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第 2 期 刘人生，等: 液相沉淀-煅烧法制备大粒径球形四氧化三钴 ·209·

由表 2 和图 2 可知，合成 pH 为 6.9~7.2 时，颗 碳酸钴球形度最好，投料次数多，反应时间长，效
粒表面较为光滑，采用等离子体发射光谱仪（ICP） 率较低；硫酸钴流量为 500 mL/h 时，球形度次之；
测试尾液钴离子质量浓度达到 0.4~0.5 g/L；合成 pH 而硫酸钴流量为 600 mL/h 时，产生了较多细小颗
为 7.2~7.5 时，颗粒表面较为粗糙，尾液钴离子质量 粒，原因是流量大，溶液的过饱和度增加，瞬间爆
浓度为 0.10~0.25 g/L；pH 为 7.5~7.8 时，碳酸钴生 发成核，产生了许多细小颗粒。其他指标三者差别
长速度变慢，后期产生了细小的颗粒。所以，为防 不大。从合成效率、球形度和小颗粒的情况考虑，
止产品中出现小颗粒，降低成本，提高合成效率， 适宜的硫酸钴流量为 500 mL/h。
适宜的 pH 为 7.2~7.5。 综上所述，大粒径碳酸钴最佳合成条件为：晶
2.1.3 硫酸钴溶液流量对碳酸钴性能指标的影响 种量 2 kg、温度 42 ℃、搅拌速度 65 r/min、过程 pH
取晶种量 2 kg，温度设定 42 ℃，搅拌速度为 为 7.2~7.5、硫酸钴溶液流量为 500 mL/h。在此条件
65 r/min，过程 pH 控制在 7.2~7.5，硫酸钴溶液流量 下，碳酸钴球形度较好，D 50 为 21.82 μm，QD 为
3
分别为 400、500 和 600 mL/h，实验方法同 1.2.3 小 0.301，TD 为 1.92 g/cm 。
节，考察了硫酸钴溶液流量对碳酸钴形貌、粒度分 2.2 大粒径球形碳酸钴的生长机理探究
布、小颗粒数量的影响，结果见表 3，SEM 形貌见 按最佳工艺进行合成，用自制 50 mL 取样容器
图 3。 取碳酸钴浆料，放滤纸上过滤，收集不同粒径的碳
酸钴。观察其形貌与粒径的关系，结果见图 4。由
表 3 不同流量对碳酸钴性能指标的影响 图 4 可知，在 D 50 为 2 µm 时，颗粒外观呈细小的松
Table 3 Influence of different flow rate of cobalt sulfate
solution on the synthesis of CoCO 3 散类球形粒子；当 D 50 长至 9 µm 时，形貌呈多个类
球形粒子聚合而成的团聚体。随着循环投料的进行，
流量 投料次数 D 50/m QD TD w(S)/%
3
/(mL/h) /次 /(g/cm ) 团聚体不断长大，其缝隙逐渐被填充；当 D 50 达到
400 32 21.76 0.299 1.95 0.0068 15 µm 时，凹处基本被填实，球形度变好。当颗粒
500 30 21.82 0.301 1.92 0.0046 生长至预期的终点粒径(D 50 为 22 µm)时，碳酸钴颗
600 28 22.01 0.301 1.91 0.0054 粒形成了一个完整的球体。

a—2 µm；b—9 µm；c—15 µm；d—22 µm
图 4 不同粒径碳酸钴的 SEM 图
Fig. 4 SEM images of the CoCO 3 particles with different
particle sizes

大粒径球形碳酸钴的生长机理是，在晶体生长
初期，高搅拌转速加强了细小粒子的碰撞，并沿着
特定方向聚集。当颗粒生长至晶种阶段（D 50 达到
9 µm），团聚体颗粒基本形成，表面缝隙较大，存在

较多凹缺部位。此时调低搅拌转速，随着硫酸钴和
a—400 mL/h；b—500 mL/h；c—600 mL/h
图 3 不同硫酸钴流量下所得碳酸钴 SEM 图 碳酸氢铵溶液的加入，团聚体吸附新生成的小粒子，
Fig. 3 SEM images of CoCO 3 synthesized at different flow 小粒子重新溶解，并在凹缺处再结晶，最后形成规
rates of cobalt sulfate solution 则的大粒径球形碳酸钴。根据反应机理，当碳酸钴

由表 3 和图 3 可知，硫酸钴流量为 400 mL/h 时， 粒径生长至 15 µm 以上时，团聚体的凹缺部位基本