СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОКСИДА НИКЕЛЯ (II)
METHOD OF PRODUCING NICKEL (II) HYDROXIDE

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.
4
Пример 1. Исходные материалы для синтеза гидроксида никеля: модельные сернокислые никелевые растворы, содержащие 150 г/л NiSO 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.