JP2014111828A - Nickel hydroxide, method for producing the same, and obtained nickel oxide - Google Patents

Nickel hydroxide, method for producing the same, and obtained nickel oxide Download PDF

Info

Publication number
JP2014111828A
JP2014111828A JP2013220789A JP2013220789A JP2014111828A JP 2014111828 A JP2014111828 A JP 2014111828A JP 2013220789 A JP2013220789 A JP 2013220789A JP 2013220789 A JP2013220789 A JP 2013220789A JP 2014111828 A JP2014111828 A JP 2014111828A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nickel
nickel hydroxide
less
hydroxide
ppm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013220789A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Kasai
一雄 河西
Naoaki Kitagawa
直明 北川
Akikazu Tanaka
明和 田中
Yuuki Murayama
勇樹 村山
Naomi Suzuki
奈織美 鈴木
Hiroki Sekizuka
弘樹 関塚
Kazumichi Yonesato
法道 米里
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Mining Co Ltd filed Critical Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority to JP2013220789A priority Critical patent/JP2014111828A/en
Publication of JP2014111828A publication Critical patent/JP2014111828A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing high purity nickel oxide having higher crystallinity, which comprises electrolytically dissolving high purity metallic nickel, forming high purity nickel hydroxide, in particular, extremely low in sulfur as an impurity, and then roasting the nickel hydroxide.SOLUTION: A method for producing nickel hydroxide is characterized by installing an anode and a cathode in an electrolytic cell, using metallic nickel on the anode side, charging, as an electrolytic solution, a mixed solution of ammonium nitrate and an ammonium halide, performing electrolysis at a pH of 6 or higher to form a nickel ammine complex, and precipitating saturated nickel ammine complex as particulate nickel hydroxide.

Description

本発明は、水酸化ニッケルとその製造方法および得られる酸化ニッケルに関し、より詳しくは、金属ニッケルをアノードとした電解法でナトリウムやイオウなどの不純物が非常に少ない水酸化ニッケルを製造し、その水酸化ニッケルを焙焼することで高純度な酸化ニッケルを得ることができる水酸化ニッケルとその製造方法および得られる酸化ニッケルに関する。   The present invention relates to nickel hydroxide, a process for producing the same, and the resulting nickel oxide. More specifically, nickel hydroxide having a very small amount of impurities such as sodium and sulfur is produced by electrolysis using metallic nickel as an anode, and the water The present invention relates to nickel hydroxide capable of obtaining high-purity nickel oxide by roasting nickel oxide, a method for producing the same, and the obtained nickel oxide.

水酸化ニッケルおよび酸化ニッケルは、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池用正極材の原料や、固体酸化物形燃料電池の電極材料などとして広く用いられている。今後もハイブリッドカーや電気自動車の普及が見込まれ、さらに、原子力発電に変わる新たな発電システムとして、火力発電と燃料電池を組み合わせた複合発電システムの実用化が進められている。それにより、今後、水酸化ニッケルや酸化ニッケルの需要はますます増加していくものと予想される。このような用途において水酸化ニッケルや酸化ニッケルは、高純度であり粒径の小さいものが求められる。   Nickel hydroxide and nickel oxide are widely used as raw materials for positive electrode materials for secondary batteries such as nickel metal hydride batteries and lithium ion batteries, and electrode materials for solid oxide fuel cells. Hybrid cars and electric cars are expected to become popular in the future, and as a new power generation system replacing nuclear power generation, a combined power generation system combining thermal power generation and fuel cells is being put into practical use. As a result, demand for nickel hydroxide and nickel oxide is expected to increase in the future. In such applications, nickel hydroxide and nickel oxide are required to have high purity and a small particle size.

一般に、水酸化ニッケルは、硫酸ニッケル、塩化ニッケルまたは硝酸ニッケルなどのニッケル塩を含む溶液に、水酸化ナトリウムなどを添加してアルカリ性として、沈殿させて製造している(例えば、特許文献4参照)。この特許文献4によれば、ニッケル塩を含む水溶液に、アンモニアを加え、ニッケル−アンモニウム錯塩を形成し、これに苛性アルカリを作用させて、水酸化ニッケルを沈殿させるとしている。   Generally, nickel hydroxide is produced by adding sodium hydroxide or the like to a solution containing a nickel salt such as nickel sulfate, nickel chloride, or nickel nitrate to make it alkaline (see, for example, Patent Document 4). . According to Patent Document 4, ammonia is added to an aqueous solution containing a nickel salt to form a nickel-ammonium complex salt, and a caustic alkali is allowed to act on this to precipitate nickel hydroxide.

このような水酸化ニッケルを得る方法では、その原理は簡単であるが、実施には多くの工程を要し、反応液をアルカリ性にするために水酸化ナトリウムを用いることから、ナトリウムやイオウなどが残留不純物となるため洗浄工程で多量の水洗廃液が発生するだけでなく、反応後のナトリウムの硝酸塩や硫酸塩などを含む廃液などを処理する必要がある。   In such a method for obtaining nickel hydroxide, the principle is simple, but many steps are required for implementation, and sodium hydroxide is used to make the reaction solution alkaline. Since it becomes a residual impurity, not only a large amount of washing waste liquid is generated in the washing process, but also the waste liquid containing sodium nitrate or sulfate after the reaction needs to be treated.

ところで、酸化ニッケルは、上記水酸化ニッケルや硫酸ニッケル、塩化ニッケルまたは硝酸ニッケルなどを酸化雰囲気で焙焼することにより得られる。
例えば、特許文献1では、横型回転式製造炉を用いて、強制的に空気を導入しながら、最高温度を900〜1250℃として硫酸ニッケルを焙焼する方法が提案されている。この方法によれば硫黄品位が500質量ppm以下の酸化ニッケル粉末が得られるとしている。
また、特許文献2では、硫酸ニッケル水溶液をアルカリで中和し、得られた水酸化ニッケルを所定の条件で熱処理することで、硫黄品位が制御され、不純物品位、特に塩素品位が低い微細な酸化ニッケル微粉末を得る方法が提案されている。しかし、得られた酸化ニッケル中の硫黄品位を50質量ppm未満とするためには焙焼温度を950℃以上とする必要があり、このためD90も3μm以上と大きくなる傾向があった。
By the way, nickel oxide is obtained by roasting the above nickel hydroxide, nickel sulfate, nickel chloride, nickel nitrate or the like in an oxidizing atmosphere.
For example, Patent Document 1 proposes a method of roasting nickel sulfate at a maximum temperature of 900 to 1250 ° C. while forcibly introducing air using a horizontal rotary manufacturing furnace. According to this method, nickel oxide powder having a sulfur quality of 500 ppm by mass or less is obtained.
In Patent Document 2, a nickel sulfate aqueous solution is neutralized with an alkali, and the obtained nickel hydroxide is heat-treated under predetermined conditions, whereby sulfur quality is controlled and fine oxidation with low impurity quality, particularly chlorine quality. A method for obtaining nickel fine powder has been proposed. However, in order to make the sulfur grade in the obtained nickel oxide less than 50 ppm by mass, it is necessary to set the roasting temperature to 950 ° C. or higher. For this reason, D90 also tends to increase to 3 μm or more.

一方、上記のようなニッケル水酸化物を化学的に沈澱させて作製する方法以外に、ニッケル金属から電解により水酸化ニッケルを作製する方法もある。
例えば、特許文献3では、ニッケル電極を陽極で溶解することにより球状の水酸化ニッケルを沈殿する方法が提案されている。この方法では硫黄を不純物として含まないが、高い塩素濃度とpH値、温度で電解を行い、ナトリウム塩を含む電解液でpH調整するため、この方法で作製された水酸化ニッケルを焙焼して得られる酸化ニッケル中には、Naが残留し、また、残留塩素量が高くなることが懸念される。
On the other hand, there is also a method of producing nickel hydroxide by electrolysis from nickel metal in addition to the method of producing nickel hydroxide by chemical precipitation as described above.
For example, Patent Document 3 proposes a method of precipitating spherical nickel hydroxide by dissolving a nickel electrode at an anode. This method does not contain sulfur as an impurity, but electrolysis is performed at a high chlorine concentration, pH value, and temperature, and the pH is adjusted with an electrolyte containing sodium salt. In the resulting nickel oxide, there is a concern that Na remains and the amount of residual chlorine increases.

このため、ニッケル金属から電解により、効率的に水酸化ニッケルを作製でき、Naの残留がなく、また、残留塩素量が低減した高純度の酸化ニッケルが得られる製造方法が必要とされていた。   For this reason, there has been a need for a production method in which nickel hydroxide can be efficiently produced from nickel metal by electrolysis, Na residue does not remain, and high-purity nickel oxide with reduced residual chlorine content can be obtained.

特開2004−189530号公報JP 2004-189530 A 特開2011−225395号公報JP 2011-225395 A 特表2002−544382号公報Special Table 2002-544382 特開昭56−143671号公報JP-A-56-143671

本発明の目的は、金属ニッケルをアノードとした電解法でナトリウムやイオウなどの不純物が非常に少ない水酸化ニッケルを製造し、その水酸化ニッケルを焙焼することで高純度な酸化ニッケルを得ることができる水酸化ニッケルとその製造方法および得られる酸化ニッケルを提供することにある。   The object of the present invention is to produce nickel hydroxide with very few impurities such as sodium and sulfur by electrolytic method using metallic nickel as an anode, and to obtain high-purity nickel oxide by baking the nickel hydroxide. It is an object of the present invention to provide nickel hydroxide, a method for producing the same and nickel oxide obtained.

本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意研究を進めた結果、金属ニッケルをアノード側とし、電解液として硝酸アンモニウムとハロゲン化アンモニウムの混合溶液を用いることで、電解中の電解液のpH6以上に制御され、不純物として硫黄が非常に少ない水酸化ニッケルが生成することを見出し、引き続き、この水酸化ニッケルを焙焼することで、高純度で、さらに結晶性が高い酸化ニッケルが製造できることを確認して、本発明を完成するに至った。   As a result of diligent research to solve the above-mentioned problems, the present inventors have made nickel nickel as the anode side and used a mixed solution of ammonium nitrate and ammonium halide as the electrolytic solution, so that the pH of the electrolytic solution during electrolysis is 6 It has been found that nickel hydroxide with very little sulfur as an impurity is produced, and subsequently, the nickel hydroxide can be produced by high-purity and high crystallinity by baking this nickel hydroxide. As a result, the present invention has been completed.

すなわち、本発明の第1の発明によれば、電解槽内にアノードとカソードを設置し、金属ニッケルをアノード側とし、電解液として硝酸アンモニウムとハロゲン化アンモニウムの混合溶液を装入し、pH6以上で電解することにより、ニッケルアンミン錯体を生成させ、飽和したニッケルアンミン錯体を粒子状の水酸化ニッケルとして析出させることを特徴とする水酸化ニッケルの製造方法が提供される。   That is, according to the first invention of the present invention, an anode and a cathode are installed in an electrolytic cell, metallic nickel is used as the anode side, a mixed solution of ammonium nitrate and ammonium halide is charged as an electrolyte, and the pH is 6 or more. There is provided a method for producing nickel hydroxide characterized in that, by electrolysis, a nickel ammine complex is produced and a saturated nickel ammine complex is precipitated as particulate nickel hydroxide.

また、本発明の第2の発明によれば、第1の発明において、前記カソードとして、白金、チタン、チタンに白金めっきしたもの、チタンと白金をクラッドしたもの、ニッケル、およびステンレスの群から選ばれる一つの金属を用いることを特徴とする水酸化ニッケルの製造方法が提供される。   According to the second invention of the present invention, in the first invention, the cathode is selected from the group consisting of platinum, titanium, platinum-plated titanium, titanium-plated platinum, nickel, and stainless steel. There is provided a method for producing nickel hydroxide, characterized in that one metal is used.

また、本発明の第3の発明によれば、第1又は2の発明において、電解液の硝酸アンモニウム濃度は、0.1〜5.0mol/lとすることを特徴とする水酸化ニッケルの製造方法が提供される。   According to the third invention of the present invention, in the first or second invention, the concentration of ammonium nitrate in the electrolytic solution is 0.1 to 5.0 mol / l. Is provided.

また、本発明の第4の発明によれば、第1〜3のいずれかの発明において、前記ハロゲン化アンモニウム濃度が、1.0mol/l以下であることを特徴とする水酸化ニッケルの製造方法が提供される。   According to a fourth invention of the present invention, in any one of the first to third inventions, the ammonium halide concentration is 1.0 mol / l or less. Is provided.

また、本発明の第5の発明によれば、第1〜4のいずれかの発明において、前記ハロゲン化アンモニウムが塩化アンモニウムであることを特徴とする水酸化ニッケルの製造方法が提供される。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the method for producing nickel hydroxide according to any one of the first to fourth aspects, wherein the ammonium halide is ammonium chloride.

また、本発明の第6の発明によれば、第1〜5のいずれかの発明において、電解液のpHは6〜9の範囲にすることを特徴とする水酸化ニッケルの製造方法が提供される。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for producing nickel hydroxide, characterized in that in any one of the first to fifth aspects, the pH of the electrolyte is in the range of 6-9. The

また、本発明の第7の発明によれば、第1〜6のいずれかの発明において、Cr,Fe,Si,Co,Ca,Na,Zr,P,Mnのいずれの成分も含有量は10質量ppm未満であり、かつ塩素の含有量が50質量ppm未満、硫黄の含有量が1質量ppm未満である水酸化ニッケルが提供される。   According to the seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the content of any component of Cr, Fe, Si, Co, Ca, Na, Zr, P, and Mn is 10 There is provided nickel hydroxide having a mass of less than ppm, a chlorine content of less than 50 ppm, and a sulfur content of less than 1 ppm.

さらに、本発明の第8の発明によれば、第7の発明において、平均粒径が3〜200μm、かつ比表面積が10〜200m/gであることを特徴とする水酸化ニッケルが提供される。 Furthermore, according to the eighth aspect of the present invention, there is provided nickel hydroxide according to the seventh aspect, wherein the average particle size is 3 to 200 μm and the specific surface area is 10 to 200 m 2 / g. The

一方、本発明の第9の発明によれば、第7または8の発明において、水酸化ニッケルを酸化性雰囲気下、800〜1000℃の温度範囲で焙焼して得られ、Cr,Fe,Si,Co,Ca,Na,Zr,P,Mnのいずれの成分も含有量は10質量ppm未満であり、かつ塩素の含有量が50質量ppm未満、硫黄の含有量が1質量ppm未満、塩素の含有量が50質量ppm未満である酸化ニッケルが提供される。   On the other hand, according to the ninth invention of the present invention, in the seventh or eighth invention, it is obtained by roasting nickel hydroxide in an oxidizing atmosphere at a temperature range of 800 to 1000 ° C., and Cr, Fe, Si , Co, Ca, Na, Zr, P, and Mn have a content of less than 10 mass ppm, a chlorine content of less than 50 mass ppm, a sulfur content of less than 1 mass ppm, Nickel oxide having a content of less than 50 ppm by mass is provided.

また、本発明の第10の発明によれば、第9の発明において、固体電解質燃料電池の電極材料として用いられる酸化ニッケルが提供される。   According to the tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect, nickel oxide used as an electrode material for a solid electrolyte fuel cell is provided.

本発明によれば、金属ニッケルをアノード側とし、電解液として硝酸アンモニウムとハロゲン化アンモニウムの混合溶液を用い、高純度な金属ニッケルを電解で溶解するので、ニッケルアンミン錯体が飽和して、アルカリ金属が非常に少ない高純度な水酸化ニッケルを生成させることができる。   According to the present invention, metallic nickel is used as the anode side, and a mixed solution of ammonium nitrate and ammonium halide is used as the electrolytic solution, and high-purity metallic nickel is dissolved by electrolysis, so that the nickel ammine complex is saturated and the alkali metal is Very little high purity nickel hydroxide can be produced.

また、得られる水酸化ニッケルを焙焼することで、高純度で、さらに結晶性が高い酸化ニッケルを大量に、かつ容易に製造することが可能である。この工程でも、発生するNOxを電解時に生じる水素で還元できるから安全衛生上の利点もある。   Further, by baking the obtained nickel hydroxide, it is possible to easily produce a large amount of nickel oxide having high purity and high crystallinity. Even in this step, the generated NOx can be reduced with hydrogen generated during electrolysis, so that there is an advantage in safety and health.

本発明により水酸化ニッケルを製造し、さらに酸化ニッケルを製造する工程図である。It is process drawing which manufactures nickel hydroxide by this invention, and also manufactures nickel oxide. 実施例1により製造された水酸化ニッケルを電子顕微鏡で観察した写真である。It is the photograph which observed the nickel hydroxide manufactured by Example 1 with the electron microscope. 電解槽で金属ニッケルを電解し、水酸化ニッケルを生成するときのpHと電位との関係を示す電位−pH図である。It is an electric potential-pH figure which shows the relationship between pH and electric potential when electrolyzing metallic nickel in an electrolytic vessel and producing | generating nickel hydroxide. 本発明により得られた水酸化ニッケルのX線回折結果を示すチャートである。It is a chart which shows the X-ray-diffraction result of the nickel hydroxide obtained by this invention. 本発明により得られた酸化ニッケルのX線回折結果を示すチャートである。It is a chart which shows the X-ray-diffraction result of the nickel oxide obtained by this invention.

本発明の水酸化ニッケルの製造方法、得られる水酸化ニッケル、それを用いて得られる酸化ニッケルについて図面に沿って説明する。   The method for producing nickel hydroxide of the present invention, the resulting nickel hydroxide, and the nickel oxide obtained using the same will be described with reference to the drawings.

1.水酸化ニッケルの製造方法
本発明の水酸化ニッケルの製造方法は、電解槽内にアノードとカソードを設置し、金属ニッケルをアノード側とし、電解液として硝酸アンモニウムとハロゲン化アンモニウムの混合溶液を装入し、pH6以上で電解することにより、ニッケルアンミン錯体を生成させ、飽和したニッケルアンミン錯体を粒子状の水酸化ニッケルとして析出させることを特徴とする。
1. Method for Producing Nickel Hydroxide The method for producing nickel hydroxide of the present invention comprises an anode and a cathode installed in an electrolytic cell, nickel metal as the anode side, and a mixed solution of ammonium nitrate and ammonium halide as an electrolyte. The nickel ammine complex is formed by electrolysis at pH 6 or higher, and the saturated nickel ammine complex is precipitated as particulate nickel hydroxide.

図1は、本発明における酸化ニッケルの製造工程を示しており、まず、電極のアノード2、カソード3および電解液4が装入された電解槽1で水酸化ニッケルを生成し、次に電解液と水酸化ニッケルをろ過し、それを水洗しろ過を行う。それらの溶液や水洗水は再度、電解液に戻すようにし、そのため比較的シンプルながらクローズな装置構成である。水洗が終わった水酸化ニッケルは、次の工程で高温焙焼し、酸化ニッケルにする。その後、焙焼物は解砕され、任意の大きさの酸化ニッケルにして製品とされる。   FIG. 1 shows a production process of nickel oxide in the present invention. First, nickel hydroxide is produced in an electrolytic cell 1 in which an anode 2, a cathode 3 and an electrolyte 4 of electrodes are charged, and then the electrolyte is produced. And nickel hydroxide are filtered, washed with water and filtered. These solutions and washing water are returned to the electrolyte again, so that the apparatus configuration is relatively simple but closed. The nickel hydroxide that has been washed with water is roasted at a high temperature in the next step to form nickel oxide. Thereafter, the baked product is crushed and made into nickel oxide of an arbitrary size to obtain a product.

(1)電極
電解槽1内のカソード3は、電気が流れる金属であれば良いが、水素過電圧の小さな金属電極を用いることが好ましい。水素過電圧の低い金属を用いることで、電極表面での金属ニッケルの析出を抑制することができる。金属ニッケルが析出すると、やがてカソードから剥がれ落ち、水酸化ニッケル中に混入するので好ましくない。
(1) Electrode Although the cathode 3 in the electrolytic cell 1 should just be a metal through which electricity flows, it is preferable to use a metal electrode with a small hydrogen overvoltage. By using a metal having a low hydrogen overvoltage, precipitation of metallic nickel on the electrode surface can be suppressed. If metallic nickel is deposited, it will be peeled off from the cathode and mixed into nickel hydroxide, which is not preferable.

前記金属電極としては、例えば、白金、チタン、チタンに白金めっきしたもの、チタンと白金をクラッドしたもの、ニッケル、ステンレスなどが挙げられる。特にニッケルをカソードに選択した場合は、電極表面にニッケルが析出しても剥がれ落ちないため、好適に使うことができる。また、カソードに使用した後、アノードとして使いまわすことができるため、カソードのメンテナンスコストもかからないというメリットがある。一方、アノード2に用いる金属ニッケルは、そのまま水酸化ニッケルになるので、できるだけ高純度な製品を使用し、市販の電気ニッケル(純度3N以上)を用いることが望ましい。   Examples of the metal electrode include platinum, titanium, platinum-plated titanium, a clad of titanium and platinum, nickel, stainless steel, and the like. In particular, when nickel is selected as the cathode, even if nickel is deposited on the electrode surface, it does not peel off and can be suitably used. Moreover, since it can be used as an anode after being used for the cathode, there is an advantage that the maintenance cost of the cathode is not required. On the other hand, since the nickel metal used for the anode 2 becomes nickel hydroxide as it is, it is desirable to use a product having the highest purity as possible and use commercially available nickel (purity of 3N or more).

(2)電解液
本発明では電解液4の選定が重要であり、アンモニア源として、硝酸アンモニウムおよびハロゲン化アンモニウムを使用する。
(2) Electrolytic Solution In the present invention, selection of the electrolytic solution 4 is important, and ammonium nitrate and ammonium halide are used as an ammonia source.

硝酸アンモニウムを用いるのは、電解反応後に生成した水酸化ニッケル中に残留する硝酸根を比較的低温で除去するためである。硝酸アンモニウムの濃度は、0.1〜5.0mol/lの範囲であることが好ましい。より好ましい濃度は、0.4〜1.0mol/lの範囲である。0.1mol/l以上であると、生成する水酸化ニッケルの二次粒子が大きくなり、ろ過で回収するときの作業性が向上する。ただし、濃度が5.0mol/lを超えると水酸化ニッケルの晶析開始に時間がかかるため、好ましくない。   Ammonium nitrate is used to remove nitrate radicals remaining in the nickel hydroxide produced after the electrolytic reaction at a relatively low temperature. The concentration of ammonium nitrate is preferably in the range of 0.1 to 5.0 mol / l. A more preferred concentration is in the range of 0.4 to 1.0 mol / l. When it is 0.1 mol / l or more, the secondary particles of nickel hydroxide to be generated become large, and the workability when recovered by filtration is improved. However, if the concentration exceeds 5.0 mol / l, it takes time to start crystallization of nickel hydroxide, which is not preferable.

本発明においては、硝酸アンモニウムと同時にハロゲン化アンモニウムを添加する必要がある。ハロゲン化アンモニウムを添加する目的は、ハロゲンイオンの働きにより金属ニッケルを溶解しやすくするためである。ハロゲン化アンモニウムとしては、特に制限されるわけではないが、塩化アンモニウムや臭化アンモニウムが例示でき、塩化アンモニウムがより好ましい。なお、不純物として塩素の混入を避けたい場合は、臭化アンモニウムを用いることが好ましい。   In the present invention, it is necessary to add ammonium halide simultaneously with ammonium nitrate. The purpose of adding ammonium halide is to facilitate dissolution of metallic nickel by the action of halogen ions. The ammonium halide is not particularly limited, but examples include ammonium chloride and ammonium bromide, and ammonium chloride is more preferable. Note that ammonium bromide is preferably used when it is desired to avoid mixing chlorine as an impurity.

ハロゲン化アンモニウムは、添加量が少なすぎると、金属ニッケルの溶解速度が低下し、添加量が多いと水酸化ニッケルに含まれる不純物ハロゲンの濃度が高くなるため、好ましくない。そのため、ハロゲン化アンモニウムの濃度は、1.0mol/l以下であることが好ましく、0.1〜0.5mol/lがより好ましい。また、ハロゲン化アンモニウムの硝酸アンモニウムに対する添加量は、特に制限されるわけではないが、ハロゲン化アンモニウム/硝酸アンモニウムのモル比が0.1/1〜1/1の範囲にあることが好ましく、0.2/1〜0.8/1の範囲にあることがより好ましく、0.3/1〜0.5/1の範囲にあることが最も好ましい。   If the amount of ammonium halide added is too small, the dissolution rate of metallic nickel decreases, and if the amount added is large, the concentration of impurity halogen contained in nickel hydroxide increases, which is not preferable. Therefore, the concentration of ammonium halide is preferably 1.0 mol / l or less, and more preferably 0.1 to 0.5 mol / l. The amount of ammonium halide added to ammonium nitrate is not particularly limited, but the molar ratio of ammonium halide / ammonium nitrate is preferably in the range of 0.1 / 1 to 1/1. More preferably, it is in the range of / 1 to 0.8 / 1, and most preferably in the range of 0.3 / 1 to 0.5 / 1.

これに対して、従来法のように、ナトリウム塩などアルカリ金属化合物を用いると、アルカリ金属が不純物として水酸化ニッケルに混入するので高純度のものが得られない。   On the other hand, when an alkali metal compound such as a sodium salt is used as in the conventional method, the alkali metal is mixed into the nickel hydroxide as an impurity, so that a high-purity product cannot be obtained.

(3)電解条件
本発明において電解により水酸化ニッケルが生成する反応式を、下記の式(1)〜(4)に示す。電解槽1に電極のアノード2、カソード3を設置し、槽内に電解液4を入れた後、電極間に電流を流すと、アノードである金属ニッケルが溶解し(式(1))、カソード付近で発生したアンモニアでアンミン錯体が生成(式(3))する。ニッケルの溶解が進み、やがてニッケルアンミン錯体が飽和すると、水酸化ニッケルの粒子が生成して(式(4))沈殿する。
(3) Electrolytic conditions Reaction formulas in which nickel hydroxide is generated by electrolysis in the present invention are shown in the following formulas (1) to (4). When the anode 2 and the cathode 3 of the electrode are installed in the electrolytic cell 1 and the electrolytic solution 4 is put in the cell and then a current is passed between the electrodes, the metallic nickel as the anode is dissolved (formula (1)), and the cathode Ammine complex is formed with ammonia generated in the vicinity (formula (3)). When the dissolution of nickel proceeds and the nickel ammine complex is eventually saturated, nickel hydroxide particles are generated (formula (4)) and precipitated.

[化1]
Ni → Ni2+ + 2e (アノード) (1)
[Chemical 1]
Ni → Ni 2+ + 2e (anode) (1)

[化2]
2HO + 2e → H + 2OH (カソード) (2)
[Chemical formula 2]
2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH (cathode) (2)

[化3]
Ni2+ +6NH → [Ni(NH2+ (3)
[Chemical formula 3]
Ni 2+ + 6NH 3 → [Ni (NH 3 ) 6 ] 2+ (3)

[化4]
[Ni(NH2+ +2OH → Ni(OH) +6NH (4)
[Chemical formula 4]
[Ni (NH 3 ) 6 ] 2+ + 2OH → Ni (OH) 2 + 6NH 3 (4)

このとき、電解液4のpHは6以上とする必要がある。図3は、「Marcel Pourbaix, ”Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions” National Assosiation of Corrosion Engineers (1974)」に示された電位−pH図であるが、pHが6以上でないと、この電位−pH図から分かるように、水酸化ニッケルが生成しない。好ましいpHは6〜9の範囲である。pHが9より高くなると、電解槽中のアンモニアが蒸発しやすくなり、アンモニア濃度の制御が難しくなり、また、作業環境が悪化することがあり、好ましくない。   At this time, the pH of the electrolytic solution 4 needs to be 6 or more. FIG. 3 shows “Marcel Pourbaix,“ Atlas of Electrochemical Equilibrium in Aqueous Solutions ”—Negative Association of Corrosion Engineers (pH 1974). As can be seen, nickel hydroxide is not formed. A preferred pH is in the range of 6-9. If the pH is higher than 9, the ammonia in the electrolytic cell tends to evaporate, it becomes difficult to control the ammonia concentration, and the working environment may be deteriorated.

また、電解槽1内の液温は、特に制限されるわけではないが、低すぎるとニッケルアンミン錯体の分解反応が低下して水酸化ニッケルの生成量が減少する。また、高すぎると電解液4が蒸発してしまい、また、ヒータが電力を消費するため、コスト高になる。そのため、10〜70℃で電解することが望ましく、15〜65℃の範囲が好ましい。   Further, the temperature of the liquid in the electrolytic cell 1 is not particularly limited, but if it is too low, the decomposition reaction of the nickel ammine complex is lowered and the amount of nickel hydroxide produced is reduced. On the other hand, if it is too high, the electrolytic solution 4 evaporates, and the heater consumes electric power, which increases the cost. Therefore, it is desirable to electrolyze at 10-70 degreeC, and the range of 15-65 degreeC is preferable.

電極の電流密度は、特に制限されるわけではないが、低いと水酸化ニッケルの生成量が少なくなり、高くすると水酸化ニッケルの生成量は増加するが、残留物も増加するし電源も大きくなり、不経済である。そのため、電流密度は3〜20A/dmとし、5〜15A/dmとすることがより望ましい。
なお、電解液のアンモニア源に起因して電解槽から発生するアンモニアは、希硝酸に吸収して電解槽1中に還流でき、無害化される。
The current density of the electrode is not particularly limited, but if it is low, the amount of nickel hydroxide produced will decrease, and if it is high, the amount of nickel hydroxide produced will increase, but the residue will also increase and the power source will also increase. It is uneconomical. Therefore, the current density is 3 to 20 A / dm 2 and more preferably 5 to 15 A / dm 2 .
Note that ammonia generated from the electrolytic cell due to the ammonia source of the electrolytic solution can be absorbed by dilute nitric acid and refluxed into the electrolytic cell 1 to be rendered harmless.

(4)水酸化ニッケルの回収
上記の電解条件で電解後、生成した水酸化ニッケルと電解液は、ろ過分離し、水洗後、水酸化ニッケルを回収する。ろ過分離、水洗の条件は特に制限されないが、遠心ろ過分離あるいは吸引ろ過分離すれば簡単で好ましい。
(4) Recovery of nickel hydroxide After electrolysis under the above electrolysis conditions, the produced nickel hydroxide and the electrolytic solution are separated by filtration, and after washing with water, nickel hydroxide is recovered. The conditions of filtration separation and washing with water are not particularly limited, but it is simple and preferable to perform centrifugal filtration separation or suction filtration separation.

前述の通り、硝酸アンモニウム濃度が0.4mol/l以上になると、生成する水酸化ニッケルの一次粒子が凝集しあって二次粒子が大きくなり、沈降性が良く、二次粒子間に細孔が形成された状態になるので、ろ過洗浄が容易となる。これは、作業効率が高められ、経済的に水酸化ニッケルが回収できるということである。ろ過の方法は特に限定されないが、フィルタープレス、遠心分離などを用いると効率的である。
ろ過分離後の電解液及び水酸化ニッケルを水洗ろ過した水洗水は、電解液に戻して再利用することができる。これにより無駄な排水や廃棄物がなくなり、クローズドな工程となる。
As described above, when the ammonium nitrate concentration is 0.4 mol / l or more, the primary particles of the nickel hydroxide that are produced aggregate to increase the secondary particles, improve the sedimentation, and form pores between the secondary particles. As a result, it becomes easy to filter and wash. This means that the working efficiency is improved and nickel hydroxide can be recovered economically. The filtration method is not particularly limited, but it is efficient to use a filter press, centrifugal separation or the like.
Washed water obtained by washing and filtering the electrolytic solution and nickel hydroxide after filtration separation can be returned to the electrolytic solution and reused. As a result, wasteful wastewater and waste are eliminated, and the process is closed.

2.得られる水酸化ニッケル
このようにして得られた水酸化ニッケルは、図2の写真に示すように、水酸化ニッケルの一次粒子が多数凝集しあって、水酸化ニッケルの二次粒子となる。
2. Nickel hydroxide obtained In the nickel hydroxide thus obtained, as shown in the photograph of FIG. 2, a large number of primary particles of nickel hydroxide are aggregated to form secondary particles of nickel hydroxide.

水酸化ニッケルの一次粒子は、球状、鱗片状、角柱状の形状をしたものもあるが、特に一定していない。二次粒子の粒径をSEM観察で確認すると3〜200μmと大きく、BET法で求めた比表面積は10〜200m/gとなる。しかも、ナトリウムなどの不純物元素の含有量は非常に少なく、高純度である。具体的には、Cr,Fe,Si,Co,Ca,Na,Zr,P,Mnの各元素の含有量は、分析定量下限値の10質量ppm未満、Clの含有量は50質量ppm未満、硫黄の含有量は1質量ppm未満であり、これらの元素が定量下限値を超えて含有することはない。本発明では、二次粒子の粒径が、5〜100μm、比表面積が20〜180m/gのものが好ましい。 The primary particles of nickel hydroxide may be spherical, scaly, or prismatic, but are not particularly constant. When the particle size of the secondary particles is confirmed by SEM observation, it is as large as 3 to 200 μm, and the specific surface area determined by the BET method is 10 to 200 m 2 / g. In addition, the content of impurity elements such as sodium is very low and the purity is high. Specifically, the content of each element of Cr, Fe, Si, Co, Ca, Na, Zr, P, Mn is less than 10 mass ppm of the lower limit of analytical quantification, the content of Cl is less than 50 mass ppm, The sulfur content is less than 1 ppm by mass, and these elements do not exceed the lower limit of quantification. In the present invention, the secondary particles preferably have a particle size of 5 to 100 μm and a specific surface area of 20 to 180 m 2 / g.

3.酸化ニッケルの製造
前記のろ過後に得られた水酸化ニッケルは、乾燥後、酸化性雰囲気下、焙焼し酸化ニッケルとする。
3. Manufacture of nickel oxide The nickel hydroxide obtained after the filtration is dried and roasted in an oxidizing atmosphere to obtain nickel oxide.

乾燥条件は、水分を蒸発できれば特に制限されず、80℃以上に加熱することが効率的である。その際、窒素ガスやヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスを流通したり、減圧してもよい。また、酸化性雰囲気とは、酸素を5%以上含む気体であり、酸素のほかに窒素、炭酸ガスなどが含まれた混合ガス、例えば大気などが挙げられる。   The drying conditions are not particularly limited as long as moisture can be evaporated, and it is efficient to heat to 80 ° C. or higher. At that time, an inert gas such as nitrogen gas, helium, or argon may be circulated or decompressed. The oxidizing atmosphere is a gas containing 5% or more of oxygen, and includes a mixed gas containing nitrogen, carbon dioxide, etc. in addition to oxygen, such as the atmosphere.

焙焼時の温度条件は特に限定されないが、600℃以上とすることで、水酸化ニッケル二次粒子からHO、CO、NO、NOが生成し排出される。さらに高温とし800〜1000℃で水酸化ニッケルを焙焼すると、残存した塩素成分が蒸発し、高純度な酸化ニッケルを得やすい。800℃未満では残留塩素が多く、結晶性も低くなることがある。また、1000℃を超えると焙焼時間を短縮できる可能性はあるが、一般的に一次粒子が粗大化する問題があり、より好ましいのは850〜1000℃である。また、焙焼時間は、特に限定されないが、1〜5時間とすることができ、1〜3時間とすることが好ましい。焙焼工程から発生するNOxは、電解槽から出る水素により還元され無害化される。 Although the temperature conditions at the time of roasting are not particularly limited, H 2 O, CO 2 , NO, and NO 2 are generated and discharged from the nickel hydroxide secondary particles by setting the temperature to 600 ° C. or higher. Further, when nickel hydroxide is roasted at 800 to 1000 ° C. at a higher temperature, the remaining chlorine component is evaporated, and high-purity nickel oxide is easily obtained. If it is less than 800 degreeC, there are many residual chlorines and crystallinity may also become low. Moreover, when it exceeds 1000 degreeC, although roasting time may be shortened, there exists a problem which a primary particle generally coarsens, and 850-1000 degreeC is more preferable. The roasting time is not particularly limited, but can be 1 to 5 hours, preferably 1 to 3 hours. NOx generated from the roasting process is reduced and detoxified by the hydrogen discharged from the electrolytic cell.

得られる酸化ニッケルの粒径は、水酸化ニッケルの形態や焙焼条件などによって異なるので一概に規定できないが、一次粒子の平均粒径は0.1〜2.0μmとなる。好ましい酸化ニッケルの平均粒径は、0.3〜1.5μmである。粒子径が大きすぎる場合は、粉砕装置を用いた解砕工程を経ることで酸化ニッケルの微粉とすることができる。
このようにして得られた酸化ニッケルは、結晶性が高く、不純物金属や硫黄が非常に少なく、塩素も300質量ppm以下とすることができる。不純物金属や硫黄が非常に少なく、塩素が50質量ppm以下であれば、例えば固体酸化物燃料電池(SOFC)など燃料電池用の電極材料として好ましく使用される。
The particle diameter of the nickel oxide obtained varies depending on the form of nickel hydroxide, roasting conditions, and the like, and thus cannot be specified unconditionally, but the average particle diameter of the primary particles is 0.1 to 2.0 μm. A preferable average particle diameter of nickel oxide is 0.3 to 1.5 μm. When the particle size is too large, nickel oxide fine powder can be obtained through a pulverization step using a pulverizer.
The nickel oxide thus obtained has high crystallinity, very little impurity metals and sulfur, and chlorine can be 300 ppm by mass or less. If there are very few impurity metals and sulfur and chlorine is 50 mass ppm or less, it is preferably used as an electrode material for a fuel cell such as a solid oxide fuel cell (SOFC).

以下、実施例を用いて本発明を説明するが、本発明は実施例によってのみ限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated using an Example, this invention is not limited only by an Example.

(実施例1)
<実験1>
アノードに純度3Nのニッケル板(50×50×2mm)、カソードにチタン板(25×25×1mm)を電解槽に取り付け、電解液として、硝酸アンモニウム(0.4mol/l)と塩化アンモニウム(0.12mol/l)を500ml装入した。次に、アノードの電流密度5A/dmで3時間電解し、水酸化ニッケルを生成させた。この時の槽電圧は6V、pHは8〜9とした。液温は30℃から開始して、3時間電解後の液温を表1にまとめた。
電解により沈殿した水酸化ニッケルを吸引ろ過によりろ過し、純水によって、ろ液の電気伝導度が1mS/cmとなるまで洗浄し、オーブンで設定温度100℃の条件で乾燥させた。得られた水酸化ニッケル粉末(試料a)の粒子形状を電子顕微鏡(SEM)で観察すると図2のようであった。また、不純物量は、S,Cl,Cr,Fe,Si,Co,Ca,Na,Zr,P,Mnの元素について測定し、Sは赤外分光分析とICP(Inductively Coupled Plasma)発光分光分析、Clは蛍光X線分析、Naは原子吸光分析、その他の元素はICP発光分光分析で行った。その結果、表1に示すように、ニッケル以外の不純物金属Cr,Fe,Co,Ca,Na,Zr,Mnは定量下限10ppm未満、硫黄は1質量ppm未満であった。また、水酸化ニッケル粉末のX線回折測定(XRD)をしたところ、図4のように、チャートにはNi(OH)のピークが確認された。
Example 1
<Experiment 1>
A nickel plate having a purity of 3N (50 × 50 × 2 mm) is attached to the anode, and a titanium plate (25 × 25 × 1 mm) is attached to the cathode, and ammonium nitrate (0.4 mol / l) and ammonium chloride (0. 12 mol / l) was charged at 500 ml. Next, electrolysis was performed at an anode current density of 5 A / dm 2 for 3 hours to produce nickel hydroxide. The cell voltage at this time was 6V, and pH was 8-9. The liquid temperature started from 30 ° C., and the liquid temperature after 3 hours of electrolysis is summarized in Table 1.
Nickel hydroxide precipitated by electrolysis was filtered by suction filtration, washed with pure water until the electrical conductivity of the filtrate reached 1 mS / cm, and dried in an oven at a set temperature of 100 ° C. The particle shape of the obtained nickel hydroxide powder (sample a) was observed with an electron microscope (SEM) as shown in FIG. The amount of impurities is measured for elements of S, Cl, Cr, Fe, Si, Co, Ca, Na, Zr, P, and Mn, and S is infrared spectroscopic analysis and ICP (Inductively Coupled Plasma) emission spectroscopic analysis, Cl was analyzed by fluorescent X-ray analysis, Na was analyzed by atomic absorption, and other elements were analyzed by ICP emission spectroscopy. As a result, as shown in Table 1, impurity metals other than nickel, such as Cr, Fe, Co, Ca, Na, Zr, and Mn, were less than the lower limit of determination of 10 ppm, and sulfur was less than 1 mass ppm. Further, when X-ray diffraction measurement (XRD) of the nickel hydroxide powder was performed, a peak of Ni (OH) 2 was confirmed in the chart as shown in FIG.

<実験2>
硝酸アンモニウムを1mol/l、塩化アンモニウムを0.3mol/lにした以外は<実験1>と同じ条件で電解を行い、水酸化ニッケル(試料b)を得た。得られた水酸化ニッケルの不純物量は、表1に示すように、ニッケル以外の金属は定量下限未満であった。
<Experiment 2>
Electrolysis was performed under the same conditions as in <Experiment 1> except that ammonium nitrate was changed to 1 mol / l and ammonium chloride was changed to 0.3 mol / l to obtain nickel hydroxide (sample b). As shown in Table 1, the amount of impurities in the obtained nickel hydroxide was less than the lower limit of quantification of metals other than nickel.

<実験3>
硝酸アンモニウムを1mol/l、塩化アンモニウムを0.5mol/lにした以外は<実験1>と同じ条件で電解を行い、水酸化ニッケル(試料c)を得た。得られた水酸化ニッケルの不純物量は、表1に示すように、ニッケル以外の金属は定量下限未満であった。
<Experiment 3>
Electrolysis was performed under the same conditions as in <Experiment 1> except that ammonium nitrate was changed to 1 mol / l and ammonium chloride was changed to 0.5 mol / l to obtain nickel hydroxide (sample c). As shown in Table 1, the amount of impurities in the obtained nickel hydroxide was less than the lower limit of quantification of metals other than nickel.

<実験4>
アノードの電流密度15A/dmにした以外は<実験1>と同じ条件で電解を行い、水酸化ニッケルを得た。得られた水酸化ニッケル(試料d)の不純物量は、表1に示すように、ニッケル以外の金属は定量下限未満であった。
<Experiment 4>
Electrolysis was carried out under the same conditions as in <Experiment 1> except that the anode current density was 15 A / dm 2 to obtain nickel hydroxide. As shown in Table 1, the amount of impurities in the obtained nickel hydroxide (sample d) was less than the lower limit of quantification for metals other than nickel.

<実験5>
カソードを白金クラッド板(25×25×1mm)にした以外は<実験1>と同じ条件で電解を行い、水酸化ニッケル(試料e)を得た。得られた水酸化ニッケルの不純物量は、表1に示すように、ニッケル以外の金属は定量下限未満であった。
<Experiment 5>
Electrolysis was performed under the same conditions as in <Experiment 1> except that the cathode was a platinum clad plate (25 × 25 × 1 mm) to obtain nickel hydroxide (sample e). As shown in Table 1, the amount of impurities in the obtained nickel hydroxide was less than the lower limit of quantification of metals other than nickel.

<実験6>
カソードをニッケル板(25×25×13mm)にし、硝酸アンモニウム濃度を0.6mol/l、塩化アンモニウムを0.12mol/lにした以外は<実験1>と同じ条件で電解を行い、水酸化ニッケル(試料f)を得た。得られた水酸化ニッケルの不純物量は、表1に示すように、ニッケル以外の金属は定量下限未満であった。
<Experiment 6>
Electrolysis was performed under the same conditions as in <Experiment 1> except that the cathode was a nickel plate (25 × 25 × 13 mm), the ammonium nitrate concentration was 0.6 mol / l, and ammonium chloride was 0.12 mol / l. Sample f) was obtained. As shown in Table 1, the amount of impurities in the obtained nickel hydroxide was less than the lower limit of quantification of metals other than nickel.

<実験7>
カソードをSUS316板(25×25×1mm)にした以外は<実験6>と同じ条件で電解を行い、水酸化ニッケル(試料g)を得た。得られた水酸化ニッケルの不純物量は、表1に示すように、ニッケル以外の金属は定量下限未満であった。
<Experiment 7>
Electrolysis was performed under the same conditions as in <Experiment 6> except that the cathode was a SUS316 plate (25 × 25 × 1 mm) to obtain nickel hydroxide (sample g). As shown in Table 1, the amount of impurities in the obtained nickel hydroxide was less than the lower limit of quantification of metals other than nickel.

(比較例1)
電解液に塩化アンモニウムを添加しなかった事以外は実施例1<実験1>と同じ条件で電解を実施した。ところが、金属ニッケルが溶解せず、水酸化ニッケルは得られなかった。
(Comparative Example 1)
The electrolysis was performed under the same conditions as in Example 1 <Experiment 1> except that ammonium chloride was not added to the electrolytic solution. However, nickel metal was not dissolved and nickel hydroxide was not obtained.

(比較例2)
特許文献3の実施例に従って、電解槽を用意し、塩化ナトリウム44.6g/lおよびアンモニア2.6g/lからなる電解塩水を毎時48gで供給管を通して導入した。pH値は、1mol/lの水酸化ナトリウム溶液を供給管から導入することにより、電解塩水を温度55℃で10.3になるように調節した。電極として、電極面積400cmのニッケル陽極およびニッケル陰極を用い、電解槽で電解塩水2.3リットルを循環しながら電流密度1000A/mで電解した。
得られた水酸化ニッケルを、先ず完全に脱イオンされた水で洗浄し、次いで1mol/lの水酸化ナトリウム溶液、そして再度完全に脱イオンされた水で洗浄し、温度70℃の空気循環炉で乾燥した。これにより水酸化ニッケルが時間収量76gで得られた。得られた水酸化ニッケル粉末のSEM写真を見ると、粒子形状は球状で、粒子は互いに結合していなかった。Naの含有量が高いため比表面積は測定しなかった。
得られた水酸化ニッケル(試料h)を分析した結果、生成物がニッケル57.5重量%、ナトリウム17質量ppm、塩素300質量ppmおよびアンモニア40質量ppm以下であった。
(Comparative Example 2)
According to the example of Patent Document 3, an electrolytic cell was prepared, and electrolytic brine consisting of 44.6 g / l sodium chloride and 2.6 g / l ammonia was introduced through the supply pipe at 48 g per hour. The pH value was adjusted so that the electrolytic brine was 10.3 at a temperature of 55 ° C. by introducing a 1 mol / l sodium hydroxide solution from the supply pipe. A nickel anode and a nickel cathode having an electrode area of 400 cm 2 were used as electrodes, and electrolysis was performed at a current density of 1000 A / m 2 while circulating 2.3 liters of electrolytic brine in an electrolytic cell.
The nickel hydroxide obtained is first washed with completely deionized water, then washed with 1 mol / l sodium hydroxide solution and again with completely deionized water, at an air circulating oven at a temperature of 70 ° C. And dried. This gave nickel hydroxide with a time yield of 76 g. When the SEM photograph of the obtained nickel hydroxide powder was viewed, the particle shape was spherical and the particles were not bonded to each other. The specific surface area was not measured due to the high Na content.
As a result of analyzing the obtained nickel hydroxide (sample h), the product was 57.5 wt% nickel, 17 mass ppm sodium, 300 mass ppm chlorine, and 40 mass ppm ammonia or less.

Figure 2014111828
Figure 2014111828

「評価」
上記結果から、実施例1では本発明の方法で、特定のアンモニウム化合物を含む電解液とし、高純度の金属ニッケルをアノード電極として用いて電解したので、得られた水酸化ニッケル粉末の粒子形状を電子顕微鏡(SEM)で観察すると、水酸化ニッケルの大きな二次粒子間に空隙が形成され、ろ過性が高いものとなった。また、不純物として微量の塩素を含有するが、表1に示すようにニッケル以外の金属は定量下限未満であった。
"Evaluation"
From the above results, in Example 1, an electrolytic solution containing a specific ammonium compound was electrolyzed by using the method of the present invention, and high purity metallic nickel was used as an anode electrode. When observed with an electron microscope (SEM), voids were formed between the large secondary particles of nickel hydroxide, and the filterability was high. Moreover, although a trace amount chlorine is contained as an impurity, as shown in Table 1, metals other than nickel were less than the lower limit of quantification.

これに対して、比較例1では、電解液がハロゲン化アンモニウムを含まなかったので、水酸化ニッケルが析出しなかった。また、比較例2では、電解液がアンモニア水と塩化ナトリウムを含む溶液であったので、得られた水酸化ニッケル粉末の粒子形状が球状となり、粒子は互いに結合しておらず、ろ過性が非常に悪いものとなった。また、不純物量は、表1に示すように、電解液に由来するナトリウムを高濃度で含有した。   On the other hand, in Comparative Example 1, since the electrolytic solution did not contain ammonium halide, nickel hydroxide was not deposited. In Comparative Example 2, since the electrolytic solution was a solution containing aqueous ammonia and sodium chloride, the resulting nickel hydroxide powder had a spherical particle shape, the particles were not bonded to each other, and the filterability was very high. It was bad. Further, as shown in Table 1, the amount of impurities contained sodium derived from the electrolyte at a high concentration.

(実施例2)
<実験8>
実施例1の<実験1>で得られた水酸化ニッケル(試料a)を、大気中、800℃で2時間焙焼して解砕し、酸化ニッケル(試料i)を得た。得られた酸化ニッケルの塩素量は、50質量ppm未満であった。また、酸化ニッケル粉末のX線回折測定(XRD)をしたところ、図5のように、NiOのピークのみが観察された。
なお、酸化ニッケルの不純物分析は、S,Cl,Cr,Fe,Si,Co,Ca,Na,Zr,P,Mnの元素について測定し、Sは赤外分光分析とICP発光分光分析、Clは蛍光X線分析、Naは原子吸光分析、その他の元素はICP発光分光分析で行った。
(Example 2)
<Experiment 8>
Nickel hydroxide (sample a) obtained in <Experiment 1> of Example 1 was baked in the atmosphere at 800 ° C. for 2 hours to be crushed to obtain nickel oxide (sample i). The amount of chlorine in the obtained nickel oxide was less than 50 ppm by mass. Further, when X-ray diffraction measurement (XRD) of the nickel oxide powder was performed, only the NiO peak was observed as shown in FIG.
In addition, the impurity analysis of nickel oxide is measured for elements of S, Cl, Cr, Fe, Si, Co, Ca, Na, Zr, P, and Mn, S is infrared spectroscopic analysis and ICP emission spectroscopic analysis, and Cl is X-ray fluorescence analysis, Na for atomic absorption analysis, and other elements for ICP emission spectroscopic analysis.

<実験9>
実施例1の<実験1>で得られた水酸化ニッケル(試料a)を、大気中、850℃で2時間焙焼して解砕し、酸化ニッケル(試料j)を得た。得られた酸化ニッケルの塩素量は、50質量ppm未満であった。
<Experiment 9>
Nickel hydroxide (sample a) obtained in <Experiment 1> of Example 1 was baked in the atmosphere at 850 ° C. for 2 hours and crushed to obtain nickel oxide (sample j). The amount of chlorine in the obtained nickel oxide was less than 50 ppm by mass.

<実験10>
実施例1の<実験1>で得られた水酸化ニッケル(試料a)を、大気中、950℃で2時間焙焼して解砕し、酸化ニッケル(試料k)を得た。得られた酸化ニッケルの塩素量は、50質量ppm未満であった。
<Experiment 10>
Nickel hydroxide (sample a) obtained in <Experiment 1> of Example 1 was baked and pulverized in the atmosphere at 950 ° C. for 2 hours to obtain nickel oxide (sample k). The amount of chlorine in the obtained nickel oxide was less than 50 ppm by mass.

(比較例3)
比較例2で得られた水酸化ニッケル(試料h)を、大気中、800℃で2時間焙焼して解砕し、酸化ニッケルを得た。得られた酸化ニッケル(試料l)のナトリウム量は、21質量ppm、硫黄量は2質量ppm、塩素量は70質量ppmであった。
(Comparative Example 3)
Nickel hydroxide (sample h) obtained in Comparative Example 2 was baked and crushed at 800 ° C. for 2 hours in the air to obtain nickel oxide. The obtained nickel oxide (Sample 1) had a sodium content of 21 mass ppm, a sulfur content of 2 mass ppm, and a chlorine content of 70 mass ppm.

Figure 2014111828
Figure 2014111828

「評価」
上記結果を示す表2から、実施例2では本発明の方法で得られた水酸化ニッケル粉末(実施例1)を酸化性雰囲気で焙焼したので、水酸化ニッケル粉末で観察されたNi(OH)のピーク以外の異相ピークが消失し、結晶性が高い酸化ニッケル粉となった。このような酸化ニッケル粉は、燃料電池の電極材料などとして十分な電気特性を期待できる。
これに対して、比較例3では、塩化ナトリウムを含む電解塩水を用いて得られた水酸化ニッケル粉末(比較例2)を酸化性雰囲気で焙焼したので、ナトリウムを高濃度で含有した酸化ニッケル粉となった。このような酸化ニッケル粉では、燃料電池の電極材料などとして必要な電気特性を期待することができない。
"Evaluation"
From Table 2 showing the above results, in Example 2, since nickel hydroxide powder (Example 1) obtained by the method of the present invention was roasted in an oxidizing atmosphere, Ni (OH) observed in the nickel hydroxide powder was observed. ) The heterophasic peaks other than the peak 2 disappeared, and nickel oxide powder with high crystallinity was obtained. Such nickel oxide powder can be expected to have sufficient electrical characteristics as an electrode material for a fuel cell.
In contrast, in Comparative Example 3, since nickel hydroxide powder (Comparative Example 2) obtained using electrolytic brine containing sodium chloride was roasted in an oxidizing atmosphere, nickel oxide containing sodium at a high concentration was used. It became powder. With such nickel oxide powder, it is not possible to expect electrical characteristics required as an electrode material for a fuel cell.

(実施例3)
<実験11>
電解時間を15時間とした以外は、実施例1の<実験1>と同様にして得られた水酸化ニッケルを実施例2の<実験10>と同様にして焙焼、解砕し、酸化ニッケルを得た(試料m)。得られた酸化ニッケルの粒度分布を湿式粒度分布計で測定したところ、D50の値は1.2μmであった。
なお、<実験8>で得られた酸化ニッケル(試料k)の粒度分布を湿式粒度分布計で測定したところ、D50の値が0.3μmであった。
(Example 3)
<Experiment 11>
Nickel hydroxide obtained in the same manner as in <Experiment 1> in Example 1 was roasted and crushed in the same manner as in <Experiment 10> in Example 2 except that the electrolysis time was 15 hours. (Sample m). When the particle size distribution of the obtained nickel oxide was measured with a wet particle size distribution meter, the value of D50 was 1.2 μm.
In addition, when the particle size distribution of the nickel oxide (sample k) obtained in <Experiment 8> was measured with a wet particle size distribution meter, the value of D50 was 0.3 μm.

Figure 2014111828
Figure 2014111828

「評価」
上記結果を示す表3から、実施例3では本発明の方法で得られる酸化ニッケル粉の粒径は、電解を行う時間によって制御することができることが分かる。このような酸化ニッケル粉製造方法は、燃料電池の電極材料などを作製する際に極めて有効な手段といえる。
"Evaluation"
From Table 3 showing the above results, it can be seen that in Example 3, the particle size of the nickel oxide powder obtained by the method of the present invention can be controlled by the time for electrolysis. Such a method for producing nickel oxide powder can be said to be an extremely effective means for producing electrode materials for fuel cells.

本発明によって得られる水酸化ニッケルおよび酸化ニッケルは、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池用正極材の原料や、固体酸化物形燃料電池の電極材料などとして広く用いることができる。また、ハイブリッドカーや電気自動車、さらには原子力発電に代わる新たな発電システムの構成材料としても利用でき、その工業的価値は極めて大きい。   The nickel hydroxide and nickel oxide obtained by the present invention can be widely used as a raw material for a positive electrode material for a secondary battery such as a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery, or an electrode material for a solid oxide fuel cell. It can also be used as a component material for hybrid cars, electric cars, and new power generation systems that replace nuclear power generation, and its industrial value is extremely high.

1 電解槽
2 アノード
3 カソード
4 電解液
1 Electrolyzer 2 Anode 3 Cathode 4 Electrolyte

また、本発明の第7の発明によれば、第1〜6のいずれかの発明において、Cr,Fe,Si,Co,Ca,Na,Zr,P,Mnのいずれの成分も含有量は10質量ppm未満であり、かつ塩素の含有量が0.5質量%未満、硫黄の含有量が1質量ppm未満である水酸化ニッケルが提供される。 According to the seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the content of any component of Cr, Fe, Si, Co, Ca, Na, Zr, P, and Mn is 10 There is provided nickel hydroxide having a mass of less than ppm, a chlorine content of less than 0.5 mass% , and a sulfur content of less than 1 mass ppm.

一方、本発明の第9の発明によれば、第7または8の発明において、水酸化ニッケルを酸化性雰囲気下、800〜1000℃の温度範囲で焙焼して得られ、Cr,Fe,Si,Co,Ca,Na,Zr,P,Mnのいずれの成分も含有量は10質量ppm未満であり、かつ塩素の含有量が50質量ppm未満、硫黄の含有量が1質量ppm未満である酸化ニッケルが提供される。   On the other hand, according to the ninth invention of the present invention, in the seventh or eighth invention, it is obtained by roasting nickel hydroxide in an oxidizing atmosphere at a temperature range of 800 to 1000 ° C., and Cr, Fe, Si , Co, Ca, Na, Zr, P, and Mn are contained in less than 10 ppm by mass, and the chlorine content is less than 50 ppm by mass, and the sulfur content is less than 1 ppm by mass. Nickel is provided.

水酸化ニッケルの一次粒子は、球状、鱗片状、角柱状の形状をしたものもあるが、特に一定していない。二次粒子の粒径をSEM観察で確認すると3〜200μmと大きく、BET法で求めた比表面積は10〜200m/gとなる。しかも、ナトリウムなどの不純物元素の含有量は非常に少なく、高純度である。具体的には、Cr,Fe,Si,Co,Ca,Na,Zr,P,Mnの各元素の含有量は、分析定量下限値の10質量ppm未満、Clの含有量は0.5質量%未満、硫黄の含有量は1質量ppm未満であり、これらの元素が定量下限値を超えて含有することはない。本発明では、二次粒子の粒径が、5〜100μm、比表面積が20〜180m/gのものが好ましい。 The primary particles of nickel hydroxide may be spherical, scaly, or prismatic, but are not particularly constant. When the particle size of the secondary particles is confirmed by SEM observation, it is as large as 3 to 200 μm, and the specific surface area determined by the BET method is 10 to 200 m 2 / g. In addition, the content of impurity elements such as sodium is very low and the purity is high. Specifically, the content of each element of Cr, Fe, Si, Co, Ca, Na, Zr, P, and Mn is less than 10 mass ppm of the lower limit of analysis determination, and the content of Cl is 0.5 mass%. The sulfur content is less than 1 ppm by mass, and these elements never exceed the lower limit of quantification. In the present invention, the secondary particles preferably have a particle size of 5 to 100 μm and a specific surface area of 20 to 180 m 2 / g.

Claims (10)

電解槽内にアノードとカソードを設置し、金属ニッケルをアノード側とし、電解液として硝酸アンモニウムとハロゲン化アンモニウムの混合溶液を装入し、pH6以上で電解することにより、ニッケルアンミン錯体を生成させ、飽和したニッケルアンミン錯体を粒子状の水酸化ニッケルとして析出させることを特徴とする水酸化ニッケルの製造方法。   An anode and a cathode are installed in the electrolytic cell, metallic nickel is set as the anode side, a mixed solution of ammonium nitrate and ammonium halide is charged as an electrolytic solution, and electrolysis is performed at a pH of 6 or more to generate a nickel ammine complex, which is saturated. A nickel hydroxide production method, wherein the nickel ammine complex is precipitated as particulate nickel hydroxide. 前記カソードとして、白金、チタン、チタンに白金めっきしたもの、チタンと白金をクラッドしたもの、ニッケル、およびステンレスの群から選ばれる一つの金属を用いることを特徴とする請求項1に記載の水酸化ニッケルの製造方法。   2. The hydroxide according to claim 1, wherein one metal selected from the group consisting of platinum, titanium, titanium-plated titanium, clad of titanium and platinum, nickel, and stainless steel is used as the cathode. Nickel manufacturing method. 前記硝酸アンモニウム濃度が、0.1〜5.0mol/lであることを特徴とする請求項1または2に記載の水酸化ニッケルの製造方法。   The method for producing nickel hydroxide according to claim 1, wherein the ammonium nitrate concentration is 0.1 to 5.0 mol / l. 前記ハロゲン化アンモニウム濃度が、1.0mol/l以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の水酸化ニッケルの製造方法。   The method for producing nickel hydroxide according to any one of claims 1 to 3, wherein the ammonium halide concentration is 1.0 mol / l or less. 前記ハロゲン化アンモニウムが、塩化アンモニウムであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の水酸化ニッケルの製造方法。   The method for producing nickel hydroxide according to claim 1, wherein the ammonium halide is ammonium chloride. 電解槽のpHが、6〜9の範囲であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の水酸化ニッケルの製造方法。   The pH of an electrolytic cell is the range of 6-9, The manufacturing method of the nickel hydroxide in any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. 請求項1〜6のいずれかに記載の方法で得られ、Cr,Fe,Si,Co,Ca,Na,Zr,P,Mnのいずれの成分も含有量は10質量ppm未満であり、かつ塩素の含有量が50質量ppm未満、硫黄の含有量が1質量ppm未満である水酸化ニッケル。   It is obtained by the method according to any one of claims 1 to 6, and any component of Cr, Fe, Si, Co, Ca, Na, Zr, P, Mn is less than 10 mass ppm, and chlorine The nickel hydroxide whose content is less than 50 mass ppm and whose sulfur content is less than 1 mass ppm. 平均粒径が3〜200μm、かつ比表面積が10〜200m/gであることを特徴とする請求項7に記載の水酸化ニッケル。 The nickel hydroxide according to claim 7, wherein the average particle diameter is 3 to 200 μm and the specific surface area is 10 to 200 m 2 / g. 請求項7又は8に記載の水酸化ニッケルを酸化性雰囲気下、800〜1000℃の温度範囲で焙焼して得られ、Cr,Fe,Si,Co,Ca,Na,Zr,P,Mnのいずれの成分も含有量は10質量ppm未満であり、かつ塩素の含有量が50質量ppm未満、硫黄の含有量が1質量ppm未満である酸化ニッケル。   The nickel hydroxide according to claim 7 or 8 is obtained by roasting in a temperature range of 800 to 1000 ° C in an oxidizing atmosphere, and is made of Cr, Fe, Si, Co, Ca, Na, Zr, P, Mn. Nickel oxide whose content is less than 10 ppm by mass, chlorine content is less than 50 ppm by mass, and sulfur content is less than 1 ppm by mass. 固体電解質燃料電池の電極材料として用いられることを特徴とする請求項9に記載の酸化ニッケル。   The nickel oxide according to claim 9, wherein the nickel oxide is used as an electrode material of a solid electrolyte fuel cell.
JP2013220789A 2012-10-30 2013-10-24 Nickel hydroxide, method for producing the same, and obtained nickel oxide Pending JP2014111828A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013220789A JP2014111828A (en) 2012-10-30 2013-10-24 Nickel hydroxide, method for producing the same, and obtained nickel oxide

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012238794 2012-10-30
JP2012238794 2012-10-30
JP2013220789A JP2014111828A (en) 2012-10-30 2013-10-24 Nickel hydroxide, method for producing the same, and obtained nickel oxide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014111828A true JP2014111828A (en) 2014-06-19

Family

ID=51169130

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013220789A Pending JP2014111828A (en) 2012-10-30 2013-10-24 Nickel hydroxide, method for producing the same, and obtained nickel oxide

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014111828A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7439087B2 (en) Battery recycling by hydrogen gas injection in leachate
JP7420799B2 (en) Battery recycling by electrolysis of leachate to remove copper impurities
JP6327125B2 (en) Hexafluoromanganese (IV) acid salt and double fluoride phosphor and method for producing them
CN101949038B (en) Method for preparing TiCxOy composite anode with electrolysis method
CN111471864A (en) Method for recovering copper, aluminum and iron from waste lithium ion battery leachate
JP7084669B1 (en) How to recover lithium from waste lithium-ion batteries
Zhang et al. Self-powered recycling of spent lithium iron phosphate batteries via triboelectric nanogenerator
CN112981433A (en) Method for recycling waste lithium iron phosphate anode material by electrolyzing cation membrane pulp and recycled lithium hydroxide
CN107164777A (en) A kind of method of film electrolysis separating magnesium and enriching lithium from salt lake brine with high magnesium-lithium ratio
JP5568977B2 (en) Method for recovering manganese from batteries
KR102460255B1 (en) Purification method of cobalt chloride aqueous solution
CN104213154B (en) Utilize the method that magnesia is raw material electrolytic preparation magnesium alloy
CN111477986B (en) Method for preparing ternary lithium ion battery precursor by electrolyzing sodium sulfate waste liquid
JP6007601B2 (en) Method for producing manganese oxide
Gu et al. Comprehensive recycling of spent lithium-ion battery cathodes and anodes via a targeted electrochemical redox process
CN102849802A (en) Preparation method of manganese sulfate solution with ultralow calcium and magnesium impurity concentration
JP2015021181A (en) Method for producing nickel hydroxide
JP2014111828A (en) Nickel hydroxide, method for producing the same, and obtained nickel oxide
Makarava et al. Electrochemical cobalt oxidation in chloride media
JP2015004096A (en) Method for producing nickel hydroxide
CN103184472A (en) Method for preparing high-purity zinc by electrolysis
RU2794298C2 (en) Battery recycling by treatment with nickel metallic leaching agent
JP5544798B2 (en) Method for producing lithium manganate and manganese dioxide used therefor
WO2023164641A2 (en) Electrochemical production of lithium hydroxide
WO2024082063A1 (en) Direct cathode regeneration method for lithium-ion battery recycling

Legal Events

Date Code Title Description
RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20150511

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20150608