СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВОДНОЙ ПАСТЫ ГИДРАТА ЗАКИСИ НИКЕЛЯ Российский патент 2016 года по МПК C01G53/04 H01M4/32 H01M10/30 C02F1/62 

Область техники

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для изготовления компонентов активных масс электродов щелочных аккумуляторов, в частности никель-кадмиевых аккумуляторов с длительной сохранностью энергии.

Предшествующий уровень техники

Существует ряд известных способов изготовления гидрата закиси никеля.

Известна промышленная технология изготовления гидрата закиси никеля из никелевого файнштейна путем последовательной обработки в серной кислоте с кислородно-воздушной смесью, NaOH, фильтрации, сушки, отмывки, второй сушки, размола (см. Технологическая инструкция по производству гидрата закиси никеля. Минцветмет СССР, Главникелькобальт, Комбинат Южуралникель, 1974 г.).

Известен способ получения гидрата закиси никеля для щелочных аккумуляторов из отработанных оксидно-никелевых ламельных электродов с последующим получением раствора сернокислого никеля и осаждения из него гидрата закиси никеля, при этом отделение металлической составляющей от анодной массы проводят, подвергая ламельные оксидно-никелевые электроды деформации при давлении 19-45 Н/мм², в течение 0,5-1 с, просеву и магнитной сепарации, затем анодную массу выщелачивают раствором серной кислоты концентрацией 200-300 г/л до содержания ионов Ni 65-110 г/л при температуре 60-80°C до pH 3,5-5 (см. патент РФ на изобретение №2264000, МПК H01M 4/26, H01M 4/32, опубл. 10.11.2005 г.).

Известен также способ получения гидрата закиси никеля для анодной массы никель-кадмиевого аккумулятора осаждением гидрата закиси никеля из раствора соли никеля раствором щелочи с добавкой углекислого натрия при дозировании растворов с последующей фильтрацией, промывкой и сушкой, при этом дозирование растворов осуществляют, поддерживая массовый расход растворов, при соотношениях на 1 кг/мин раствора сернокислого никеля концентрацией 0,43-0,5 г/моль - 0,334-0,384 кг/мин раствора щелочи с добавкой углекислого натрия с концентрацией натриевой щелочи 6,5-7,4 г/моль и углекислого натрия 0,47-0,6 г/моль, а для корректировки скорости подачи растворов определяют изменение давления столбов растворов в резервуарах (см. патент РФ на изобретение №2264001, МПК H01M 4/32, H01M 10/30, опубл. 10.11.2005 г.).

Известен способ получения никеля (II) гидроксида, включающий приготовление исходных растворов, смешение их с активирующей добавкой, содержащей ионы бария, осаждение и отделение маточного раствора, последующие отжим осадка, первую сушку, отмывку от примесей, вторую сушку и постадийный аналитический контроль, при этом первую сушку заканчивают при влажности пасты 10-14% отн., а затем в полученную пасту вводят раствор, содержащий ионы кобальта при их массовом отношении к ионам никеля 0,015-0,030. После стадии сушки отбирают пробу, имитируют на ней последующие стадии получения никель (II) гидроксида и в случае отклонения удельного объема от требуемого значения в основном процессе перед второй сушкой пасту обрабатывают раствором щелочи (см. патент РФ на изобретение №2138447, МПК C01G 53/04, опубл. 27.09.1999 г.).

Известен также способ получения гидроксида никеля (II) из кристалического сульфата никеля введением его в 15-30% раствор NaOH с температурой 65-80°C, отмывкой пульпы 3-5%) раствором щелочи, затем водой в колонне в режиме противотока с наложением пульсационных возмущений, отжима, сушки в электромагнитном поле СВЧ (см. патент РФ на изобретение №2208585, МПК C01G 53/04, опубл. 20.07.2003 г.).

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является известный способ изготовления гидрата закиси никеля для аккумуляторной промышленности, включающий выщелачивание Ni-содержащего сырья, очистку полученного раствора сульфата никеля от примесей, синтез гидрата закиси никеля, отделение гидрата закиси никеля, первую сушку, отмывку от ионов, вторую сушку и размол, при этом в качестве Ni-содержащего сырья используют ламельный порошок положительных никелевых электродов отработанных щелочных аккумуляторов дисперсностью не более 2,5 мм, который подвергают выщелачиванию до содержания ионов Ni+2 в растворе 60-100 г/л, после чего очищают раствор от примесей железа и щелочноземельных металлов (см. патент РФ на изобретение №2178931, МПК H01M 4/26, H01M 4/52, опубл. 27.01.2002 г.).

Однако вышеперечисленные известные способы изготовления гидрата закиси никеля длительны, многостадийны, энергозатратны и трудоемки.

Учитывая, что предложенный способ изготовления водной пасты гидрата закиси никеля обеспечивает также локальную очистку промышленных стоков от никеля, рассмотрим известные способы очистки промышленных стоков.

Известен способ очистки сточных вод от цветных и тяжелых металлов в присутствии иона растворимой соли щелочного металла, включающий электрофлотацию с нерастворимыми анодами, при этом в очищаемую воду с pH 9,0-10,0 вводят ортофосфат-ионы $$P{O}_4^{3-}$$ в виде растворимой соли ортофосфата натрия при массовом соотношении извлекаемого иона металла к введенному ортофосфат-иону 1:(0,5-1,0) (см. патент РФ на изобретение №2122525, МПК C02F 1/62, C02F 1/465, опубл. 27.11.1998 г.).

Известен также способ очистки сточных вод от цветных металлов, включающий введение в сточные воды с pH 9,0-10,0 ортофосфата натрия при массовом отношении извлекаемого металла к введеному ортофосфат-иону 1:(0,5-1,0) и электрофлотацию с нерастворимыми анодами, при этом перед электрофлотацией в очищаемую воду вводят органический флокулянт полиакриламид гранулированный сульфатный при массовом соотношении извлекаемого иона металла к введенному флокулянту в пересчете на основное вещество 1:(0,005-0,0075), а электрофлотацию осуществляют при плотности тока 7,5-8,5 мА/см² (см. патент РФ на изобретение №2363665, МПК C02F 1/62, C02F 1/52, C02F 1/465, опубл. 10.08.2009 г.).

Известен способ выделения никеля из отработанных растворов химического никелирования, включающий восстановление его из растворов гипофосфитом никеля в присутствии порошка никеля при pH 6,5-7,0, 65-70°C и соотношении содержания ионов никеля и гипофосфита натрия 1,5 (см. авторское свидетельство СССР на изобретение №1673616, МПК C22B 3/44, C22B 23/00, опубл. 30.08.1991 г.).

Однако в результате очистки промышленных стоков указанными известными способами образуется никельсодержащий шлам, сильно загрязненный аммиаком, ортофосфатами, гипофосфитами, флокулятами и другими вредными для активных масс аккумуляторов примесями.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание экономной экологически чистой технологии, позволяющей получить гидрат закиси никеля повышенного качества, обеспечивая при этом локальную очистку промышленных стоков от никеля.

Техническим результатом, достигаемым при решении настоящей задачи, является получение мелкодисперсных высокоактивных фракций гидрата закиси никеля при упрощении способа за счет исключения из процесса традиционных сушки, размола, рассева, а также дополнительных материалов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления водной пасты гидрата закиси никеля, согласно изобретению, в качестве исходного сырья используют щелочные промышленные стоки непосредственно с участка изготовления металлокерамических окислоникелевых электродов, содержащие примесь KOH, K₂SO₄ и взвесь гидрата закиси никеля, которые отстаивают, затем взвесь промывают и фильтруют.

Целесообразно, чтобы все оборудование и трубопроводы были изготовлены из нержавеющей стали, титана или щелочестойкой пластмассы, а промывка проводилась дистиллированной водой.

Предпочтительно, чтобы остаточная влажность пасты составляла 50-150%, а размер частиц гидрата закиси никеля в получаемой пасте составлял 0,01-0,1 мкм.

Сущность изобретения состоит в том, что для изготовления гидрата закиси никеля используются исходное сырье - щелочные промышленные стоки с участка изготовления металлокерамических окислоникелевых электродов, содержащие примесь KOH, K₂SO₄ и взвесь гидрата закиси никеля. Указанные стоки, до соединения с основным массивом промышленных стоков, содержат минимальное количество посторонних примесей, так как для обеспечения длительной (многолетней) сохранности энергии при заполнении металлокерамических основ активной массой применяются материалы NiSO₄, KOH марок ЧДА, ХЧ и дистиллированная вода. Для сохранения чистоты дальнейшая обработка ведется на оборудовании из химически стойких материалов. Щелочные промышленные стоки, до их смешения с другими стоками, отстаивают, затем взвесь гидрата закиси никеля промывают, фильтруют или центрифугируют.

Гидрат закиси никеля в получаемой пасте имеет размер частиц 0,01-0,1 мкм и вследствие этого высокоактивен. Это позволяет применять пасты гидрата закиси никеля в качестве активирующей добавки к кадмиевым электродам взамен более грубой и менее активной «гидратной пыли» с размером частиц 0,5-10 мкм, получаемой путем механического размола гидрата закиси никеля. Паста гидрата закиси никеля хорошо растворяется в растворе H₂SO₄ и может повторно использоваться для заполнения металлокерамических основ окислоникелевых электродов.

Для обеспечения чистоты пасты гидрата закиси никеля по основным показателям на уровне марок ЧДА или ХЧ все оборудование и трубопроводы изготовляются из нержавеющей стали, титана или щелочестойкой пластмассы, а промывка ведется дистиллированной водой.

Предложенный способ не является длительным, энергозатратным и многостадийным за счет сокращения операций, исключения сушки и размола.

Для экономии энергоресурсов и трудозатрат, а также для получения мелкодисперсных высокоактивных фракций гидрат закиси никеля не подвергается традиционным сушке, размолу, рассеву остаточная влажность пасты составляет 50-150%.

Очистка промышленных стоков осуществляется за счет изъятия из них гидрата закиси никеля с возможностью его дальнейшего использования.

Сущность предложенного изобретения поясняется следующими примерами

Пример 1. В качестве исходного сырья используются промышленные стоки с содержащимися в них КОН в количестве 75,97 г/л, сульфаты в количестве 6,05 г/л и никеля 3,15 г/л.

Полученный объем стоков отстаивается в нержавеющей емкости не менее двух, но не более 8 часов, после отстоя осветленная часть стоков сливается в бак-сборник, емкость дозаполняется конденсатом, производится перешивание при помощи мешалки не менее 20 минут, после чего производится отстой не менее одного часа и последующий слив осветленной части стока, затем доливается конденсат и еще 5 раз повторяется отмывка.

После полной отмывки производится слив на фильтрующие элементы, выполненные из хлориновой ткани (арт. 86006) и выдержка в них отмытого гидрата закиси никеля не менее 20 часов, после чего производится выгрузка из фильтрующих элементов. Полученный гидрат закиси никеля содержит 17,5%) никеля и имеет влажность 70%, в нем в среднем содержится около 2% частиц размером до 0,04 мкм, 56% частиц размером 0,05 мкм, 35% частиц размером 0,07 мкм и 7% частиц размером 0,08 мкм.

Пример 2. В качестве исходного сырья используются промышленные стоки с содержащимися в них КОН в количестве 75,97 г/л, сульфаты в количестве 6,05 г/л и никеля 3,15 г/л.

Полученный объем стоков отстаивается в нержавеющей емкости не менее двух, но не более 8 часов, после отстоя осветленная часть стоков сливается в бак-сборник, емкость дозаполняется конденсатом, производится перешивание при помощи мешалки не менее 20 минут, после чего производится отстой не менее одного часа и последующий слив осветленной части стока, затем доливается конденсат и еще 5 раз повторяется отмывка.

После полной отмывки производится слив на стенд очистки жидкости СОГ-923СГ, в процессе его работы на выходе имеем очищенную от гидрата закиси никеля воду и пастообразный гидрат закиси никеля с влажностью 63%.

В полученной пасте гидрата закиси никеля содержится 19,4% никеля, около 2% частиц которого размером до 0,04 мкм, 56% частиц размером 0,05 мкм, 35% частиц размером 0,07 мкм и 7% частиц размером 0,08 мкм.

Исходя из вышеизложенного приходим к выводу, что технология представленная в примере 2 более предпочтительна.

Изобретение позволяет не только получать пасту гидрата закиси никеля высокой чистоты, пригодную для использования в никель-кадмиевых аккумуляторах, но и производить локальную очистку промышленных стоков от никеля.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу изготовления водной пасты гидрата закиси никеля. В качестве исходного сырья используют щелочные промышленные стоки непосредственно с участка изготовления металлокерамических окислоникелевых электродов, содержащие примесь KOH, K₂SO₄ и взвесь гидрата закиси никеля, которые отстаивают, затем взвесь промывают и фильтруют. Изобретение позволяет получить мелкодисперсные высокоактивные фракции гидрата закиси никеля при упрощении способа. 3 з.п. ф-лы, 2 пр.

1. Способ изготовления водной пасты гидрата закиси никеля, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют щелочные промышленные стоки непосредственно с участка изготовления металлокерамических окислоникелевых электродов, содержащие примесь KOH, K₂SO₄ и взвесь гидрата закиси никеля, которые отстаивают, затем взвесь промывают и фильтруют.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что промывка ведется дистиллированной водой.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что остаточная влажность пасты составляет 50-150%.

4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что гидрат закиси никеля в получаемой пасте имеет размер частиц 0,01-0,1 мкм.