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利用共沉淀－共还原方法制备 FeNi 27 Co 3 触媒粉的研究 北京有色金属研究总院 赵文东. 主要内容. 一、前言 二、实验过程 三、实验分析 四、实验制备的 Fe 70 Ni 27 Co 3 合金粉的特性 五、金刚石合成实验及结果分析 六、结论. 一、前言. 我国超硬材料合成技术的发展已经近 50 个年头。
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利用共沉淀－共还原方法制备 FeNi27Co3触媒粉的研究北京有色金属研究总院 赵文东
主要内容 一、前言 二、实验过程 三、实验分析 四、实验制备的Fe70Ni27Co3合金粉的特性 五、金刚石合成实验及结果分析 六、结论
一、前言 • 我国超硬材料合成技术的发展已经近50个年头。 • 现在主要以粉状触媒合成金刚石为主。铁镍钴合金是一种优良的人造金刚石触媒材料，在金刚石制造工业有着广泛的应用。目前工业上主要采用雾化法制备触媒合金粉末，而采用化学共沉淀共还原法制备铁镍钴合金的研究很少见报道。本研究的基本设想是通过化学共沉淀共还原方法制备出铁、镍、钴原子混合均匀一致、粉末粒度和形貌可控的合金粉末。 • 本研究工作主要包括铁、镍、钴草酸盐化学共沉淀和热分解及还原过程三部分。在化学共沉淀过程中，选择了Fe( II )-Co( II )-Ni( II )-NH3-C204－H20共沉淀体系，研究了pH值、金属离子浓度、添加剂浓度以及加料速度等对最终粉末粒度的影响；确定出了制备FeNICo3金前驱体粉末的合适工艺条件；并通过煅烧和还原制备出所需要的FeNI27Co3触媒粉末.
二、实验过程 1、基本原理及装置： 图1 实验装置图 化学共沉淀－共还原法是向包含一种或多种金属离子的可溶性溶液中加入沉淀剂，形成不溶性的氢氧化物、水合氧化物或盐类沉淀从溶液中析出，沉淀经过滤、洗涤、干燥、热分解，得到所需的氧化物粉料，然后选择一定的还原气氛（H2、分解氨、碳）和温度进行还原制得所需的粉末。
三、实验分析 1 pH值的影响 图3：高NH3浓度下log[Me2+]T与pH的关系图 图2：低NH3浓度下log[Me2+]T与pH的关系图。 在pH﹤4.0时，溶液中三种金属的总浓度较低，共沉淀比较完全，因此本实验选择pH=2.0～4.0进行共沉淀反应。
表1 沉淀物过滤后溶液中各种金属离子的残留量
2 沉淀物颗粒尺寸的影响因素 图4：沉淀物粒度与溶液pH值关系 图5：金属离子浓度与沉淀物粒度关系
图6：添加剂用量与沉淀物粒度的关系 图7：沉淀物粒度与加料速度的关系
3 还原工艺对粉末粒度及氧含量的影响表2 不同还原工艺所得粉末的粒度和氧含量
四、实验制备的Fe70Ni27Co3合金粉的特性 1 还原产物粒度分布及形貌 图8 粉末的粒度分布 图9 粉末的SEM形貌
2 还原产物的成分分析 还原产物中氧含量为0.418％，热分解产物大部分被还原，Co的含量为3.574%，由于含量较小，故XRD分析并没有发现Co的衍射峰。由分析结果推算出铁、镍、钴的质量比为68.9：26.5：3.57，与设计目标要求的配比(70：27：3)基本一致。
五、金刚石合成实验及结果分析 图11 合成块组装图
图13 利用共沉淀法制取触媒 合成的金刚石(40/45) 图14 利用气雾化触媒合成 金刚石(40/45)
利用共沉淀共还原方法制取的触媒粉可以进行金刚石的合成；与气雾化法触媒合成相比，化学共沉淀共还原法制取的触媒合成的金刚石具有以下特点：1、混合单产达到87.8ct/块，稍低于气雾化触媒合成的混合单产（95.6ct/块）；2、粒度比较集中，主要粒度35/60的比例达到77.38%，虽低于气雾化触媒结果的82.16%，但40/45、45/50粒度比例却比气雾化触媒的还要高，主峰值比较突出；3、显微镜下观察：金刚石呈黄绿色，晶内杂质、包裹体略多，透明度和晶形比气雾化触媒合成出的金刚石稍差；4、单粒度混合金刚石的冲击韧性（TI）和热冲击韧性（TTI）值低于气雾化触媒金刚石检测结果；磁化率值高于气雾化触媒合成的金刚石。利用共沉淀共还原方法制取的触媒粉可以进行金刚石的合成；与气雾化法触媒合成相比，化学共沉淀共还原法制取的触媒合成的金刚石具有以下特点：1、混合单产达到87.8ct/块，稍低于气雾化触媒合成的混合单产（95.6ct/块）；2、粒度比较集中，主要粒度35/60的比例达到77.38%，虽低于气雾化触媒结果的82.16%，但40/45、45/50粒度比例却比气雾化触媒的还要高，主峰值比较突出；3、显微镜下观察：金刚石呈黄绿色，晶内杂质、包裹体略多，透明度和晶形比气雾化触媒合成出的金刚石稍差；4、单粒度混合金刚石的冲击韧性（TI）和热冲击韧性（TTI）值低于气雾化触媒金刚石检测结果；磁化率值高于气雾化触媒合成的金刚石。 与气雾化触媒合成金刚石相比，化学共沉淀共还原方法制取的触媒合成金刚石的综合效果还有待于进一步改进 。
六、 结论 1 本实验选择草酸氨为沉淀剂，利用化学共沉淀-共还原方法进行了金刚石合成用触媒粉末的制取，得到D50约为9µm，氧含量为0.418％，铁、镍、钴的质量比为68.9：26.5：3.57的触媒粉末； 2 研究了沉淀体系中溶液的pH值、金属离子的浓度、加料速度、添加剂的用量与所得沉淀物粉末粒度的关系； 3 利用所得到的粉末进行了金刚石合成实验，其混合单产为87.8ct/块，在粒度分布、静压强度、冲击韧性（TI、TTI）、磁化率等方面与气雾化触媒的合成效果进行了对比，指出其使用效果的不足，为今后进一步研究奠定了基础。
