Способ получения гидрата закиси никеля для анодной массы никель-кадмиевого аккумулятора
Владельцы патента RU 2264001:
Открытое акционерное общество "Завод автономных источников тока" (RU)
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленности для изготовления анодных масс щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов. Техническим результатом изобретения является получение гидрата закиси никеля для анодной массы никель-кадмиевого аккумулятора со стабильно высокими показателями электрохимической активности. Согласно изобретению способ получения гидрата закиси никеля для анодной массы никель-кадмиевого аккумулятора осуществляют осаждением гидрата закиси никеля из раствора соли никеля раствором щелочи с добавкой углекислого натрия при непрерывном дозировании растворов с последующей фильтрацией, промывкой и сушкой, в котором, согласно изобретению 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 исходных растворов определяют изменение давления столбов растворов в резервуарах.
Изобретение относится к области электротехники (электрохимии) и может быть использовано в производстве никель-кадмиевых аккумуляторов с окисно-никелевыми электродами.
Широко известен способ получения гидрата закиси никеля в реакторе путем добавления раствора сернокислого никеля в раствор натриевой щелочи [1]. Перед осаждением реактор заполняется натриевой щелочью определенной концентрации. Введение сернокислого никеля приводит к образованию гидрата закиси никеля при большом избытке щелочи. По ходу протекания процесса концентрация щелочи в реакторе уменьшается, а концентрация солей никеля возрастает. Для улучшения отмывки гидрата закиси никеля от сульфата натрия осаждение заканчивают с сохранением избытка щелочи. Проведение большей части процесса осаждения гидрата закиси никеля в щелочной и сильнощелочной среде приводит к образованию крупных кристаллитов, обладающих низким удельным объемом и невысокой электрохимической активностью. Образовавшийся гидрат закиси никеля фильтруют, сушат, отмывают от сульфатов, повторно сушат и размалывают. Анодные массы, полученные из подобного материала, имеют коэффициент использования никеля не более 70%. При таком способе получения гидрата закиси никеля, когда максимальным пределом по щелочности является концентрация самой щелочи, а минимальным определенный ее избыток, обеспечение необходимой точности дозирования исходных растворов достигается довольно простым методом - использованием мерных емкостей. Однако проведение осаждения в столь широком диапазоне по щелочности дестабилизирует условия образования гидрата закиси никеля в порции.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является способ, по которому для осаждения гидрата закиси никеля щелочь берут в стехиометрическом соотношении к соли никеля, а для предотвращения образования комплексных соединений, затрудняющих отмывку, вводят 6-20% углекислого натрия [2]. Осаждение гидрата закиси никеля проводят аналогично [1] путем добавления сернокислого никеля к раствору щелочи с добавкой углекислого натрия при постоянном перемешивании. Повышение коэффициента использования никеля на 12-20% в этом случае достигается проведением сушки в слабощелочной среде, т.к. согласно [2] присутствие щелочи на поверхности кристаллов гидрата закиси никеля во время сушки снижает его электрохимическую активность. Тем не менее, очевидно, что оптимизация параметров остаточной щелочности не устраняет качественную неоднородность кристаллической структуры получаемого гидрата закиси никеля, закладываемую на стадии осаждения.
Технической задачей изобретения является разработка способа получения гидрата закиси никеля для анодной массы никель-кадмиевого аккумулятора со стабильно высокими показателями электрохимической активности, путем обеспечения заданного соотношения растворов.
Указанный технический результат достигается способом 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, в котором, согласно изобретению 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 исходных растворов определяют изменение давления столбов растворов в резервуарах.
Пример выполнения способа. Исходные водные растворы имели следующие концентрации: раствор сернокислого никеля 0,43-0,5 г/моль (при плотности 1,176 г/см3), раствор щелочи с добавкой углекислого натрия с концентрацией натриевой щелочи 6,5-7,4 г/моль и углекислого натрия 0,47-0,6 г/моль (общая плотность раствора щелочи с добавкой углекислого натрия 1,29 г/см3). Температура растворов перед подачей в реактор составляла 40-50°С. Для обеспечения требуемого избытка щелочи, который должен находиться в интервале 0,1-1,7 г/л, устанавливалось массовое соотношение растворов на 1 кг/мин раствора сернокислого никеля - 0,334-0,384 кг/мин раствора щелочи с добавкой углекислого натрия. Отклонение от заданных величин соотношения скоростей подачи приводит к образованию электрохимически малоактивных форм гидрата закиси никеля. Из герметичных резервуаров растворы вытесняли в реактор путем подачи в резервуары сжатого воздуха. Повышение точности технологического процесса достигается тем, что на протяжении процесса осаждения измеряют мгновенный массовый расход растворов и поддерживают точное соотношение расходов растворов регулированием подачи сжатого воздуха в резервуары. Для этого измеряют давление воздуха над раствором, давление раствора в нижней части резервуара (нижний уровень) и давление в растворе в верхней части резервуара (верхний уровень). По результатам измерения давления рассчитывают и сохраняют значение плотности растворов:
p=Pp/h,
где р - плотность раствора,
Рp - разность давлений раствора на нижнем и верхнем уровнях,
h - разность уровней измерения давления в растворе;
и непрерывно определяют высоту столба раствора в резервуаре:
H=Ph/p,
где Ph - разность давления раствора на нижнем уровне и давления воздуха в резервуаре.
При известной площади резервуаров мгновенный массовый расход растворов определяют как произведение фактической плотности на скорость изменения объема раствора. Полученное значение мгновенного массового расхода сравнивают с заданным и в соответствии с отклонением корректируют давление воздуха в резервуарах. По окончании вытеснения растворов процесс повторяют.
Введение в технологический процесс осаждения гидрата закиси никеля совокупности новых операций, связанных с контролем и регулированием расходов растворов, позволяет стабилизировать параметр технологического процесса - соотношение растворов, путем измерения и регулирования параметров технологического процесса, связанных c массовым расходом растворов, без контакта с агрессивной средой, с высокой точностью. Постоянный контроль массы растворов в резервуарах обеспечивает поддержание необходимого соотношения не только в текущий момент, но и с учетом количества растворов, израсходованных на старте. Использование данного изобретения в промышленности позволяет изготавливать анодные массы для щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов.
Источники информации
1. Дасоян М.А., Новодережкин В.В. и Томашевский Ф.Ф. Производство электрических аккумуляторов. М.: Высшая школа, 1970, с.294-301.
2. Авторское свидетельство СССР №588580, кл. Н 01 М 4/32, 1974.
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, отличающийся тем, что 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.
