Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРАТА ЗАКИСИ НИКЕЛЯ ДЛЯ ОКСИДНО-НИКЕЛЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленности при производстве щелочных аккумуляторов с оксидно-никелевыми электродами.

Широко известен способ получения гидрата закиси никеля путем вливания при перемешивании в раствор натриевой щелочи раствора сернокислого никеля [1]. Для улучшения отмывки гидрата закиси никеля от сульфат-ионов осаждение заканчивают с сохранением избытка щелочи. Полученный гидрат закиси никеля отфильтровывают от раствора сульфата натрия на фильтр-прессе под давлением 9.5-10.5 кг/см² в течение 4 часов и сушат при температуре 90-120°С. Продолжительность первой сушки составляет 12-16 часов. Высушенный гидрат закиси никеля шнеком подается во вращающуюся центрифугу. Одновременно в барабан центрифуги подается вода со скоростью 15-20 л в минуту. По истечении 1.5-2 часов с момента окончания загрузки центрифуги гидратом закиси никеля поток подаваемой воды увеличивают до 25-35 л/мин и продолжают отмывку. По ходу отмывки берут пробы продукта и определяют содержание сульфат-ионов. Отмывку прекращают, когда содержание сульфат-ионов составит не более 1.7% по отношению к содержанию никеля в продукте. По окончании отмывки подачу воды в центрифугу прекращают, а центрифугирование гидрата закиси никеля продолжают еще 30-45 минут с целью удаления воды. Отмытый гидрат закиси никеля сушат повторно до влажности не более 7% при температуре 90-140°С. Продолжительность второй сушки - не более 24 часов.

Проведение предварительной кристаллизации гидрата закиси никеля посредством его высушивания режимом первой сушки способствует укрупнению частиц гидрата закиси никеля, сокращению его удельной поверхности и как следствие облегчению процесса отмывки от сульфат-ионов. Однако выбранный способ отделения сульфата натрия от гидрата закиси никеля обладает высокой трудоемкостью, энергоемкостью и обуславливает длительность технологического цикла приведенного способа.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является способ [2], по которому гидрат закиси никеля получают путем добавления кристаллогидрата сульфата никеля (II) в подогретый 15-30% раствор гидроксида щелочного металла, отмывку проводят обработкой пульпы гидрата закиси 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 гидрат закиси никеля после сушки просеивают. К недостаткам указанного способа можно отнести недостаточно эффективное отделение частиц гидрата закиси никеля от промывного раствора. Результатом отмывки гидрата закиси никеля в режиме противотока со скоростью 5-8 м/ч является его расслоение на фракции и унос мелкодисперсных частиц в количестве 5-10% промывной водой. Согласно требований ТУ 48-3-63-90 на «Никель гидрат закиси» наличие мелких частиц, прошедших через сито с сеткой №0063, допустимо в количестве не более 25%. Таким образом, унос мелкодисперсной фракции и как следствие необходимость ее улавливания и дополнительной переработки снижает экономическую эффективность предлагаемого способа.

Технической задачей изобретения является снижение материальных и энергетических затрат при производстве гидрата закиси никеля путем сокращения расхода воды на отмывку гидрата закиси никеля от сульфат-ионов и уменьшения потерь никельсодержащего сырья.

Указанный технический результат достигается способом получения гидрата закиси никеля для оксидно-никелевого электрода щелочного аккумулятора осаждением гидрата закиси никеля из раствора сернокислого никеля раствором натриевой щелочи при дозировании растворов с последующей отмывкой, фильтрацией и сушкой, в котором, согласно изобретению полученную при осаждении пульпу гидрата закиси никеля перемешивают с водой до соотношения Т (твердое):Ж (жидкое)=1:(50-70) при температуре 80-90°С, отстаивают, а затем проводят трехкратную промывку подогретой водой до замещения сульфат-ионов промывной водой, не допуская их перемешивания, по окончании каждой из трех промывок пульпу гидрата закиси никеля повторно перемешивают, причем в состав промывной воды для третьей отмывки добавляют углекислый натрий.

Изобретение отличается тем, что пульпу гидрата закиси никеля отстаивают в течение 4-6 минут и определяют скорость оседания частиц, трехкратную промывку проводят водой, подогретой до температуры 50-65°С, при скорости подачи воды 0.2-0.6 м/ч, не превышающей скорости оседания частиц, зафиксированной при отстаивании пульпы гидрата закиси никеля, температура подаваемой промывной воды должна быть меньше температуры пульпы гидрата закиси никеля в пределах не менее 15°С, в состав промывной воды для третьей отмывки добавляют углекислый натрий в количестве 5-10 г/л.

На основании экспериментальных данных было установлено, что скорость оседания частиц гидрата закиси никеля не превышает 0.6 м/ч. Увеличение скорости подачи выше 0.6 м/ч приводило к уносу мелкодисперсной фракции гидрата закиси никеля. Так же было отмечено, что при разнице температур пульпы гидрата закиси никеля и подаваемой промывной воды менее 15°С замещения сульфат ионов раствором промывной воды не происходило. В этом случае наблюдалось перемешивание сульфат ионов с промывной водой и усреднение концентрации сульфат-ионов в объеме подаваемой промывной воды. В результате снижалась эффективность отмывки и увеличивался расход промывной воды. Введение в состав промывной воды для третьей отмывки углекислого натрия в количестве 5-10 г/л повышает качество отмывки гидрата закиси никеля от сульфат-ионов.

Пример 1. Полученную при осаждении пульпу гидрата закиси никеля в количестве 100 литров подавали в промывной бак, перемешивали с 500 л воды до соотношения Т:Ж=1:60 при температуре 80-85°С. По окончании перемешивания пульпу гидрата закиси никеля отстаивали в течение 5 минут и определяли скорость оседания частиц гидрата закиси никеля, которая составляла 0.4 м/ч. Затем проводили три отмывки, при этом каждый раз в промывной бак подавали 600 литров промывной воды со скоростью 0.3 м/ч, не превышающей зафиксированную скорость оседания частиц гидрата закиси никеля. Температура промывной воды составляла 55-65°С. После первой и второй отмывки полученную пульпу перемешивали при температуре 80-85°С. В промывную воду для третьей отмывки добавляли углекислый натрий в количестве 5-10 г/л. После третьей отмывки пульпу гидрата закиси никеля перемешивали без подогрева. В дальнейшем гидрат закиси никеля отфильтровывали и сушили 10-12 часов при температуре 100-120°С. Таким образом было получено 10.5 кг гидрата закиси никеля. Содержание сульфат-ионов в гидрате закиси никеля составило 0.4%, что соответствует требованиям ТУ 48-3-63-90. Активную массу изготавливали путем смешения гидрата закиси никеля с 40% графита, 1.7% бария и 1.5% кобальта. Коэффициент использования никеля в составе активных масс на десятом цикле разряда составил 98%.

Пример 2. В условиях примера 1 проводили три отмывки, при этом каждый раз в промывной бак подавали 600 литров промывной воды со скоростью 0.5 м/ч, превышающей зафиксированную скорость оседания частиц гидрата закиси никеля. Температура промывной воды составляла 55-65°С. После первой и второй отмывки полученную пульпу перемешивали при температуре 80-85°С. В промывную воду для третьей отмывки добавляли углекислый натрий в количестве 5-10 г/л. После третьей отмывки пульпу гидрата закиси никеля перемешивали без подогрева. В дальнейшем гидрат закиси никеля отфильтровывали и сушили 10-12 часов при температуре 100-120°С. Таким образом было получено 8.8 кг гидрата закиси никеля. Содержание сульфат-ионов в гидрате закиси никеля составило 0.5%, что соответствует требованиям ТУ 48-3-63-90. Активную массу изготавливали путем смешения гидрата закиси никеля с 40% графита, 1.7% бария и 1.5% кобальта. Коэффициент использования никеля в составе активных масс на десятом цикле разряда составил 96%.

Пример 3. В условиях примера 1 проводили три отмывки, при этом каждый раз в промывной бак подавали 600 литров промывной воды со скоростью 0.3 м/ч. Температура промывной воды составляла 55-65°С. После каждой отмывки полученную пульпу гидрата закиси никеля перемешивали без подогрева. В промывную воду для третьей отмывки добавляли углекислый натрий в количестве 5-10 г/л. В дальнейшем гидрат закиси никеля отфильтровывали и сушили 10-12 часов при температуре 100-120°С. Таким образом было получено 10.5 кг гидрата закиси никеля. Содержание сульфат-ионов в гидрате закиси никеля составило 3.5%, что не соответствует требованиям ТУ 48-3-63-90. Активную массу изготавливали путем смешения гидрата закиси никеля с 40% графита, 1.7% бария и 1.5% кобальта. Коэффициент использования никеля в составе активных масс на десятом цикле разряда составил 75%.

Предлагаемый способ получения гидрата закиси никеля для оксидно-никелевого электрода щелочного аккумулятора обеспечивает изготовление гидрата закиси никеля с высокой электрохимической активностью при минимальном расходе промывной воды для отмывки гидрата закиси никеля от сульфата натрия, без потерь мелкодисперсной фракции гидрата закиси никеля. Использование данного изобретения в промышленности позволяет изготавливать активную массу для оксидно-никелевых электродов щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Источники изобретения

1. Дасоян М.А., Новодережкин В.В. и Томашевский Ф.Ф. Производство электрических аккумуляторов. М.: Высш. шк., 1965, с.288-292.

2. Патент RU 2208585 С1, МПК⁷ С01G 53/04.