DE3029898A1 - Verfahren zur herstellung von nickel (ii)-hydroxid - Google Patents

Verfahren zur herstellung von nickel (ii)-hydroxid

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Description

VARTA Batterie Aktiengesellschaft 3000 Hannover 21, Am Leineufer 51
Verfahren zur Herstellung von Nickel(II)-hydroxid
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Nickelhydroxid als aktiver Bestandteil der positiven Elektrodenmasse in alkalischen elektrochemischen Zellen durch Umsetzung eines Nickel(Il)-salzes mit Alkalilauge.
Ni(OH)? zur Verwendung als positive Masse in alkalischen Zellen wird z.Z. in einem langwierigen Fällungsprozess hergestellt. Dieser umfaßt die Ausfällung des Hydroxids aus Nickel(Il)-salzlösungen mittels Alkalilaugen, das Abtrennen des Niederschlags von der Mutterlauge, Waschen und Trocknen. Wegen der schlechten Filtrierbarkeit des Fällungsprodukts5das zunächst in suspendierter Form vorliegt, nimmt der Prozess viel Zeit, u.U. mehrere Tage, in Anspruch.
Dagegen läßt sich die Einbringung der aktiven Masse in das hochporöse Gerüst von Sinterelektroden, an der ebenfalls ein Fällvorgang beteiligt ist, schnell durchführen. Hierbei wird die Sinterplatte in eine Nickelnitratlösung hoher Konzentration getaucht, um die Poren damit zu füllen. Danach wird die getränkte Platte zur Ausfällung von Nickelhydroxid mit konzentrierter Al kalilauge behandelt und anschließend gewaschen und getrocknet. Der Gesamtprozess führt in weniger als 1 Stunde zu inkorporierter Masse mit großer Ausnutzbarkeit.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das ohne den Ballast größerer Flüssigkeitsmengen und ohne die sonst notwendige Abtrennung des Umsetzungsproduktes durch zeitraubende Filtration eine rationelle Gewinnung von Ni(OH)? aus wasserlöslichen Nickelsalzen erlaubt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das pulverförmige Nickel(Il)-salz durch hochkonzentrierte Lauge unter Unterdrückung einer
- 3 homogenen Lösungsphase der Ni2+-Ionen direkt zu Ni(OH)2 umgefälit wird.
Besonders vorteilhaft ist es, die Umsetzung mit Nickelnitrat und Natronlauge vorzunehmen.
Dabei liegt es im Wesen der Erfindung, daß in nahezu topochemischer Reaktion, d.h. unter weitgehender Ausschließung der Lösungsphase, das Ni(OH)2-Korn entsteht. In diesem ist die Information des Nickelnitratkorns noch enthalten in dem Sinne, daß es dem Nickelnitratkorn hinsichtlich Morphologie und Größe ähnlich ist.
Eine solche Umwandlung ist dadurch möglich, daß die Reaktanden nicht unmittelbar, sondern im Gegenstrom einander zugeführt werden,. Indem reines Niekelnitratpulver primär mit weniger konzentrierter Lauge in Berührung gebracht wird, findet noch keine vollständige Umsetzung zum Ni(OH)2 statt. Vielmehr werden intermediär basische Ni ekel nitrate, beispielsweise der Zusammensetzung Ni(NOo)2 χ Ni(OH)2 χ 6 H2O, gebildet. Mit steigendem Ni(OH)2- Anteil im Molekül nimmt die Wasserlöslichkeit der basichen Nickelnitrate ab. Außerdem wird eine erhebliche Menge an Laugeflüssigkeit als Kristallwasser gebunden, die Umfällung auf den Reaktionsort begrenzt und die Entstehung einer Suspension weitgehend verhindert.
Kommen die basischen Ni ekel nitrate darauf mit unverbrauchter hochkonzentrierter Lauge, d.h. einer Lauge mit geringem Wassergehalt, in Berührung, wird die vollständige Umwandlung zu Ni(OH)? herbeigeführt.
Die Umfällung muß demnach grundsätzlich so geschehen, daß Ni ekelnitratpulver entlang einer Förderstrecke bewegt wird und daß vom Ende dieser Förderstrecke aus hochkonzentrierte Lauge in Gegenrichtung zum Strom des Pulvers sich bewegt, wobei die Laugekonzentration als Folge der Umsetzung mit dem Pulver abnimmt und am Auftragungsort" des frischen Nickelnitrats nur noch eine mäßig konzentrierte Lauge vorhanden ist. Die Menge der geförderten Lauge ist dabei so klein zu halten, daß das Reaktionsgemisch allenfalls gut durchfeuchtet ist, jedoch keine Suspension ergibt. Ferner darf
die Lauge am Ende ihrer Wanderung nicht soweit an OH~-Ionen abgereichert sein, daß es zu einer Auflösung von frischem Ni(NO3J2 noch vor der Ausfällung basischer Nitrate oder von Ni(OH)2 kommt, d.h. die Umfällung des 2 muß in situ geschehen.
Der gesamte Umfällungsprozess muß nicht notwendigerweise kontinuierlich verlaufen. Es ist auch eine Verfahrensweise in mehreren diskreten Stufen denkbar. Die Bezeichnung "im Gegenstrom" nimmt daher lediglich auf die Richtung bezug, in welche die Reaktionspartner Nickelsalz und Alkalilauge relativ zueinander geführt werden.
Figru 1 zeigt schematisch eine praktische Möglichkeit der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Auf das tiefer gelegene Ende des schräg aufwärts verlaufenden Förderbandes wird, zweckmäßig über eine - nicht dargestellte - Dosiereinrichtung Ni(NO3),,-PuIver aufgegeben. Dem aufwärts bewegten Pulver fließt Natronlauge entgegen, die dem höher gelegenen Ende des Transportbandes zugeleitet worden ist. Auf ihrem abwärts gerichteten Wege kommt die Lauge mit entgegenwanderndem basischen Nickelnitrat 2 in Berührung, bei dem der noch nicht zu Ni(OH)2 umgesetzte Ni(N03)2-Anteil zunehmend überwiegt. Eine Abreicherung der Lauge an OH~-Ionen ist die Folge. Beispielsweise ist die frische Natronlauge an der höher gelegenen /ufgabestelle des Transportbandes 11 normal, am tiefer gelegenen Ende nur noch 2 normal.
Um ein Abrutschen des Ni(NO3),, vom Transportband zu verhindern und eine gewisse Verweilzeit mit der Lauge zu sichern, sind in dem Transportband quer zur Bewegungsrichtung wannenartige Vertiefungen 3 vorgesehen. Die Lauge fließt auf diese Weise kaskadenartig über die Ränder der Vertiefung nach unten ab, wobei mit jeder Stufe ein neuer Austausch zwischen der Lauge und dem Inhalt der Vertiefungen erfolgt. Der basische Charakter des Nickelnitrats nimmt so in jeder Vertiefung von unten nach oben zu, bis durch das Umlenken des Förderbandes bei 4 reines Ni(OH)2 ausgekippt wird.
Die bei 5 abtropfende Lauge kann nach Entfernung von mitgeführtem Al kaiinitrat einem Vakuumverdampfer zugeführt und nach Aufkonzentrierung wieder in den Prozess zurückgeleitet werden. Die Nitratauswaschung des bei 4 ausgeworfenen Ni(OH)2 bereitet wegen des grobkristallinen Habitus im Gegensatz zu dem voluminösen, flockigen Produkt bei der üblichen Fällung keine Schwierigkeiten.
Da Ni(OH)2 keine Eigenleitfähigkeit besitzt, kann es in bestimmten Fällen von Interesse sein, die aktive Masse ganz oder teilweise mit einem chemischen Oxidationsmittel wie Kaliumperoxodisulfat in höherwertige Nickeloxide zu überführen. Auf diese Weise werden für den Einbau bereits vorformierte Elektroden mit einer gewissen Elektronenleitung erhalten.
Mit besonderem Vorteil läßt sich auch eine Teiloxidation des Ni(OH)2 mittels KpSpOg in das erfindungsgemäße Verfahren einbeziehen, indem man das pulverförmige Nickelnitrat statt mit reiner Natronlauge mit einem Gemisch aus dieser und Kaliumperoxodisulfat umsetzt.
Leerseite

Claims (5)

  1. 3029893
    Reg.-Nr. 6 FP 332-DT 6233 Kelkheim, den 7. Juli 1980
    EAP-Dr.Ns/sd
    VARTA Batterie Aktiengesellschaft 3000 Hannover 21, Am Leineufer 51
    Patentansprüche
    j
    1/ Verfahren zur Herstellung von Nickelhydroxid als aktiver Bestandteil der positiven Elektrodenmasse in alkalischen elektrochemischen Zellen durch Umsetzung eines wasserlöslichen Nickel(Il)-salzes mit Alkalilauge, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Nickel(Il)-salz durch hochkonzentrierte Lauge unter Unterdrückung einer homogenen Lösungsphase der Ni2 -Ionen direkt zu Ni(OH)2 umgefä'llt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Nickel(Il)-salz Ni(N03)2 ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fällauge NaOH ist.
  4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäll auge ein chemisches Oxidationsmittel enthält.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsr mittel Kaliumperoxodisulfat ist.
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