辉光放电质谱法测定高纯钴中痕量杂质元素

采用辉光放电质谱法(GD-MS)测定高纯钴中Na、K、Fe、Ni、Cu等14个痕量杂质元素。找出了合适的样品预处理方法,讨论了最佳仪器工作参数和样品预溅射时间的选择,探讨了如何选择合适的分析同位素及分辨率模式来减小同位素干扰的影响。分析了GD-MS测定痕量杂质元素的精密度,并将分析结果与高纯钴样品出厂标定值进行比对以验证GD-MS无标直接分析的准确程度。结果表明,辉光放电质谱法是直接分析高纯钴材料的有效分析方法。

螯合DI型树脂去除高纯钴制备料液中痕量铜

采用离子交换法从含钴60 g/L、含铜5 mg/L的氯化钴溶液中除铜，制备用于电积高纯钴的料液。考察树脂种类、温度、pH对除铜效果的影响，以及电解进液方式对阴极钴板铜含量的影响。结果表明，螯合DI型树脂交换能力强，再生容易，对料液无有机污染。在pH为2-5，温度20-30℃的条件下，用DI树脂除铜，净化后料液铜含量小于0.1 mg/L，达到制备高纯钴料液杂质含量的要求。结合电解精炼，阴极钴板纯度达99.9995%。

高纯钴制备技术

高纯钴主要应用于磁记录材料、磁传感器材料、光电材料等高技术领域。其制备方法有萃取法、离子交换法、电解法、真空熔炼法等。萃取法和离子交换法能够制备高纯盐,这是制备高纯钴的重要环节。高纯钴盐通过沉淀、氢还原或电解能获得高纯金属原料,该过程也将金属进一步提纯。真空熔炼法能够进一步提纯金属,并得到性能优异的金属锭。采用几种方法结合的工艺路线可以制备出品质优良的高纯材料。

热轧过程中高纯钴微观组织及织构演变

金属钴具有同素异构转变特性。为探究热轧工艺对高纯钴的微观组织及织构演变规律的影响,对纯度为99.99%(质量分数)的高纯钴进行500℃(高于同素异构转变温度)下的热轧,并采用电子背散射衍射(EBSD)技术对样品进行表征。结果表明:初始态板材由密排六方相(HCP相)和面心立方相(FCC相)构成,且以HCP相为主;HCP相晶粒的晶体取向较为集中,而FCC相晶粒的晶体取向较为分散;HCP相中的相变孪晶和FCC相中的退火孪晶含量较高。经过热轧,不同道次下的水冷板材中仍含有HCP相和FCC相,HCP相和FCC相在不同轧制板材中含量略有不同,但FCC相的相对含量均高于HCP相;HCP相晶粒的细化效果尤为显著。两相的小角度晶界含量较初始态大幅度上升,大角度晶界含量大幅度下降;轧制水冷板材中HCP相形成了特殊的择优取向,{0001}基面法向偏离ND方向朝向RD方向35°,且{10-12}取向较为分散;而FCC相呈现出较为随机的晶体取向特征。

高纯钴板冷轧前后的显微组织及织构特征

为研究靶材显微组织对溅射薄膜质量的影响,对质量分数为99.99%的钴板在室温下单向轧制,利用光学显微镜(optical microscope,OM)和电子背散射衍射(EBSD)技术分析其冷轧前后显微组织和织构特征,对开发高性能超高纯钴靶材提供理论依据与试验支撑。结果表明:初始态高纯钴板晶粒形状不规则、尺寸不均匀,以密排六方相(HCP)为主;HCP相虽然有一定的织构,但取向特征不明显,且HCP相中有大量板条组织,FCC相呈现出比HCP相更随机的取向分布;冷轧变形导致板材中晶粒变形剧烈,部分晶粒沿轧制方向明显拉长,并形成大量小角度晶界及变形孪晶;在孪晶和小角度晶界的分割下,变形晶粒存在一定程度细化,形成细晶区,同时,钴板发生马氏体相变,FCC相转变为HCP相;轧制态板材中HCP相呈基面织构,而FCC相依旧呈随机的取向分布特征。

热处理制度对高纯钴微观组织及磁性能的影响

对99.999%高纯钴进行350、450和550℃的热处理,利用光学显微镜、电子背散射衍射技术及振动样品磁强计分析了热处理后高纯钴的微观组织、织构及磁性能。结果表明,热处理温度对高纯钴的相含量、晶界含量及晶粒织构有明显的影响,350℃热处理后的组织全部为密排六方相(HCP相),具有较强的织构;在相变温度427℃以上的450和550℃热处理后的组织为HCP相和FCC相两相共存,小角度晶界占比急剧降低,大角度晶界占比大幅提升,并产生了两种特殊晶界:相变孪晶界70.5°/<1120>和退火孪晶界(∑3晶界)60°/<111>。高纯钴经350℃热处理后的组织极密度最大,[0001]织构含量最大,且相对磁导率最低,为6.1。当高纯钴在相变温度以上热处理时,磁导率大幅升高。

高纯钴制备工艺研究

目前制备99.999%以上金属高纯钴的制备方法很多,主要制备工艺有萃取法,膜分离法,离子交换法,电解法,区域熔炼法等方法。但单一的提纯方法很难达到99.999%以上高纯钴。研究络合-P507萃取工艺与P507萃取工艺分离钴中镍及金属杂质,考察酸度、盐酸、硫酸体系对萃取分离影响。采用20%P507磺化煤油有机相单级萃取提纯钴,钴中Ni%为0.4%,提纯钴中Ni%可达到0.003%~0.004%;不能达99.999%要求,选择1.8%的络合剂Dmege按Co料液中所含Ni的量计算加入,得到络合后的Co溶液。采用同样萃取剂及条件,一次络合萃取分离可使金属钴的Ni%降到≤0.002%;经二次络合萃取分离可使金属钴的Ni%降到0.001%,其他金属杂质含量在检测下限。因此二次络合-萃取-电积工艺,用市售的金属钴料和普通分析纯试剂制备出纯度达99.9999%的高纯金属钴,该工艺采取单级萃取,流程短,操作简单,易控制,Co回收率高,运转费用,生产成本低,易实现工业化生产。为制备高纯金属钴提供简单、合理工艺流程。

萃取色层法净化钴溶液制备高纯钴的研究

高纯钴盐溶液的净化是制备高纯金属钴的关键,钴与镍的深度分离是制备高纯钴盐溶液的核心技术之一。采用HPD-100苯乙烯-二乙烯基苯大孔吸附树脂和P507萃取剂制备的P507萃淋树脂净化硫酸钴溶液,研究了萃淋树脂的萃取容量以及萃取pH值、淋洗pH值、流出体积等因素对镍钴的分离效果的影响。研究表明:在Φ65 mm×700 mm色层柱中采用含55%P507的萃淋树脂,控制萃取pH值3.7,缓冲溶液淋洗pH值2.98的条件下净化硫酸钴溶液,溶液流速为1.0～1.5个色层柱空体积/h,当淋出液体积为色层柱空体积的3倍时收集淋出液,并用pH 1.0的盐酸反萃,得到高纯氯化钴溶液。将该溶液除去夹杂的有机物,浓缩后进行电解,得到高纯钴经GDMS检测20个杂质元素总含量小于10×10-6%。萃取色层法净化后的溶液,满足制备高纯钴的要求。

离子交换法深度除杂制备高纯钴的研究

选用弱碱性阴离子树脂201和D301深度除杂净化电解液,考查了树脂对电解液中离子的吸附情况,以及在钴电解精炼过程中,温度、电流密度、pH等电解工艺参数对纯CoCl2·6H2O体系电解液中主要杂质Fe,Ni,Cu,Zn,Pb的去除影响,电沉积钴经过辉光放电质谱法(GD-MS)全元素(73个元素)分析,得到纯度为99.9995%的高纯钴。只通过离子交换树脂和电解精炼串联提纯,就可以稳定制备高纯钴,实现高纯钴的工业化生产。

高纯电解钴的制备方法

制备高纯电解钴的冶金工艺过程主要包括萃取法、离子交换法、电解精炼法等,这些方法在提纯方面发挥着不同的作用。萃取法对大多数金属离子有较好的效果,但对微量的Ni、Cu金属离子的分离效果较差;离子交换法对性质相近的元素有较好的分离效果;多次电解精炼可以进一步降低杂质含量;熔盐电解对设备的要求较高。在总结上述提纯工艺的基础上,提出联合采用萃取法或离子交换法除去钴溶液中的大部分杂质,再采用电解进一步提纯,制备得到高纯度的电解钴产品。