СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРАТА ЗАКИСИ НИКЕЛЯ ДЛЯ АНОДНОЙ МАССЫ ОКСИДНО-НИКЕЛЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРАТА ЗАКИСИ НИКЕЛЯ ДЛЯ АНОДНОЙ МАССЫ ОКСИДНО-НИКЕЛЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА


RU (11) 2286621 (13) C1

(51) МПК
H01M 4/32 (2006.01)
H01M 10/30 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Статус: по данным на 17.03.2008 - действует

Документ: В формате PDF
(21) Заявка: 2005117886/09
(22) Дата подачи заявки: 2005.06.09
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.06.09
(45) Опубликовано: 2006.10.27
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 588580 A, 15.01.1978. RU 2188161 C1, 27.08.2002. RU 2178931 C1, 27.01.2002. US 5281494 A, 25.01.1994. WO 9701509 А, 16.01.1997. GB 1449849 A, 15.09.1976.
(72) Автор(ы): Лопашев Андрей Викторович (RU); Семенов Николай Евгеньевич (RU); Волынский Вячеслав Витальевич (RU); Волынская Валентина Васильевна (RU); Тюгаев Вячеслав Николаевич (RU); Чипига Игорь Викторович (RU)
(73) Патентообладатель(и): ОАО "Завод автономных источников тока" (RU)
Адрес для переписки: 410015, г.Саратов, ул. Орджоникидзе, 11, ОАО "Завод автономных источников тока"


(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРАТА ЗАКИСИ НИКЕЛЯ ДЛЯ АНОДНОЙ МАССЫ ОКСИДНО-НИКЕЛЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленности для изготовления анодных масс щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов. Техническим результатом изобретения является снижение материальных и энергетических затрат при производстве гидрата закиси никеля путем улучшения технологичности процесса его отмывки от сульфата натрия, уменьшения потерь никельсодержащего сырья и стабилизации высокой электрохимической активности гидрата закиси никеля. Способ включает осаждение гидрата закиси никеля из раствора сернокислого никеля раствором натриевой щелочи с добавкой углекислого натрия при дозировании растворов с последующей фильтрацией, промывкой и сушкой, в котором при осаждении гидрата закиси никеля обеспечивается наличие избытка натриевой щелочи в пределах 0,025-007 г/ммоль, за счет поддержания постоянного соотношения растворов, при котором на 1 г/ммоль раствора сернокислого никеля приходится 4,5-5,3 г/моль натриевой щелочи и 0,35-0,41 г/моль углекислого натрия. 3 ил., 1 табл.


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


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

Гидрат закиси никеля получают только осаждением из растворов различных солей. Его осаждение происходит через промежуточную стадию образования основных солей переменного состава. Этот состав зависит от природы солей и осадителей, соотношения соли и осадителя, концентрации, температуры и порядка смешения исходных растворов, продолжительности старения осадков. Сочетание вышеуказанных факторов и определяет способ получения гидрата закиси никеля.

Широко известен способ получения гидрата закиси никеля в реакторе путем вливания при перемешивании раствора сернокислого никеля в раствор натриевой щелочи [1]. Для улучшения отмывки гидрата закиси никеля от сульфата натрия добавление сернокислого никеля прекращают при сохранении избытка натриевой щелочи. Проведение большей части процесса осаждения гидрата закиси никеля в сильнощелочной и щелочной среде приводит к образованию крупных кристаллитов, обладающих низким удельным объемом и невысокой электрохимической активностью. Полученный гидрат закиси никеля проходит последовательно ряд технологических операций: фильтрацию, сушку, отмывку и повторную сушку. Анодная масса, приготовленная из такого гидрата закиси никеля смешением с графитом и кобальтом, обладает коэффициентом использования никеля не более 80%.

Известен способ, по которому избыток натриевой щелочи после осаждения гидрата закиси никеля заменен углекислым натрием [2, 3], а сам процесс осаждения проводится таким образом, чтобы в любой момент соотношение натриевой щелочи и сернокислого никеля было в определенных пределах [3]. Приготовленная в дальнейшем анодная масса на основе гидрата закиси никеля, полученного по данному способу, имеет коэффициент использования никеля до 96%. Увеличение электрохимической активности гидрата закиси никеля авторы [3] связывают с возрастанием его пористости, большей величиной удельной поверхности и повышенной прессуемостью. Однако развитая удельная поверхность гидрата закиси никеля, повышенная пористость и прессуемость существенно осложняют его отмывку от сульфата натрия, а отсутствие избытка натриевой щелочи не исключает возможности образования в кислой и нейтральной среде основных солей состава NiSO4·9Ni(OH)2 и NiSO 4·4Ni(OH)2 [4]. Предлагаемые автором [3] условия кристаллообразования гидрата закиси никеля без избытка натриевой щелочи не обеспечивают необходимую полноту перехода соединений никеля из раствора в твердую фазу в виде гидрата закиси никеля. В результате раствор сернокислого никеля используется не эффективно, и некоторая его часть теряется во время фильтрации гидрата закиси никеля. Нестабильное качество гидрата закиси никеля, потери ценного никельсодержащего сырья и высокие энергозатраты, связанные с увеличением расхода конденсата при отмывке гидрата закиси никеля от сульфата натрия, осложняют реализацию данного способа в промышленности.

Технической задачей изобретения является снижение материальных и энергетических затрат при производстве гидрата закиси никеля путем улучшения технологичности процесса его отмывки от сульфата натрия, уменьшения потерь никельсодержащего сырья и стабилизации высокой электрохимической активности гидрата закиси никеля.

Указанный технический результат достигается способом получения гидрата закиси никеля для анодной массы оксидно-никелевого электрода щелочного аккумулятора осаждением гидрата закиси никеля из раствора сернокислого никеля раствором натриевой щелочи с добавкой углекислого натрия при дозировании растворов с последующей фильтрацией, промывкой и сушкой, в котором согласно изобретению при осаждении гидрата закиси никеля обеспечивают избыток натриевой щелочи в пределах 0.025-0.07 г/моль, поддерживая постоянное соотношение растворов, при котором на 1 г/моль раствора сернокислого никеля приходится 4.5-5.3 г/моль натриевой щелочи и 0.35-0.41 г/моль углекислого натрия.

Пример 1. Исходные водные растворы имели следующие концентрации: раствор сернокислого никеля 0.47 г/моль; раствор натриевой щелочи 6.95 г/моль; раствор углекислого натрия 0.54 г/моль. Температура растворов составляла 50±5°С. Дозирующими насосами эти растворы перекачивали в бак-реактор таким образом, чтобы в любой момент соотношение раствора натриевой щелочи, раствора углекислого натрия и раствора сернокислого никеля обеспечивало избыток натриевой щелочи 0.0025-0.024 г/моль. Для этого на 1 г/моль раствора сернокислого никеля приходилось 3.95-4.49 г/моль натриевой щелочи и 0.35-0.41 г/моль углекислого натрия. Из бака-реактора суспензия гидрата закиси никеля поступала в бак-сборник, где происходило ее накопление и дальнейшее перемешивание. По окончании сливания растворов избыток натриевой щелочи в баке-сборнике суспензии гидрата закиси никеля составил 0.0014 г/моль. После операций фильтрации и сушки гидрата закиси никеля при температуре 100-110°С его отмывали конденсатом от сульфата натрия до содержания Количество израсходованного конденсата составило 174 литра на 1 кг гидрата закиси никеля. После повторной сушки при температуре 100-110°C гидрат закиси никеля размалывали и смешивали с 40% графита, 1.7% бария и 1.5% кобальта. Коэффициент использования никеля при разряде 10-го цикла составил 97%.

Пример 2. В условиях примера 1 для обеспечения избытка натриевой щелочи 0.025-0.070 г/моль поддерживали постоянное соотношение растворов, при котором на 1 г/моль раствора сернокислого никеля приходится 4.50-5.30 г/моль натриевой щелочи и 0.35-0.41 г/моль углекислого натрия. По окончании сливания растворов избыток натриевой щелочи в баке-сборнике суспензии гидрата закиси никеля составил 0.05 г/моль. Количество израсходованного конденсата для отмывки гидрата закиси никеля от сульфата натрия составило 86 литров на 1 кг гидрата закиси никеля. Коэффициент использования никеля при разряде 10-го цикла составил 100%.

Пример 3. В условиях примера 1 для обеспечения избытка натриевой щелочи 0.071-0.115 г/моль поддерживали постоянное соотношение растворов, при котором на 1 г/моль раствора сернокислого никеля приходится 5.31-6.11 г/моль натриевой щелочи и 0.35-0.41 г/моль углекислого натрия. По окончании сливания растворов избыток натриевой щелочи в баке-сборнике суспензии гидрата закиси никеля составил 0.085 г/моль. Увеличение избытка щелочи привело к образованию твердых и более крупных частиц гидрата закиси никеля, что отрицательно отразилось на качестве отмывки и осложнило его размол. Количество израсходованного конденсата для отмывки гидрата закиси никеля от сульфата натрия составило 149 литров на 1 кг гидрата закиси никеля. Коэффициент использования никеля при разряде 10-го цикла составил 85%.

Для оценки фракционного состава полученных образцов гидрата закиси никеля был привлечен седиментационный метод анализа. На фиг.1 показаны гистограммы распределения частиц образцов Ni(OH) 2 по радиусам: а) избыток NaOH 0.0025-0.024 г/моль в условиях примера 1; б) избыток NaOH 0.025-0.070 г/моль в условиях примера 2; в) избыток NaOH 0.071-0.115 г/моль в условиях примера 3. Следствием проведения осаждения при избытке натриевой щелочи 0.0025-0.024 г/моль явилось наличие в гидрате закиси никеля существенного количества мелких частиц с радиусом 50 мкм (фиг.1а). При увеличении избытка натриевой щелочи до 0.025-0.070 г/моль наблюдалось возрастание минимального радиуса частиц гидрата закиси до размеров порядка 52-56 мкм и сокращение их количества (фиг.1б). Дальнейшее повышение избытка натриевой щелочи при осаждении гидрата закиси никеля до 0.071-0.115 г/моль способствовало укрупнению его частиц и возникновению большей однородности в количественном распределении частиц гидрата закиси никеля по размерам (фиг.1в).

На анодном участке ОАО "Завод АИТ" было проведено осаждение 157 партий гидрата закиси никеля с избытком натриевой щелочи 0.0025-0.024 г/моль в условиях примера 1 и 92 партии гидрата закиси никеля с избытком натриевой щелочи 0.025-0.070 г/моль в условиях примера 2. Испытаний гидрата закиси никеля, полученного с избытком натриевой щелочи 0.071-0.115 г/моль в условиях примера 3, не проводили по причине его низкой электрохимической активности. Сравнительные физико-химические и электрохимические характеристики гидрата закиси никеля, полученного с избытком натриевой щелочи 0.025-0.070 г/моль в условиях примера 1, и гидрата закиси никеля, полученного с избытком натриевой щелочи 0.025-0.070 г/моль в условиях примера 2, сведены в таблицу 1.

При проведении производственной проверки было выявлено снижение расхода сернокислого никеля для получения 1 кг гидрата закиси никеля с 2.976 кг до 2.878 кг (на 3.3% см. таблицу 1). Одновременно зафиксировано уменьшение среднего процентного содержания в партиях гидрата закиси никеля по месяцам (см. фиг.2), что позволяет сократить расход конденсата на отмывку гидрата закиси никеля от сульфата натрия, и увеличение содержания Ni 2+ в партиях гидрата закиси никеля по месяцам (см. фиг.3). Средняя емкость анодных масс из гидрата закиси никеля, полученного с избытком натриевой щелочи 0.025-0.070 г/моль в условиях примера 2, повысилась на 1.5%.

Объяснить полученные результаты можно с позиций влияния избытка натриевой щелочи при осаждении гидрата закиси никеля на его кристаллическую структуру и фракционный состав. Изменение условий кристаллизации и выбор оптимального диапазона протекания процессов кристаллообразования гидрата закиси никеля позволяет минимизировать технологические потери дорогостоящего никельсодержащего сырья на операциях осаждение, фильтрация и отмывка гидрата закиси никеля. Сокращение количества промывного конденсата снижает энергоемкость процесса в целом и благоприятно сказывается на экологической составляющей данного технологического процесса. Использование данного изобретения в промышленности позволяет изготавливать анодные массы для щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов с минимальными потерями никельсодержащего сырья и стабилизации высокой электрохимической активности гидрата закиси никеля.
Таблица 1

Сравнительные физико-химические и электрохимические характеристики гидрата закиси никеля
Вариант Количество партий, Средний вес Расход NiSO4 на 1 Средняя емкость анодных масс на 1-м цикле, А·ч
шт. партии, кг кг Ni(ОН)2 , кг минимум максимум
Избыток NaOH 0.0025-0.024 г/моль в условиях примера 1 157 146.8 2.967 1.28 1.40
Избыток NaOH 0.025-0.070 г/моль в условиях примера 2 92 157.7 2.878 1.30 1.42


Источники информации

1. Дасоян М.А., Новодережкин В.В., Томашевский Ф.Ф. Производство электрических аккумуляторов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1970. С.294-301.

2. Авторское свидетельство СССР №588580, кл. Н 01 М 4/32, 1974.

3. Розовский В.М., Талдыкина Т.А., Ежов Б.Б. // Исследования в области прикладной электрохимии. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1989. С.52.

4. Чалый В.П. Гидроокиси металлов. Киев: Изд-во "Наукова думка", 1972. С.158.


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Способ получения гидрата закиси никеля для анодной массы оксидно-никелевого электрода щелочного аккумулятора осаждением гидрата закиси никеля из раствора сернокислого никеля раствором натриевой щелочи с добавкой углекислого натрия при дозировании растворов с последующей фильтрацией, промывкой и сушкой, отличающийся тем, что при осаждении гидрата закиси никеля обеспечивают избыток натриевой щелочи в пределах 0,025-0,07 г/моль, поддерживая постоянное соотношение растворов, при котором на 1 г/моль раствора сернокислого никеля приходится 4,5-5,3 г/моль натриевой щелочи и 0,35-0,41 г/моль углекислого натрия.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru