商品簡介
本書介紹了鈷氧化物粉體材料制備的研究現狀和工業生產實踐情況，特別針對工業生產所面臨的現實問題進行了探討和分析，並對傳統工業化生產采用的草酸銨沉澱—熱分解工藝進行了改進，從源頭上避免氨水的加入，系統研究了無氨草酸直接沉澱—熱分解制備鈷氧化物及含草酸廢水循環利用的工藝流程，實現了溶液閉路循環且生產過程環境友好。
作者簡介
田慶華，男，四川宜賓人，工學博士，博士後，副教授，碩士生導師，中南大學冶金與環境學院副院長，中南大學資源循環研究院常務副院長。兼任湖南省環境保護有色金屬危險廢物處置工程技術中心主任，中國有色金屬工業清潔冶金工程研究中心副主任，中國材料研究學會環境材料分會副幹事長，美國TMS學會、中國有色金屬學會會員。湖南省高校青年骨幹教師，中南大學升華育英人才。主要研究方向為難處理有色金屬資源高效分離與提取、有色金屬再生資源循環利用、材料制備與應用。聯合編寫出版書籍2部，申請專利28項，獲得授權專利14項，發表論文40余篇，SCI、EI收錄近30篇次，主持國家國際科技合作項目、國家自然科學基金面上項目/青年基金、中國博士後科學基金、中央高校基本科學業務專項、湖南省自然科學基金、湖南省科技計劃、湖南省環保科技專項及企業科技攻關項目12項，參與國家自然科學基金重點項目、省市重點科技計劃及企業攻關課題15項，獲國家科技進步二等獎1項，中國有色金屬工業科技進步獎、中國青少年科技創新獎、湖南省優秀碩士論文等省級以上獎勵10余項。先後承擔專業課程《有色冶金概論》、《資源循環工程學》、《有色冶金專業外語》、《冶金資源工程》等課程教學任務。連續十年擔任本科班級班導師，先後2次獲評“優秀班導師”。先後指導學生獲得全國“挑戰杯”競賽特等獎、一等獎、全國創業大賽金獎、湖南省“挑戰杯”競賽特等獎，指導學生獲批大學生創新創業啟航行動、大學生創新性實驗、米塔爾學生創新項目等計劃支持。
序
鈷氧化物粉體材料是一類具有優良性能的重要功能材料，在化學活性、催化性能、磁性、表面積、電導率、擴散率等方面具有特殊性能。鈷氧化物粉體材料是制備鋰離子電池正極材料鈷酸鋰的主要原料，同時也被廣泛應用於超級電容器、硬質合金、壓敏陶瓷、無機顏料、催化劑等領域。隨著鋰離子二次電池應用越來越來廣泛，對鈷氧化物粉體材料需求量也越來越大。目前，氧化鈷的工業化生產方法主要采用草酸銨沉澱-熱分解工藝，該方法不僅消耗氨水，同時產生大量難以回收處理的含氨氮廢水，直接排放不僅會對環境造成嚴重危害，同時也是資源和能源的浪費。
筆者及研究團隊一直致力於有色金屬冶金特別是重有色金屬冶金教學、科研和產業實踐工作，對有色金屬再生循環利用有著深刻的認識和深切的體會。結合資源循環“3R理論”，對於冶金工藝最佳的減污方案是源頭控制，基於這一出發點，筆者與研究團隊一道重點針對鈷氧化物粉體材料傳統工業化生化采用的草酸銨沉澱-熱分解工藝進行改進，從源頭上避免氨水的加入，系統研究無氨草酸直接沉澱-熱分解制備鈷氧化物及含草酸廢水循環利用的工藝流程，實現了溶液閉路循環且生產過程環境友好。
本書共分六章。第一章全面介紹了鈷氧化物粉體材料制備的研究現狀和工業生產實踐情況，特別針對工業生產所面臨的現實問題進行了探討和分析。第二章開展無氨草酸沉澱溶液體系熱力學平衡分析，從理論上分析各工藝條件對體系平衡和各金屬離子存在形式的影響。第三章系統研究無氨草酸沉澱各工藝參數對草酸鈷沉澱率及粒子形貌、粒度的影響。第四章對無氨草酸沉澱法制得的草酸鈷粉末進行洗滌、乾燥和熱分解研究，全面研究草酸鈷在氬氣氣氛下和空氣氣氛下的熱分解熱力學行為，全面分析草酸鈷熱分解行為的動力學機理。第五章探索采用P350萃取分離含草酸的鹽酸溶液的新方法，實現了整個工藝流程全液相的資源循環利用。第六章對無氨草酸直接沉澱-熱分解制備鈷氧化物及含草酸廢水循環利用全工藝流程進行總結，並對該研究領域進行展望。
本書是筆者及研究團隊集體研究成果的總結，研究團隊成員李棟老師、李鈞、李治海、易宇、姚標、吳展等研究生協助開展了大量研究工作，為相關實驗開展和研究成果報告成稿作出了重要貢獻；研究生辛云濤、鄧多、王恒利、李宇、王相、王浩等參與了本書編輯、校對工作；金川集團有限公司、湖南省科技計劃重點項目、長沙市科技計劃重點項目對本論文研究提供了資助，在此一並表示感謝。
冶金工藝日新月異，鈷氧化物粉體材料的制備工藝技術發展突飛猛進。筆者力圖向讀者提供一部集理論性、工藝性為一體的專門性著作，但水平有限，書中難免存在錯誤和不妥之處，敬請讀者批評指正。
目次
1.1 鈷及其化合物簡述
1.1.1 鈷及其化合物的性質
1.1.2 鈷及其化合物的應用
1.1.3 鈷資源狀況
1.1.4 鈷生產消費現狀
1.2 鈷氧化物粉體制備的研究現狀
1.2.1 溶液直接沉淀法
1.2.2 溶膠-凝膠法
1.2.3 水熱合成法
1.2.4 噴霧熱解法
1.2.5 化學沉淀-熱分解法
1.2.6 其他制備方法
1.3 鈷氧化物工業生產現狀
1.3.1 工業生產實踐
1.3.2 工業生產存在的問題
1.3.3 含氨工業廢水處理現狀
1.4 研究背景及研究思路
1.4.1 研究目的和意義
1.4.2 研究的主要內容
2 金屬離子草酸沉淀體系熱力學平衡分析
2.1 引言
2.2 Me2 -C2O4-Cl-H2O體系熱力學行為
2.2.1 熱力學基本數據
2.2.2 計算方法原理及數學模型
2.2.3 各金屬濃度對數與pH值關系
2.2.4 各金屬在溶液中存在形式分析
2.2.5 各金屬熱力學行為分析比較
2.3 不同添加劑對沉淀體系的影響
2.3.1 熱力學數據
2.3.2 熱力學分析及結果討論
2.4 不同鈷鹽-草酸體系熱力學分析
2.4.1 熱力學數據
2.4.2 熱力學分析及結果討論
2.5 本章小結
3 無氨草酸沉淀法制備草酸鈷實驗研究
3.1 引言
3.2 實驗方案
3.2.1 實驗原料及試劑
3.2.2 實驗方法和裝置
3.2.3 分析檢測方法
3.3 實驗結果與討論
3.3.1 鈷鹽體系的影響
3.3.2 加料方式的影響
3.3.3 反應物濃度的影響
3.3.4 沉淀劑過量系數的影響
3.3.5 反應溫度的影響
3.3.6 加料速度的影響
3.3.7 添加劑的影響
3.3.8 超聲強化的影響
3.3.9 鈷溶液初始pH值的影響
3.4 優化條件實驗及產物性能表征
3.4.1 沉淀產物物相分析
3.4.2 沉淀產物的粒度及其分布
3.4.3 沉淀產物的化學組成及松裝密度
3.4.4 沉淀產物的微觀形貌
3.5 本章小結
4 草酸鈷后處理過程研究
4.1 引言
4.2 草酸鈷產品洗滌干燥行為研究
4.2.1 實驗方案
4.2.2 實驗結果與討論
4.3 草酸鈷熱分解熱力學研究
4.3.1 實驗方案
4.3.2 熱力學計算方法原理
4.3.3 惰性氣氛下熱分解熱力學分析及實驗驗證
4.3.4 氧化性氣氛下熱分解熱力學分析及實驗驗證
4.4 草酸鈷熱分解動力學研究
4.4.1 動力學分析方法及原理
4.4.2 氬氣氣氛下熱分解行為動力學分析
4.4.3 空氣氣氛下熱分解行為動力學分析
4.5 本章小結
5 草酸鈷沉淀母液中草酸選擇萃取研究
5.1 引言
5.2 萃取體系的篩選
5.3 萃取草酸機理研究
5.3.1 萃取草酸的相平衡描述
5.3.2 萃取草酸模型
5.3.3 萃合物組成分析
5.3.4 萃取草酸的作用機制
5.4 單級萃取實驗研究
5.4.1 萃取實驗方案
5.4.2 萃取分配系數影響因素研究
5.4.3 反萃再生實驗研究
5.5 多級逆流萃取研究
5.5.1 多級逆流萃取基本原理
5.5.2 實驗過程及分析檢測
5.5.3 逆流萃取過程研究
5.5.4 反萃過程研究
5.5.5 洗滌過程研究
5.6 優化工藝選擇
5.7 本章小結
6 研究成果與展望
6.1 研究成果
6.2 展望
參考文獻
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