DE69816174T2

DE69816174T2 - Verfahren zur Herstellung von Nickelhydroxid aus metallischem Nickel

Info

Publication number: DE69816174T2
Application number: DE69816174T
Authority: DE
Inventors: Juraj Missisauga Babjak; Stephen Joseph Oakville Baksa; Victor Alexander Missisauga Ettel; Raymond Augustus Woodbridge Bradford
Original assignee: Vale Canada Ltd
Current assignee: Vale Canada Ltd
Priority date: 1997-04-28
Filing date: 1998-04-20
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2018-04-21
Also published as: CA2235894C; JP4286337B2; JPH10324524A; EP0876998B1; US5824283A; EP0876998A1; DE69816174D1

Description

Technisches Sachgebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Nickelhydroxid aus Nickelpulver.
Hintergrund der Erfindung
Bei Nickelhydroxid handelt es sich um ein sehr wichtiges Material zum Herstellen positiver Nickelelektroden für alkalische Batterien. Die elektrische Kraftfahrzeugtechnik verlangt preiswerte hochleistungsfähige Batterien im Hinblick auf eine breite Akzeptanz von Elektromobilen. Nickel-Cadmium und Metallhydrid-Batterien bieten eine gute Leistung zu angemessenen Kosten. Eine Kostensenkung beim Nickelhydroxid könnte jedoch die Kostenseite bei Elektromobilen mit derartigen Batterien merklich verbessern.
Die meisten Verfahren zum Herstellen von Nickelhydroxid basieren auf dessen basischem Ausfällen aus Ammoniak/Ammoniumsalz enthaltenden Nickelsulfatlösungen. Bei diesem Verfahren entstehen jedoch angesichts des Anfalls von näherungsweise 1,5 kg Natriumsulfat je Kilogramm Nickelhydroxid grosse Abwassermengen. Demgemäß ist das herkömmliche basische Ausfällen mit dem Umweltproblem einer Entsorgung großer Mengen dieses Nebenprodukts verbunden. Die Entsorgungskosten wirken sich nachhaltig auf den Preis des Nickelhydroxids aus.
Die kanadische Patentanmeldung 2 137 762 beschreibt ein relativ umweltver schmutzungsfreies Verfahren zum Ausfällen von Nickelhydroxid. Bei diesem Verfahren entsteht durch anodisches Oxydieren von metallischem Nickel zunächst ein "reaktives" Nickelhydroxid. Das Nickelhydroxid wird alsdann in einer starken Ammoniak/Nickelchlorid-Lösung gelöst, um als Zwischenprodukt Nickelhexaminchlorid zu gewinnen. Im Wege einer Destillation dieses Zwischenprodukts in einem Kreislauf-Reaktor zersetzt sich das Nickelhexamin zu Nickelhydroxid.
Neuerliche Verfahren zum Herstellen von Nickelhydroxid minimieren oder vermeiden auch eine Abwasserentsorgung. Zwei dieser, in den US-Patentschriften 5 447 707 und 5 545 392 beschriebenen Verfahren setzen elementares Nickelpulver direkt in Nickelhydroxid um. Bei dem Verfahren nach der erstgenannten Patentschrift oxydiert das Nickelpulver in einer Ammoniak/Ammoniumnitrat-Lösung bei gleichzeitigem Ausfällen von Nickelhydroxid in einem einstufigen Verfahren. Bei diesem Verfahren findet bei der Reduktion der Nitrationen zu Ammoniak eine Oxydation des metallischen Nickels und eine Beschleunigung der Reaktion statt. Bei dem Verfahren nach der zweitgenannten US-Patentschrift oxydiert das Nickelpulver in einer Ammoniak/Ammoniumsalz-Lösung. Eine sorgfältige Überwachung der Sauerstoffkonzentration gewährleistet bei diesem Verfahren ein Reduktionspotential, das gleichzeitig ein Oxydieren des Nickels und das Ausfällen von Nickelhydoxid bewirkt. In beiden Fällen handelt es sich um Kreislauf-Reaktor-Verfahren ohne irgendein Abfallprodukt.
Die Erfindung zielt auf ein Kreislauf-Verfahren zum Herstellen von Nickelhydroxid ohne Umweltverschmutzung ab, das mit geringen Kosten beim Herstellen von Nickelhydroxid in Batteriequalität verbunden sein und die Möglichkeit eröffnen sollte, den Kristallisationsgrad des fertigen Nickelhydroxids zu erhöhen. Schließlich sollte das erfindungsgemäße Verfahren das Einbinden metallischer Additive zur Verbesserung der Batterieleistung ermöglichen.
Zusammenfassung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Herstellen von Nickelhydroxid aus elementarem Nickel. Dabei wird das elementare Nickel in eine mindestens 4 N wässerige Ammonialösung eingetragen. Die Aktivierung des Nickelpulvers in der Lösung erlaubt es dem Nickel, mit dem Sauerstoff in der Lösung zu reagieren.
Demzufolge geht das Nickel in Lösung, und es entsteht eine Nickel- und Hydoxyl-Ionen enthaltende beladene Lösung. Das Redox-Potential der Lösung bleibt während des In-Lösung-Gehens des Nickels negativ. Beim Destillieren der beladenen Lösung verdampft die wässerige Ammoniaklösung und wird Nickelhydroxid ausgefällt.
Beschreibung der Zeichnung
1 enthält eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung einer Ammoniaklösung als Lauge und
2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Verwendung einer Ammoniak/Alkalisalz-Lösung.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung basiert auf der Feststellung, dass das Ausfällen von Nickelhydroxid unabhängig von einer Laugung oder einem Lösen elementaren Nickels die Effektivität des Herstellens von Nickelhydroxid aus elementarem Nickel verbessert. Insbesondere ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine bessere Steuerung der Produkteigenschaften durch Ausfällen des Nickelhydroxids in einer gesteuerten Destillationsstufe. Die kristallographischen Eigenschaften des Nickelhydroxids üben einen starken Einfluss auf dessen erreichbare elektrochemische Eigenschaften aus. Ist der Kristallisationsgrad des Nickelhydroxids zu hoch, ist dessen Funktion bei einer Verwendung für Batterien nicht zufriedenstellend.
Wie sich aus 1 ergibt, wird das Nickelpulver in einer wässerig-ammoniakalischen Lösung unter Verwendung von Sauerstoff als Oxydationsmittel gelaugt. Die wässerig-ammoniakalische Lösung enthält freies Ammoniak und kann außerdem geringe Mengen Ammoniumsalz, beispielsweise als Sulfat, Chlorid, Nitrat oder Acetat enthalten. Die Konzentration des freien Ammoniaks kann sich in weiten Grenzen bewegen, sollte jedoch vorzugsweise über 4 N liegen, um sicherzustellen, dass sich ausreichende Mengen an Nickel lösen. Eine Konzentration von freiem Ammoniak von mindestens 8 N bewirkt ein Lösen von zusätzlichem Nickel. Am vorteilhaftesten im Hinblick auf eine hochkonzentrierte Nickellösung liegt die Ammoniakkonzentration bei mindestens 12 N. Besonders geeignet als Ausgangsmaterial sind Nickelpulver mit großer Oberfläche von beispielsweise 0,4 m²/g oder mehr. Derartige Pulver stammen üblicherweise aus einer thermischen Zersetzung von Nickelcarbonyl. Die Konzentration des Ammoniumsalzes kann bei 0 bis 1 N oder mehr liegen und beträgt vorzugsweise etwa 0,1 N.
Die Laugung findet vorteilhafterweise bei Temperaturen zwischen 0°C und der Siedetemperatur der Lösung statt, die ihrerseits von der Konzentration an freiem Ammoniak in der Lösung abhängt. Das Lösen des Nickelpulvers kann unter Verwendung eines oder mehrerer Behälter in Reihe bei Atmosphärendruck oder zur Beschleunigung des Nickelpulverlösens und zur Unterdrückung jeglichen Ammoniakverlusts in die Atmosphäre mit einem leichten Sauerstoff-Überdruck geschehen. Beim Lösen entstehen Nickel- und Hydroxyl-Ionen. Die Hydroxyl-Ionen können zu einer Erhöhung des pH-Wertes bis über 13 führen.
Das elementare Nickelpulver kann einen zu Schwierigkeiten beim Lösen führenden passiven Überzug besitzen. Vorliegend meint aktives Nickel ein elementares Nickel, das in einer ammoniakhaltigen Lösung bei Atmosphärendruck in Anwesenheit von Sauerstoff in Lösung geht. Zum einen lässt sich das Nickel in der Weise aktivieren, dass das Nickelpulver in einem Rührtank mit rückgeführter Prozesslösung versetzt und die dabei entstehende Suspension in einen Reaktor gebracht wird. Zum andern besteht aber auch die Möglichkeit, das Nickel mit Hilfe einer separaten Lösung aus verdünnter oder anderer Säure zu aktivieren. Schließlich besteht die Möglichkeit, das Nickel durch direktes Einbringen in einen Reaktor zu aktivieren, der auf einem Redox-Potential unter etwa –200 mV, gemessen gegen eine Standard-Kalomel-Elektrode (SCE), gehalten wird. Schließlich besteht die Möglichkeit, mit Hilfe irgendeines Reduktionsmittels, beispielsweise mittels Wasserstoffgas, den passiven, die Nickelteilchen umhüllenden Sauerstoff Überzug zu reduzieren, um das Nickel wirksam zu aktivieren.
Im Wege einer Fest/Flüssig-Trennung nach herkömmlichen Verfahren, beispielsweise durch Absetzen, Filtrieren oder magnetisches Trennen, lässt sich nichtreagiertes Nickelpulver aus der Laugungssuspension entfernen. Die klare Laugflüssigkeit wird sodann mit Nickelhydroxid-Keimen versetzt und das auf diese Weise hergestellte wässerig-ammoniakalische Gemisch einer Destillation bei Atmosphä rendruck oder Unterdruck unterworfen, um Nickelhydroxid auszufällen. Das Ammoniak verdampft aus der Lösung, während das Nickelhydroxid ausgefällt wird. Vorteilhafterweise lässt sich mit der Verwendung von Nickelhydroxid-Keimen beim Verdampfen/Ausfällen im Behälter die Morphologie und die Teilchengröße des Nickelhydroxids beim Ausfällen einstellen. Die Zugabe von Keimen, der Grad der Ammoniakverdampfung aus der Lösung und die Verdampfungstemperatur können die Eigenschaften des Hydroxids dramatisch beeinflussen. Des weiteren können die Reduktionszeit und die Destillationstemperatur den Kristallisationsgrad des Nickelhydroxids weiter verringern. Darüber hinaus ist ein Rühren des Behältereinsatzes von Vorteil, um das Abscheiden von Nickelhydroxid an den Behälterwänden zu vermeiden. Nach der Ammoniak-Destillation findet eine Fest/Flüssig-Trennung statt, um die Nickelhydroxid-Suspension von der verbrauchten Lösung zu trennen.
Die Filtrationslösung wird mit dem Kondensat aus dem Ammoniak-Reaktor vereinigt und zur Laugungsstufe zurückgeführt, wie sich das aus dem Flussdiagramm ergibt. Aufgrund des Zurückführens der wässerigen ammoniakalischen Lösung ergibt sich ein Kreislauf-Verfahren zum Herstellen von Nickelhydroxid ohne Nebenprodukte.
Sofern es um die Batterieeignung geht, lässt sich das Verfahren durch gemeinsames Ausfällen des Nickelhydroxids mit insgesamt bis etwa 15% Additiven wie Barium, Calcium, Cadmium, Cobalt, Mangan und Zink vereinfachen. Beim Einführen dieser Metalle in die Laugflüssigkeit oder gegebenenfalls auch in den Verdampfungs/Ausfäll-Behälter entsteht "dotiertes" Nickelhydroxid. Am besten enthält das Nickelhydroxid bis insgesamt 12% gleichzeitig ausgefälltes Kobalt und Zink.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen des näheren erläutert.
Laugung elementaren Nickels
Beispiel 1
In einen Kunststoffbehälter wurden 1,9 l einer wässerigen Lösung mit 8 mol/l freien Ammoniaks und 0,05 mol/l Ammoniumsulfat gegeben. Der Behälter war mit einem radialen Turbinenimpeller mit einem Durchmesser von 5,1 cm, vier Leitschaufeln, einem Sauerstoffzerstäuber, einem Kondensator, einer Redox-Potential-Elektrode und einem Thermometer ausgestattet. Mit Hilfe des Impellers wurde die Lösung mit 1200 Upm gerührt und bei Atmosphärendruck auf Raumtemperatur gehalten. Diese Installation kam bei allen Versuchen zur Verwendung.
Durch Einführen von 32 g Nickelpulver (INCO^®-Pulver 255) während des Rührens wurde ein Fest/Flüssig-Gemisch hergestellt. (Bei "INCO" handelt es sich um eine Marke der INCO-Gruppe). Nachdem das Redox-Potential der Lösung auf etwa –700 mV, gemessen mit der Standard-Kalomel-Elektrode, gefallen war, wurde Sauerstoff unter Verwendung eines Rotameters in einer Menge von 30 ml/min in die Suspension eingeführt, um das Lösen des Nickelpulvers einzuleiten. Der Sauerstoffstrom wurde nach einer Sprühzeit von sechs Stunden unterbrochen. Beim Filtrieren der Suspension ergab sich ein Filtrat mit folgender Zusammensetzung: 14,5 g/l Nickel, 4,68 g/l SO₄ und 131 g/l NH₃.
Beispiel 2
Bei diesem Versuch kam derselbe Einsatz wie im Falle des Beispiels 1 mit der Ausnahme zur Verwendung, dass die Lösung die doppelte Menge Ammoniumsulfat und geringe Mengen an Kobalt- und Zink-Pulver enthielt. Im einzelnen enthielt die Lösung 0,1 mol/l Ammoniumsulfat. Der Reaktor enthielt 1,9 l Einsatzlösung und die folgenden Mengen metallischen Pulvers: 40,7 g Nickel-Pulver (INCO 255), 0,505 g Kobalt-Pulver (Afrimet) und 0,989 g Zink-Pulver. Das Anfangspotential der Pulversuspension betrug –902 mV, gemessen gegen die Kalomel-Elektrode. Zum Laugen der Metallpulver wurde die Lösung zweiundzwanzig Stunden mit einem Sauerstoffstrom von 15 ml/min beschickt. Das Redox-Potential erhöhte sich derweil auf –166 mV, gemessen gegen die Kalomel-Elektrode. Beim Unterbrechen des Sauerstoffstroms kam die Laugung der Metalle rasch zum Ende. Nach der Laugung ergab sich ein Laugungsfiltrat mit 21 g/l Nickel, 0,23 g/l Kobalt und 0,53 g/l Zink.
Ammoniak-Destillation/Nickelhydroxid-Ausfällung
Beispiel 3
Bei diesem Versuch kam der Behälter des Beispiels 1 mit etwa 1,5 l Laugflüssigkeit aus einem Lösen von Nickel als Kobalt und Zink enthaltendes Nickelhydroxid in einer 14 N wässrig-ammoniakalischen, anionenfreien Lösung mit 5,9 g/l gelöstem Nickel zur Verwendung. Die Lösung begann bei einer Temperatur von 53° C zu sieden. Die Destillation wurde bis zu einer Lösungstemperatur von 71°C fortgesetzt. Danach wurde die Suspension gefiltert und der dabei entstehende Filterkuchen mit Wasser gewaschen sowie in einem Ofen bei 70°C getrocknet, wobei sich 10,6 g Nickelhydroxid ergaben. Dieses Nickelhydroxid enthielt 58,9 Nickel, 0,24% Kobalt und 2,75% Zink. Des weiteren ergaben sich beim Filtern 1,15 l Filtrat mit 1,88 g/l Nickel. Bei der Röntgenuntersuchung der Kristallitgröße für die 001- und die 101-Kristallebene sowie der mittleren Halbwertsbreite (MHW) der 101-Kristallbene ergab sich ein batteriegeeigneter Kristallisationsgrad. Das ohne die Verwendung von Keimen hergestellte Nickelhydroxid besaß einen hohen Kristallisationsgrad, wie sich aus den Daten der folgenden Tabelle ergibt:
Tabelle I
Der hohe Wert der Kristallitgröße der 001- und der 101-Kristallebene kennzeichnet ein in hohem Maße kristallines Gefüge. Dies belegt auch die geringe Breite der 101-Kristallebene.
Beispiel 4
Bei diesem Versuch kam die Laugflüssigkeit des Beispiels 3 zur Verwendung, jedoch enthielt der Behälter bei Versuchsbeginn 4,25 g Ni(OH)₂-Keime. Der Versuch dauerte bis zum Erreichen einer Siedetemperatur von 75°C und ergab 16,7 g Ni(OH)₂ mit der Zusammensetzung: 60,1% Nickel, 0,42% Kobalt und 2,44 Zink sowie 1,07 l Filtrat mit 1,1 g/l Nickel. Dieses Hydroxid besaß einen wesentlich geringeren Kristallisationsgrad als das des Beispiels 3, wie sich aus der nachfolgenden Tabelle 2 ergibt:
Tabelle II
Beispiel 5
Bei diesem halbsatzweisen Versuch kamen 1,5 l Filtrat des Beispiels 4 mit 20 g Ni(OH)₂ Keimen zur Verwendung. Das Gemisch wurde bis zum Siedepunkt erwärmt, der bei 82°C lag, d. h. bis zum Beginn der Destillation der beladenen Lösung. Alsdann wurde eine Lauglösung mit 15,8 g/l Nickel, 126 g/l Ammoniak und 14,1 g/l Sulfat in einer Menge von 5 ml/min in das siedende Gemisch gegeben. Der Siedepunkt verringerte sich auf 77°C, und die Temperatur wurde bis zum Ende des Versuchs im Bereich von 77 bis 78°C gehalten. Alsdann waren 1,5 l Langflüssigkeit in den Behälter gepumpt. Bei dem Versuch fielen insgesamt 31,7 g Nickelhydroxid mit dem sich aus der nachfolgenden Tabelle ergebenden Kristallisationsgrad an: Tabelle III
Der Kristallisationsgrad der Nickelhydroxid-Keime, ausgedrückt als Kristallit-Korngröße ergibt sich aus der nachfolgenden Tabelle:
Tabelle IV
Die geringe Korngröße und die Breite der Röntgenreflexkurve der 101-Kristallebene macht deutlich, dass das Hydroxid einen geringen Kristallisationsgrad und ein gutes elektrochemisches Verhalten besitzt.
Das Beispiel zeigt, dass die Verwendung von Kristallisationskeimen den Kristallisationsgrad des Nickelhydroxids drastisch beeinflusst. Darüber hinaus dürfte eine kontinuierliche Verfahrensweise, vorzugsweise bei großem Durchsatz, ebenfalls den Kristallisationsgrad des Nickelhydroxids verringern.
Bei dem Verfahren gemäß 2 reagiert das Nickelpulver auch in einer konzentrierten Lösung von freiem Ammoniak in Anwesenheit von Sauerstoff als Oxydationsmittel. Die betreffende Lösung enthält jedoch auch ein Alkalimetallsalz. Dabei handelt es sich am besten um Natrium- oder Kaliumsalz. Die Anwesenheit eines Alkalimetallsalzes, beispielsweise eines Sulfats, Acetats, Nitrats oder Chlorids, fördert sehr wirksam die Nickeloxydation bei niedrigen Temperaturen von beispielsweise 30°C oder darunter. Vorzugsweise liegt die Konzentration des freien Ammoniaks im Hinblick auf ein wirksames Lösen des Nickels bei mindestens 10 N. In einer derartigen Lösung geht das Nickel bei Atmosphärendruck und einem leichten Sauerstoff-Überdruck rasch in Lösung.
Wenn die Lösung ihren Sättigungsgrad erreicht, kann es in Abhängigkeit vom Anion des Natriumsalzes zum Ausfällen eines Nickel-Amin-Salzes kommen. Beispielsweise wird das Nickel bei der Verwendung einer Ammoniak/Natriumchlorid-Lösung, d. h. in Anwesenheit von Chlorid-Anionen, als lila-blaues Nickelaminchlo rid, vermutlich Nickel-Hexamin-Chlorid, ausgefällt. In dieser Verfahrensstufe kann das Nickel als jedwedes Nickel-Amin ausgefällt werden. Die Chlorid-Ionen fördern das Ausfällen des Nickel-Hexamins. Eine optimale Chlorid-Konzentration liegt zwischen 0,5 und 3 N. Wird das Verfahren bis zum Ausfüllen eines Nickel-Salzes fortgesetzt, ist es erforderlich, das Nickel-Salz von dem nichtreagierten Metall zu trennen. Da sich das Nickel-Amin langsamer absetzt als das Nickelpulver, besteht die Möglichkeit einer Trennung durch Sedimentation. Da zudem das Nickelpulver magnetisch ist, kommt auch eine magnetische Abtrennung des elementaren Nickelpulvers von dem nichtmagnetischen Nickel-Salz in Frage. Das abgetrennte Nickelpulver wird in die Laugungsstufe zurückgeführt, wie sich das aus dem Fließdiagramm der 2 ergibt.
Bei einem Destillationsfällen der Lauglösung und des Nickel-Ammin-Salzes in einer Ammoniak-Destillation fällt Ammoniak-Gas und Nickelhydroxid als Niederschlag an. Im Prinzip ist diese Verfahrensweise ebenso wie eine Ammoniak-Kondensation/Absorption der oben beschriebenen Verfahrensweise sehr ähnlich, jedoch mit der Ausnahme, dass mit der Langflüssigkeit das Alkalimetallsalz repetiert wird. Da bei diesem Verfahren im wesentlichen das Alkalimetallsalz vollständig zurückgeführt wird, erfordert es lediglich eine anfängliche Salz-Zugabe und ein gelegentliches Nachsetzen.
Nickelpulver-Laugung/Nickel-Ammin-Salz-Bildung
Beispiel 6
Bei diesem Versuch kamen der Kunststoffbehälter des Beispiels 1 mit einer Füllmenge von 1,7 l einer 8 NNH₃ 2 N NaCl-Lösung und 86 g Nickelpulver (INCO 123) zur Verwendung. Der Behälter enthielt einen Radialturbinen-Impeller mit einem Durchmesser von 5,1 cm, der bei Raumtemperatur (23°C) mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 1000 Upm betrieben wurde. Nach einem etwa 30-minütigen Rühren der Suspension stabilisierte sich der pH-Wert bei 12,40 und das Redox-Potential bei –850 mV. Mit dem Einsetzen des Sauerstoffstroms in einer Menge von 10 ml/min unter Zuhilfenahme einer Sprühdüse begann die Reaktion. Der Versuch wurde so lange fortgesetzt, bis sich das Potential auf –190 mV erhöht hatte. Der pH-Wert lag zu diesem Zeitpunkt bei 13,47. Bei dem Versuch bildete sich ein lila-blauer Niederschlag, der sich nach der Beendigung des Versuchs langsamer absetzte als das nichtreagierte Nickelpulver. Aufgrund der Masse und Analyse des nichtreagierten Nickelpulvers ergab sich, dass 47,08 g Nickel reagiert hatten. Die Lauglösung-Suspension des Nickel-Ammin-Chlorids enthielt 27,7 g/l Gesamtnickel bei 4,02 g/l Nickel in Lösung. Ein Teil des lila-blauen Niederschlags wurde in 140 ml destilliertem Wasser gelöst und ergab eine Lösung mit 23,8 g/l Nickel, 49 g/l Ammoniak und 32,1 g/l Chlor. Das Entspricht der Bruttoformel Ni(NH₃)_7,1(Cl)_2...3. Bei dem Niederschlag handelte es sich mithin um Nickelhexaminchlorid.
Beispiel 7
Dieser Versuch fand unter denselben Bedingungen wie im Falle des Beispiels 6 statt, jedoch ohne dass die Lösung die 8 N NH₃/2 N Natriumsulfat-Lösung enthielt. Es entstand daher kein feststellbarer Nickelamin-Niederschlag. Die Lauglösung enthielt 9,8 g/l gelöstes Nickel.
Beispiel 8
Dieser Versuch entsprach ebenfalls dem Beispiel 6, jedoch ohne dass die Lösung das 8 N NH₃/2 N Natriumacetat enthielt. Demzufolge ergab sich kein feststellbarer Nickelamin-Niederschlag. Die Laugflüssigkeit enthielt 10,1 g/l gelöstes Nickel.
Die Erfindung schafft einen Kreislauf-Prozess zum Herstellen von Nickelhydroxid ohne Umweltbelastung. Dieses Verfahren verbraucht lediglich Sauerstoff und erlaubt das Herstellen von Nickelhydroxid bei niedrigen Produktionskosten. Darüber hinaus erlaubt das Verfahren eine direkte Steuerung des Niederschlags. So ist es beispielsweise möglich, den Kristallisationsgrad des Nickelhydroxids mit Hilfe der Art der Nickelhydroxid-Keime sowie der Destillationstemperatur und -geschwindigkeit zu beeinflussen. Über den Kristallisationsgrad lässt sich das Nickelhydroxid im Hinblick auf eine maximale Batterieleistung optimieren. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, in der Lösungs- oder Ausfällungsstufe die Kristalle beeinflussende Zusätze zur weiteren Erhöhung der Batterieleistung einzubringen.
In Übereinstimmung mit den gesetzlichen Bestimmungen veranschaulicht und beschreibt die Beschreibung spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung. Der Fachmann versteht dies jedoch so, dass die Ansprüche auch Abwandlungen der Erfindung abdecken und dass bestimmte Merkmale der Erfindung vorteilhafterweise auch ohne die Anwendung anderer Merkmale funktionieren.

Claims

Verfahren zum Herstellen von Nickelhydroxid aus elementarem Nickel, bei dem a) das elementare Nickel in eine wässrige Lösung mit mindestens vier N wässrigen Ammoniaks eingebracht und zum Lösen in der wässrigen Lösung aktiviert und b) der wässrigen Lösung Sauerstoff zum Lösen des elementaren Nickels in der wässrigen Ammoniaklösung zugeführt wird, um so während des Nickellösens eine Nickel- und Nickelhydroxid-Ionen enthaltende beladene Lösung mit einem Reduktionspotential zu erzeugen, c) die Lösung zum Abscheiden dies Nickelhydroxids und zum Verdampfen der wässrigen Ammoniaklösung destilliert sowie d) die verdampfte wässrige Ammoniaklösung zum Lösen weiteren elementaren Nickels zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Nickelhydroxid während des Verdampfens auf Nickelhydroxid-Keimen abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Nickelhydroxid nach dem Destillieren der beladenen Lösung aus der verbleibenden wässrigen Ammoniaklösung abgefiltert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die wässrige Lösung ein gelöstes Alkalimetallsalz enthält.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem ein Nickelamin in der wässrigen Lösung ausgeschieden und das Gemisch aus der beladenen wässrigen Lösung und dem Nickelamin in einen Destillationsbehälter eingetragen wird.
Verfahren zum Herstellen von Nickelhydroxid aus elementarem Nickel, bei dem a) elementares Nickel in eine wässrige Lösung mit mindestens 8 N wässrigen Ammoniaks eingebracht und zum Lösen in der wässrigen Lösung aktiviert und b) der wässrigen Lösung Sauerstoff zum Lösen des elementaren Nickels in der wässrigen Ammoniaklösung zugeführt wird, um so während des Nickellösens eine Nickel- und Nickelhydroxid-Ionen enthaltende beladene Lösung mit einem Reduktionspotential zu erzeugen, c) die Lösung zum Abscheiden des Nickelhydroxids und zum Verdampfen der wässrigen Ammoniaklösung destilliert, d) das nach dem Destillieren der beladenen Lösung verbleibende Nickelhydroxid aus der wässrigen Ammoniaklösung abgefiltert und e) die wässrige Ammoniaklösung aus der Verdampfung und der Filtration zum Lösen weiteren elementaren Nickels zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem zusätzlich Nickelhexamin in der wässrigen Lösung abgeschieden und das Gemisch aus der beladenen Lösung und dem Nickelhexamin in einen Destillationsbehälter gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der wässrigen Lösung Barium, Calcium, Kadmium, Kobalt, Mangan und Zink einzeln oder nebeneinander als Additiv zugesetzt und beim Destillieren gleichzeitig bis etwa 15% Additive abgeschieden werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Destillieren der nickelhaltigen Lösung gleichzeitig bis etwa 12% Kobalt und Zink abgeschieden werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Nickel in einer wässrigen Lösung mit einer Ammoniumsalz-Konzentration von 0 bis 1 N gelöst wird.