碳酸镍的应用

背景及概述^[1][2]

碳酸镍主要有正碳酸镍、碱式碳酸镍和酸式碳酸镍。碳酸镍又有无水物、三水合物及六水合物。碱式碳酸镍又有两种形态： 即2NiCO₃·3Ni(OH)₂·4H₂O和NiCO₃· 2Ni(OH)₂·4H₂O。 无水物碳酸镍为浅绿色斜方晶系结晶。加热至400℃分解为二氧化碳及氧化镍。几乎不溶于水(25℃时为0.0093)，溶于含二氧化碳的水中。易溶于酸。

六水合物[NiCO₃·6H₂O)。市售品多为六水合物。浅绿色结晶。受热脱水后为无水物。 溶于碳酸铵水溶液，成为蓝绿色溶液，浓缩后，可生成复盐(NH₄)HCO₃·NiCO₃·4H₂O。与碳酸钠及碳酸钾的水溶液，可制得绿色复盐两种碱式碳酸镍均为立方晶系绿色结晶。 酸式碳酸镍[Ni₃H₂(CO₃)₄]，难溶于水，溶于二氧化碳饱和水溶液，但释放二氧化碳后，变成碳酸镍(NiCO₃)沉淀。

应用症^[1][2][3]

碳酸镍可用作玻璃、瓷器的颜料；其他镍化合物的原料；催化剂。其应用举例如下：

1. 利用碳酸镍和固体氨基磺酸制备氨基磺酸镍。

该方法首先将固体氨基磺酸直接加入到浆化的碳酸镍中发生酸碱中和反应，制备出高浓度的氨基磺酸镍溶液，然后将该氨基磺酸镍溶液依次经过蒸发、结晶、离心、干燥得到氨基磺酸镍产品。本发明方法制备原料单一，工序简单，不用添加催化剂等物质，既避免了引发剂加入导致的副反应发生，提高了氨基磺酸镍产品纯度，又得到了高浓度的氨基磺酸镍溶液，缩短了蒸发时间，降低了生产成本，提高了产率。

2. 碳酸镍用于改善烧结锰铜阻尼合金性能。

利用碳酸镍热分解、氢还原产生的高活性镍促进烧结，释放出来的CO2、H2O气体阻止烧结坯表面形成致密封闭层，提高烧结体的均匀性，使得在氢气气氛下烧结就可以得到大尺寸的锰铜烧结体，在氢气作用下热解、还原和烧结。具体步骤为碳酸镍分解：300～450℃保温1～4小时；氧化镍还原：400～550℃保温1～4小时；烧结：850~950℃保温时间为1~4小时；升温速度5～10℃/分钟。

该方法可烧结合金直径达100mm、长度达220mm，密度为5.18～5.73g/cm3，硬度为49～95HRF，弯曲强度为126～278MPa的锰铜阻尼合金。采用碳酸镍代替镍粉做为镍元素的供体的主要作用是：

① 碳酸镍热分解产生的微细镍元素具有低的熔点，能够在较低的温度将单 质锰粉熔合，从而减少热阻界面，提高烧结坯料的热导性和温度均匀性，从而提高锰铜烧结 合金的均匀性；

② 在碳酸镍分解的温度范围，压坯表面还没有实现烧结致密化，因此碳酸镍分解产生的水和二氧化碳气体不断排出压制坯表面，阻止压坯表面形成致密封闭层，使表面处于多孔状态，在低温加热阶段，有利于混合粉的表面吸附水的排出；在高温烧结阶段，有利于氢气进入烧结体，起到还原少量氧化金属元素的作用；

③ 碳酸镍为细微粉末，不容易发生塑性粘接，因此利于成分混合均匀；

④ 分解所得的微细高能状态镍粉，容易跟锰、铜、铁、铝等元素发生烧结扩散，从而促进液相形成和烧结过程。

制备^[4]

一种氧化亚镍前驱体碳酸镍的合成方法，步骤如下：

1）并流、低pH值合成粗碳酸镍：在合成槽中加水浸没至搅拌桨叶，开启搅拌，缓慢通入蒸汽升温至70～80℃，分别按照3m³/h、2m³/h流速并流加入40g/L硫酸镍溶液和120g/L碳酸钠溶液，控 制合成终点pH值6.9～7.1，过滤得滤液、滤饼；

2）浆化、高pH值碱浸脱硫：将上步的滤饼加入碱浸槽中加水浸没至搅拌桨叶，开启搅拌，缓慢通入蒸汽升温至80～90℃，按照水、滤饼3:1的比例继续加水浆化碳酸镍30分钟，加入120g/L碳酸钠溶液调整pH值至9.20～9.50，过滤得滤液、滤饼，过量的碳酸钠与碳 酸镍滤饼中夹带的SO₄^2-反应生成硫酸钠溶液脱除硫；

3）浆化、洗涤脱钠：将上步的滤饼加入碱浸槽中加水浸没至搅拌桨叶，开启搅拌，缓慢通入蒸汽升温至80～90℃，按水、滤饼5:1的比例继续加水浆化碳酸镍30分钟，过滤得滤液、滤饼，碳酸镍滤饼中夹带的Na+脱除进入滤液。

该方法较传统合成高纯碳酸镍方法有绝对优势，加工成本、投资费用大幅度降低，劳动生产率提高。碳酸镍合成脱镁可以将50%镁从上清液开路脱除，碱浸脱硫可以将70%硫从上清液开路脱除，洗涤脱钠可以将70%钠从上清液开路脱除，确保高纯碳酸镍杂质Ca、Mg、S、Na合量≤0.8%，高纯碳酸镍达到国家一级品质量标准。氧化亚镍Ca、Mg、S、Na合量≤1%，氧化亚镍产品质量达到国家优级品质量标准。

化工试剂使用种类少、采购便利，价格便宜，加工成本低、金属回收率高，设备材质要求低，投资费用低，技术门槛低，方法简单方便，效果好，碳酸镍品质好，产品质量稳定可靠，加工成本低、经济性好，利润高，便于产业化推广应用，水资源循环利用，是一种值得推广低成本、低能耗、高效益的绿色产业化项目。

主要参考资料

[1] 实用精细化工辞典

[2] 秦雪萍；赵德；明键伟.一种利用碳酸镍和固体氨基磺酸制备氨基磺酸镍的方法.CN201810291858.6 ，申请20180403

[3] 罗丰华；薛丽珊；卢凤双；张建福；赵栋梁；朱警.碳酸镍用于改善烧结锰铜阻尼合金性能的方法.CN201611135461.5 ，申请日20161212

[4] 曾辉；丁冬久；冯玉洁；丁庆华；魏刚；陈守权；任保佑.一种氧化亚镍前驱体碳酸镍的合成方法.CN201610106501.7，申请20160226