的收集器，使加硫鎳粉合金顆粒在收集器內的氣固分離器外壁進行附著，然后開啟氣流末端設置于氣固分離器內部的惰性氣體閥，使氣固分離器外壁的加硫鎳粉合金顆粒被集中到收集器底部的收料斗中，得到純度> 99%、粒徑為10~3000nm、形狀為球形的、硫含量符合工藝要求的納米級加硫鎳粉合金粉。
[0008]作為優(yōu)選，所述步驟(2)、步驟(3)、步驟(4)和步驟(5)中充入反應系統(tǒng)內的惰性氣體為氮氣。
[0009]作為優(yōu)選，所述步驟(2)中系統(tǒng)控制壓力為75~120kPa。
[0010]作為優(yōu)選，所述步`驟(2)中產生高頻等離子氣的氣體為氮氣，該氮氣的壓力為
0.2 ~0.8MPa。
[0011]作為優(yōu)選，所述步驟(3)中硫化氫氣體在進入沉積器前經惰性氣體稀釋為1%。，該硫化氫氣體的壓力為0.4~0.8MPa。
[0012]所述步驟(4)中的粒子控制器為聚冷管，所述聚冷管的管結構包括四層，由內向外依次為內襯管、保溫管、不銹鋼管、不銹鋼管，其中兩層不銹鋼管之間設置有冷水循環(huán)系統(tǒng)。該冷水循環(huán)系統(tǒng)給予粒子控制器內的鎳蒸氣和硫蒸氣組成的混合蒸氣更為均勻的冷卻環(huán)境，從而使冷卻形成的加硫鎳粉合金顆粒的粒度分布更為均勻。
[0013]所述步驟(4)中底部氮氣進氣量為15~120m3/h。
[0014]所述步驟(5)中收集器內的氣固分離器至少一個，多個氣固分離器的設置使加硫鎳粉合金顆粒的附著和被集中都更為有效。
[0015]與現有技術相比，本發(fā)明利用物理氣相蒸發(fā)冷凝法進行的納米級加硫鎳粉合金粉的生產方法具有以下顯著優(yōu)點和有益效果:
1)采用高頻等離子氣作為加熱源對鎳原料進行加熱，使直接生成納米級的鎳蒸氣；
2)利用了系統(tǒng)裝置合適溫度區(qū)(沉積器，俗稱“垃圾桶”)作為加硫點，硫化氫氣體400°C高溫時即完全分解為單質硫，而硫在高于400度時汽化為硫蒸氣，在高溫條件下汽霧狀的鎳與硫磺蒸汽反應生成含硫鎳粉，由于硫的蒸發(fā)及鎳與硫的反應，兩股氣流混合都需要時間，因此選擇“沉積器”位置；3)鎳和硫蒸氣在整個反應過程中呈高度分散狀態(tài)，且無其它雜質進入反應系統(tǒng)，保證生成的納米級加硫鎳粉合金粉純度高、顆粒形狀規(guī)則為球形、粒度分布均勻、粉體流動性好;4)通過調整鎳原料的加料量以及硫化氫氣體的流量，來達到調節(jié)加硫鎳粉合金粉的成分比例，可實現制備的納米級加硫鎳粉合金粉的加硫鎳粉比例根據要求任意調整；5)粒徑跨度大，通過調節(jié)工藝參數即調節(jié)高溫蒸發(fā)器內氮氣氣流量的大小，從而直接生產出所要求粒徑大小的納米級加硫鎳粉合金粉，納米級加硫鎳粉合金粉的粒徑可控制在 10~3000nm之間任何區(qū)域；6)整個加硫鎳粉合金粉的制備過程都是在密閉的反應系統(tǒng)內完成，且反應系統(tǒng)的內部氣氛為惰性，所以制成的納米級加硫鎳粉合金粉氧含量低；7)工藝周期短，操作簡單，不需要后續(xù)處理，成本相對較低?！緦＠綀D】

【附圖說明】[0016]圖1所示的是實施例1制備的納米級加硫鎳粉合金粉的掃描電鏡圖；圖2所示的是實施例1制備的納米級加硫鎳粉合金粉的掃描電鏡圖；圖3所示的是實施例1制備的納米級加硫鎳粉合金粉的掃描電鏡圖?！揪唧w實施方式】[0017]下面對本發(fā)明的實施例做詳細說明，但本發(fā)明不局限于以下實施例，本發(fā)明保護范圍內的任何修改，都認為落入本發(fā)明的保護范圍內。[0018]實施例1本實施含硫鎳粉在依次連通的頂部設有等離子發(fā)生器的高溫蒸發(fā)器、粒子控制器以及收集器組成的反應系統(tǒng)內進行，該制備方法包括以下步驟:(I)將純度> 99.9%的鎳原料通過加料口加入到高溫蒸發(fā)器內的坩堝中，檢查反應系統(tǒng)的氣密性合格后，對反應系統(tǒng)進行抽真空，然后開啟設置于高溫蒸發(fā)器底部的氮氣閥，對反應系統(tǒng)充入氮氣，使反應系統(tǒng)內的氣氛為惰性并且反應系統(tǒng)內部壓力為120Pa。[0019](2)開啟設置于高溫蒸發(fā)器頂部的等離子槍，以產生的高頻等離子氣作為加熱源對鎳原料進行加熱蒸發(fā)，將鎳原料加熱到沸騰狀態(tài)形成鎳蒸氣，在高溫蒸發(fā)器內形成鎳蒸氣，在蒸發(fā)的同時并不斷補充鎳原料，鎳原料的加入速度為1000g/h。產生高頻等離子氣的氣體為氮氣，該氮氣的壓力為0.45MPa。[0020](3)調節(jié)硫化氫氣體減壓閥壓力為0.5MPa，流量為0.01L/min,稀釋硫化氫氣體的氮氣壓力為0.4MPa，流量為I m3/h。[0021](4)調節(jié)高溫蒸發(fā)器底 部的氮氣的氣流量至100m3/h，使蒸發(fā)出的鎳蒸氣隨氮氣氣流輸送到與高溫蒸發(fā)器連通的粒子控制器，在粒子控制器中鎳蒸氣和硫蒸氣經碰撞、融合、 固化形成加硫鎳粉合金顆粒；粒子控制器具體為聚冷管，聚冷管的管結構包括四層，由內向外依次為內襯管、保溫管、不銹鋼管、不銹鋼管，其中兩層不銹鋼管之間設置有冷水循環(huán)系統(tǒng)。[0022](5)粒子控制器內的氮氣氣流將加硫鎳粉合金顆粒輸送到與粒子控制器連通的收集器，使加硫鎳粉合金顆粒在收集器內的氣固分離器外壁進行附著，然后開啟氣流末端設置于氣固分離器內部的氮氣閥，使氣固分離器外壁的加硫鎳粉合金顆粒被集中到收集器底部的收料斗中，得到純度> 99%、形狀為球形的納米級加硫鎳粉合金粉。該納米級加硫鎳粉合金粉中硫含量為1000ppm,氧含量為0.69%,粒徑分布如表1所不,掃描電鏡圖如圖1所
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[0023]表1
【權利要求】
1.一種納米級加硫鎳粉合金粉的生產方法，其特征在于:在依次連通的高溫蒸發(fā)器、粒子控制器及收集器組成的反應系統(tǒng)中進行，包括以下操作步驟: (1)將含有硫化氫氣體的鋼瓶通過管道與粒子控制器下端的沉積器連接起來； (2)將純度>99.9%無硫鎳珠原料通過加料口加入到高溫蒸發(fā)器內的坩堝中，對反應系統(tǒng)進行抽真空，對反應系統(tǒng)充入惰性氣體，使反應系統(tǒng)內的氣氛為惰性，并且反應系統(tǒng)內部壓力為75~150kPa ;開啟等離子槍，以產生的高頻等離子氣作為加熱源對鎳珠原料進行加熱，將鎳珠原料加熱到沸騰狀態(tài)形成鎳蒸氣； (3)通過設于含有硫化氫氣體的鋼瓶上的減壓閥和流量計將硫化氫氣體加入沉積器中,硫化氫的加入量與所述步驟(2)中加入的鎳珠原料的質量比為1:10~10000 ； (4)調節(jié)高溫蒸發(fā)器底部的惰性氣體的氣流量至15~120m3/h，使蒸發(fā)出的鎳蒸氣和硫蒸氣隨惰性氣體氣流輸送到與高溫蒸發(fā)器連通的粒子控制器，在粒子控制器中鎳蒸氣和硫蒸氣經不斷地碰撞、融合、固化形成加硫鎳粉合金顆粒。
2.(5)粒子控制器內的惰性氣體氣流將加硫鎳粉合金顆粒輸送到與粒子控制器連通的收集器，使加硫鎳粉合金顆粒在收集器內的氣固分離器外壁進行附著，然后開啟氣流末端設置于氣固分離器內部的惰性氣體閥，使氣固分離器外壁的加硫鎳粉合金顆粒被集中到收集器底部的收料斗中，得到納米級加硫鎳粉合金粉。
3.根據權利要求1所述的一種納米級加硫鎳粉合金粉的生產方法，其特征在于:作為優(yōu)選，所述步驟(2)、步驟(3)、步驟(4)和步驟(5)中充入反應系統(tǒng)內的惰性氣體為氮氣。
4.根據權利要求1所述的納米級加硫鎳粉合金粉的生產方法，其特征在于:所述步驟(2)中系統(tǒng)控制壓力為75~120kPa。`
5.根據權利要求1所述的一種納米級加硫鎳粉合金粉的生產方法，其特征在于:所述步驟(2)中產生高頻等離子氣的氣體為氮氣，該氮氣的壓力為0.2~0.8MPa。
6.根據權利要求1所述的一種納米級加硫鎳粉合金粉的生產方法，其特征在于:所述步驟(3)中硫化氫氣體在進入沉積器前經惰性氣體稀釋為1%。，該硫化氫氣體的壓力為0.4 ~0.8MPa 根據權利要求1所述的一種納米級加硫鎳粉合金粉的生產方法，其特征在于:所述步驟(4)中的粒子控制器為聚冷管，聚冷管的管結構包括四層，由內向外依次為內襯管、保溫管、不銹鋼管、不銹鋼管，其中兩層不銹鋼管之間設置有冷水循環(huán)系統(tǒng)。
7.根據權利要求1所述的一種納米級加硫鎳粉合金粉的生產方法，其特征在于:所述步驟(4)中底部惰性氣體進氣量為15~120m3/h。
8.根據權利要求1所述的一種納米級加硫鎳粉合金粉的生產方法，其特征在于:所述步驟(5)中收集器內的氣固分離器大于一個。
【文檔編號】C22C1/10GK103498067SQ201310391784
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月2日 優(yōu)先權日:2013年9月2日
【發(fā)明者】趙登永, 王光杰, 陸永波, 潘經珊, 孫運華 申請人:江蘇博遷新材料有限公司