СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОКСИДА НИКЕЛЯ (II) Российский патент 2012 года по МПК C01G53/04 

Изобретение относится к области химии, а именно получению гидроксида никеля (II), используемого преимущественно в электротехнической промышленности.

Известен способ получения гидроксида никеля (II) для активной массы положительных электродов щелочных аккумуляторов путем вливания раствора сульфата никеля, нагретого до 80-90°С, в раствор щелочи той же температуры. Полученную суспензию гидроксида никеля отфильтровывают, сушат и после размола отмывают от сульфата натрия и сушат. Готовый продукт дополнительно кипятят в 16%-ном растворе щелочи в течение одного часа, после чего отмывают водой и окончательно высушивают. Целевой продукт содержит 56,2% никеля, 0,2% сульфат-иона и обеспечивает максимальную емкость не менее 1,14 Ач/3г Ni.

Способ имеет следующие недостатки.

1. Стадия отделения маточника от осадка трудоемка, так как осадок гидроксида никеля имеет аморфную структуру и обладает высоким удельным сопротивлением при фильтрации.

2. Трехкратная сушка требует значительных трудозатрат и увеличивает расход энергоресурсов.

3. Необходимость обработки раствором щелочи готового продукта удлиняет технологический процесс и увеличивает расход гидроксида натрия (СССР, авт. свидетельство 51380 "Способ обработки гидрата закиси никеля", МПК C01G 53/04, 12п, 4; 21в, 25, 1937 г.).

Известен также способ получения гидроксида никеля (II), включающий его осаждение из предварительно приготовленных исходных растворов гидроксида натрия и сульфата никеля (II) с добавлением в качестве активирующей добавки ионов бария. Полученный осадок отделяют фильтрацией, затем сушат, отмывают от сульфат-ионов, вновь сушат и размалывают. Этот способ имеет следующие недостатки.

1. Отделение маточника от аморфного осадка гидроксида никеля (II), имеющего высокое удельное сопротивление при фильтрации, трудоемко, связано с большими затратами времени и энергоресурсов.

2. Двукратная сушка и необходимость размола также требуют больших энергозатрат.

3. Внесение бария на стадии синтеза гидроксида никеля не приводит к улучшению качества продукта, но усложняет технологический процесс.

(М.А. Дасоян, В.В. Новодережкин и др. "Производство электрических аккумуляторов", М., "Высшая школа", 1977, 260-277.)

Другой известный способ включает после осаждения гидроксида никеля (II), так как описано выше, отделение маточного раствора, отжим осадка, сушку до определенной влажности, отмывку от примесей и вторую сушку. После первой сушки в пасту вводят раствор, содержащий ионы кобальта. После операции первой сушки от партии полуфабриката отбирают лабораторную пробу и проводят прогноз качества получаемой партии продукта. Если лабораторная проба не соответствует требованиям ТУ по удельному объему, получаемую партию продукта обрабатывают 3%-ным раствором щелочи в соотношении 1 г щелочи на 10-15 г гидроксида никеля и доводят до готового продукта.

Способ обладает следующими недостатками.

1. Высокая трудоемкость, большие затраты времени и энергоресурсов при отделении маточника от аморфного осадка гидроксида никеля (II).

2. Большие энергозатраты на двукратную сушку, размол и классификацию конечного продукта.

3. Внесение бария на стадии синтеза гидроксида никеля и пропитка осадка после первой сушки раствором кобальта не приводят к улучшению качества целевого продукта, но усложняют технологический процесс.

4. Активирование гидроксида никеля добавками бария и кобальта препятствует использованию продукта в других отраслях техники.

5. Введение операции по прогнозу качества и его корректировки повышает трудоемкость процесса.

(Патент Российской Федерации 2138447 "Способ получения никеля (II) гидроксида", МПК 6 C01G 53/04, опубл. 27.09.1999.)

Наиболее близким заявляемому изобретению по технической сущности является способ получения гидроксида никеля (II), включающий его осаждение взаимодействием раствора гидроксида щелочного металла с солью никеля (II), отмывку осадка от примесей, его отжим и сушку, отличающийся тем, что осаждение гидроксида никеля (II) ведут введением кристаллогидрата сульфата никеля (II) в подогретый 15-30%-ный раствор гидроксида щелочного металла, отмывку проводят обработкой пульпы гидроксида никеля в колонне в режиме противотока при линейной скорости восходящего потока 5-8 м/ч с наложением пульсационных возмущений последовательно раствором щелочи и водой, отжатый осадок гидроксида никеля (II) после сушки просеивают.

При этом гидроксид никеля (II) осаждают раствором гидроксида натрия при 65-80°С при Т:Ж=1:(4-7), осадок гидроксида никеля (II) отмывают от примесей 3-5%-ным раствором щелочи при 45-70°С. Сушку целевого продукта ведут в электромагнитном поле СВЧ (Патент Российской Федерации 2208585 "Способ получения никеля (II) гидроксида", МПК 6 C01G 53/04, опубл. 20.07.2003).

В качестве недостатков прототипа отметим необходимость использования в качестве исходного продукта сульфата никеля высокой степени чистоты и широкий диапазон фракционного состава кристаллического гидроксида никеля (II).

Заявляемое техническое решение решает задачу расширения исходных продуктов для производства гидроксида никеля (II) и получения продукта высокой степени чистоты более однородного гранулометрического состава.

Заданная техническая задача достигается тем, что способ получения гидроксида никеля (II) включает обработку щелочным раствором, отмывку осадка от примесей в восходящем потоке с переменным гидродинамическим режимом, отжим и сушку, отличается тем, что обработку кислого раствора сульфата никеля(П) ведут в две стадии, на первой аммиачной водой до значения pH 4-4,5, на второй гидроксидом натрия до значения pH 11-12. При этом на второй стадии процесс ведут путем дозирования суспензии первой стадии в раствор гидроксида натрия. Кроме того, отмывку гидроксида никеля (II) ведут в восходящем потоке с переменным гидродинамическим режимом при линейной скорости восходящего потока 2-4,8 м/ч, а сушку осуществляют в конвективном режиме с наложением электромагнитного поля микроволновой частоты при температуре 105-115°С.

Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что двойной сульфат никеля и аммония - соединение с более низкой растворимостью в водных растворах, чем сульфат никеля, может быть получен из кислых сульфатных растворов, которые являются отходами гальванических производств, хвостовых маточных растворов медеэлектролитных заводов и промежуточных продуктов переработки щелочных аккумуляторов. Указанные растворы в режиме их нейтрализации аммиачной водой кристаллизуются в диапазоне pH 3-4,5. Последующая нейтрализация раствора приводит к осаждению гидроксидов приместных элементов, которые не входят в структуру двойной соли и могут быть удалены из реакционной зоны простым декантированием маточного раствора или в процессе фракционирования в восходящем потоке. При этом образующийся гидроксид никеля, по существу, повторяет гранулометрию двойной соли с преимущественным содержанием фракций в пределах 20-30 мк. Сущность заявляемого технического решения подтверждается примерами.

Пример 1. Исходные материалы для синтеза гидроксида никеля: модельные сернокислые никелевые растворы, содержащие 150 г/л NiSO₄ и рН=1,5, аммиачная вода 25%, гидроксид натрия. Реактор заполняют сернокислым никелевым раствором и при постоянном перемешивании вливают аммиачную воду до рН 4,3. Полученную двойную соль отфильтровывают и промывают в пульсационной колонне в режиме противотока при линейной скорости восходящего потока 6 м/ч. В реакторе с перемешивающим устройством готовят раствор щелочи с pH 11-12 и присыпаю двойную соль до соотношения Т:Ж=1:6. Полученную суспензию направляют на промывку в верхнюю часть пульсационной колонны. Отмывку гидроксида никеля ведут в режиме противоток водой с линейной скоростью восходящего потока 1-6 м/ч. Отгрузку отмытого сферического гидроксида никеля осуществляют через нижнюю часть колоны. Отмытый сферический гидроксид никеля с Т:Ж=1:3 отжимают и сушат в конвективном режиме с наложением электромагнитного поля микроволновой частоты при температуре 105-115°С. Отработанные промывные воды выводятся через переливной патрубок в верхней части колонны и собираются в отстойнике. Мелкодисперсную часть осадка, представляющую собой гидроксид никеля, не соответствующий ТУ по гранулометрическому составу в количестве 4-12%, улавливают в отстойнике. Показатели процесса получения гидроксида никеля приведены в таблице 1.

Таблица 1 Подбор режима отмывки гидроксида никеля Скорость восходящего потока, м/ч Результат отмывки 1 Не соответствует требованиям ТУ. Повышенное содержание мелкой фракции и сульфат-ионов в продукте. 2 Соответствует требованиям ТУ. Прямой выход продукта 98%. Граничное содержание мелкой фракции и сульфат-ионов в продукте. Малая производительность аппаратуры. 3 Соответствует требованиям ТУ. Прямой выход продукта 97%. 4 Соответствует требованиям ТУ. Прямой выход продукта 96,5%. 5 Соответствует требованиям ТУ. Прямой выход продукта 94%. 6 Соответствует требованиям ТУ. Прямой выход продукта 90%. Повышенный унос продукта.

Пример 2. Исходные материалы для синтеза гидроксида никеля: сернокислые никелевые растворы, аммиачная вода 25% и гидроксид натрия. Реактор заполняют сернокислым никелевым раствором и при постоянном перемешивании дозируют аммиачную воду до pH 2-5. Полученную пульпу выдерживают 15 минут при постоянном перемешивании. Двойную соль отделяют от раствора декантированием. Процесс осаждения гидроксида никеля ведут аналогично примеру 1. Отмывку суспензии проводят аналогично примеру 1 при линейной скорости восходящего потока 4 м/ч. Показатели процесса получения гидроксида никеля представлены в таблице 2.

Таблица 2 Подбор режима обработки аммиачной водой Нейтрализация сернокислых никелевых растворов до pH Результат 2,0 Соответствует требованиям ТУ. Прямой выход продукта 44%. 2,5 Соответствует требованиям ТУ. Прямой выход продукта 67%. 3,0 Соответствует требованиям ТУ. Прямой выход продукта 88%. 3,5 Соответствует требованиям ТУ. Прямой выход продукта 92%. 4,0 Соответствует требованиям ТУ. Прямой выход продукта 95%. 4,5 Соответствует требованиям ТУ. Прямой выход продукта 96%. 5,0 Соответствует требованиям ТУ. Прямой выход продукта 96%.

Пример 3. Исходные материалы для синтеза гидроксида никеля: сернокислые никелевые растворы, аммиачная вода 25% и гидроксид натрия. Реактор заполняют сернокислым никелевым раствором и при постоянном перемешивании дозируют аммиачную воду до pH 4,5. Полученную пульпу выдерживают 15 минут при постоянном перемешивании. В полученную пульпу двойной соли вливают раствор гидроксида натрия до pH 5-9. Отмывку суспензии проводят аналогично примеру 1 при линейной скорости восходящего потока 4 м/ч. Показатели процесса получения гидроксида никеля представлены в таблице 3.

Таблица 3 Подбор режима обработки щелочью Обработка пульпы двойной соли раствором гидроксида натрия до pH Результат 5,0 Не соответствует требованиям ТУ. Повышенное содержание сульфат-ионов. 5,5 Не соответствует требованиям ТУ. Повышенное содержание сульфат-ионов. 6,0 Соответствует требованиям ТУ. Прямой выход продукта 92% 6,5 Соответствует требованиям ТУ. Прямой выход продукта 94%. 7,0 Соответствует требованиям ТУ. Прямой выход продукта 96%. 7,5 Соответствует требованиям ТУ. Прямой выход продукта 96%. Повышенный расход щелочи. 8,0 Соответствует требованиям ТУ. Прямой выход продукта 96%. Повышенный расход щелочи. 9,0 Соответствует требованиям ТУ. Прямой выход продукта 96%. Повышенный расход щелочи.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения гидроксида никеля (II) включает обработку кислого раствора сульфата никеля (II) в две стадии, на первой аммиачной водой до значения pH 4-4,5, на второй гидроксидом натрия до значения pH 11-12. На второй стадии процесс ведут путем дозирования суспензии первой стадии в раствор гидроксида натрия. Далее проводят отмывку осадка от примесей в восходящем потоке с переменным гидродинамическим режимом, отжим и сушку. Изобретение позволяет повысить чистоту продукта и однородность его гранулометрического состава. 2 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 пр.

1. Способ получения гидроксида никеля (II), включающий обработку щелочным раствором, отмывку осадка от примесей в восходящем потоке с переменным гидродинамическим режимом, отжим и сушку, отличающийся тем, что обработку кислого раствора сульфата никеля (II) ведут в две стадии, на первой аммиачной водой до значения pH 4-4,5, на второй гидроксидом натрия до значения pH 11-12.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на второй стадии процесс ведут путем дозирования суспензии первой стадии в раствор гидроксида натрия.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отмывку гидроксида никеля (II) ведут в восходящем потоке с переменным гидродинамическим режимом при линейной скорости восходящего потока 2-4,8 м/ч, а сушку осуществляют в конвективном режиме с наложением электромагнитного поля микроволновой частоты при температуре 105-115°С.