JP2006515950A - Active nickel mixed hydroxide-cathode material for alkaline storage battery and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
アルカリ蓄電池中に使用するための活性ニッケル混合水酸化物−カソード材料は、特別な複峰性の粒度分布を有し、この粒度分布によりニッケル混合水酸化物−カソード材料の良好な特性が達成される。ニッケル混合物水酸化物材料の製造は、特に有利に、組み込まれた浄化区域を有するループ型反応器の連続的沈殿プロセスで行う。Active nickel mixed hydroxide-cathode materials for use in alkaline storage batteries have a special bimodal particle size distribution, which achieves good properties of nickel mixed hydroxide-cathode materials. The The production of the nickel mixture hydroxide material is particularly advantageously carried out in a continuous precipitation process in a loop reactor with an integrated purification zone.
Description
本発明は、アルカリ蓄電池用の活性ニッケル混合水酸化物−カソード材料及びその製造方法に関する。より厳密に、本発明は、定義された量及びサイズの主集団と副集団とを含有するニッケル混合水酸化物材料、並びに方法工程において複峰性のニッケル混合水素化物が得られる方法に関する。 The present invention relates to an active nickel mixed hydroxide-cathode material for an alkaline storage battery and a method for producing the same. More precisely, the present invention relates to a nickel mixed hydroxide material containing a defined amount and size of a main population and a subpopulation, and a method whereby a multimodal nickel mixed hydride is obtained in the process steps.
従来の技術
活性材料として主に水酸化ニッケルを含有するニッケル混合水酸化物電極は、正の電極としてニッケルカドミウム(NiCd)蓄電池及びニッケル金属水酸化物(NiMH)蓄電池に使用される。特に、このような蓄電池を可搬型の電気機器又は車両に使用する観点で、蓄電池の容量を改善する要求が高まることにより、使用される蓄電池のエネルギー密度の改善が必要である。蓄電池のエネルギー密度は、主に正の電極の製造のために使用されるニッケル混合水酸化物材料の品質に依存する。電気化学的容量が高くかつタップ密度が高い材料が特に有利である。
Prior Art Nickel mixed hydroxide electrodes containing mainly nickel hydroxide as an active material are used as positive electrodes in nickel cadmium (NiCd) and nickel metal hydroxide (NiMH) batteries. In particular, from the viewpoint of using such a storage battery in a portable electric device or vehicle, an increase in the demand for improving the capacity of the storage battery requires an improvement in the energy density of the storage battery used. The energy density of the storage battery depends mainly on the quality of the nickel mixed hydroxide material used for the production of the positive electrode. A material with a high electrochemical capacity and a high tap density is particularly advantageous.
ニッケル混合水酸化物−カソード材料の特性を改善するために、この材料の組成並びに製造法に関する多様なアプローチがある。 In order to improve the properties of the nickel mixed hydroxide-cathode material, there are a variety of approaches regarding the composition and manufacturing method of this material.
刊行物EP 0353837 B1は、ニッケル(II)塩溶液、アンモニウム供給源及び水酸化物供給源の組み合わせによるニッケル−混合水酸化物の基本的な製造方法を記載している。ニッケル水酸化物の結晶中に固溶体の形で亜鉛又はマグネシウムを有するニッケル水酸化物粉末を有するニッケル電極が得られ、その際、亜鉛又はマグネシウムは3〜10質量%もしくは1〜3質量%の範囲内で存在し、かつその際、この粉末中の細孔サイズは、半径として3nmよりも大きくなく、かつこの細孔容積は0.05cm3/gよりも小さい。この材料の製造は、少量の亜鉛又はマグネシウムを含有するニッケル水酸化物結晶の、硫酸アンモニウムの硫酸塩水溶液からの析出により行われ、その後に水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムの添加が行われ、pH値は11〜13にされる。 Publication EP 0353837 B1 describes a basic process for the production of nickel-mixed hydroxides by a combination of nickel (II) salt solution, ammonium source and hydroxide source. A nickel electrode having a nickel hydroxide powder with zinc or magnesium in the form of a solid solution in the crystal of nickel hydroxide is obtained, wherein zinc or magnesium is in the range of 3-10% by mass or 1-3% by mass. And the pore size in the powder is not larger than 3 nm as a radius and the pore volume is smaller than 0.05 cm 3 / g. This material is produced by precipitation of nickel hydroxide crystals containing a small amount of zinc or magnesium from an aqueous solution of ammonium sulfate, followed by the addition of sodium hydroxide or potassium hydroxide to a pH value. Is set to 11-13.
刊行物JP 3252318により、コバルト又はカドミウムを含有することができる球形水酸化ニッケル粒子の製造方法は公知である。このために、反応器に連続的に
a) ニッケル塩水溶液又はニッケル塩、コバルト塩及びカドミウム塩を含有する水溶液、
b) アルカリ金属水酸化物の水溶液及び
c) アンモニウムイオン供与体
で満たし、ニッケル水酸化物粒子又はコバルト又はカドミウムを含有するニッケル水酸化物粒子を製造する。この反応は温度を20〜80℃の水準に維持し、かつpH値を9〜12の範囲内の所定の値に維持し、かつ生成物を連続的に取り出すことにより促進される。この反応は、所定の条件を調節することにより、特定の粒度の優先のために適している。カソード材料中の所望の粒度分布を得るために、異なる条件下で製造された、それぞれ比較的狭い粒度分布を有する2つの混合水酸化物を、更なる加工工程で所定の割合で混合する。特に図面から認識できるように、後からの混合により、混合水酸化物の異なる大きさの粒子の最適な分布は達成されない。
From the publication JP 3252318, a process for the production of spherical nickel hydroxide particles which can contain cobalt or cadmium is known. For this purpose, a) a nickel salt aqueous solution or an aqueous solution containing nickel salt, cobalt salt and cadmium salt continuously in the reactor,
b) An aqueous solution of an alkali metal hydroxide and c) nickel hydroxide particles or nickel hydroxide particles containing cobalt or cadmium filled with an ammonium ion donor. This reaction is facilitated by maintaining the temperature at a level of 20-80 ° C., maintaining the pH value at a predetermined value in the range of 9-12, and continuously removing the product. This reaction is suitable for the preference of a particular particle size by adjusting certain conditions. In order to obtain the desired particle size distribution in the cathode material, two mixed hydroxides, each produced under different conditions, each having a relatively narrow particle size distribution, are mixed in a predetermined ratio in a further processing step. As can be appreciated in particular from the drawing, the optimal distribution of the different sized particles of the mixed hydroxide is not achieved by subsequent mixing.
正のニッケル電極を製造する場合に使用するための活性ニッケル水酸化物粉末は、刊行物EP 0523284 B1にも記載されている。正の電極の製造の前に、この粉末は、球形及びほぼ球形の粒子及び非球形の粒子からなる混合物であり、これらの粒子は、カドミウム、カルシウム、亜鉛、マグネシウム、鉄、コバルト;マンガン;酸化コバルト、酸化亜鉛及び酸化カドミウムからなるグループから選択される少なくとも1種の成分1〜7質量%を有するニッケル水酸化物粉末を含む。この粉末は、ニッケル塩及び少なくとも1種の選択された成分の水溶液から、反応pHを11.3±0.2に調節しかつ反応温度を30〜40℃に調節することにより得られる。 Active nickel hydroxide powders for use in producing positive nickel electrodes are also described in publication EP 0523284 B1. Prior to the production of the positive electrode, the powder is a mixture of spherical and nearly spherical particles and non-spherical particles, which are cadmium, calcium, zinc, magnesium, iron, cobalt; manganese; A nickel hydroxide powder having 1 to 7% by mass of at least one component selected from the group consisting of cobalt, zinc oxide and cadmium oxide is included. This powder is obtained from an aqueous solution of a nickel salt and at least one selected component by adjusting the reaction pH to 11.3 ± 0.2 and the reaction temperature to 30-40 ° C.
刊行物EP 0658514 B1は、一般式M(x)(OH)x(式中、M=Co、Zn、Ni又はCu及びxは金属の原子価を表す)難溶性金属水酸化物の連続的製造方法を記載している。第1の工程で、金属の陽極酸化により得られた金属水酸化物を、錯生成剤Lと、アルカリ金属塩AYの存在で、一般式MLnYmの金属錯塩及びアルカリ液にし、>7のpH値で難溶性金属水酸化物、錯生成剤及びアルカリ金属塩とに分解し、その際、錯生成剤L及びアルカリ金属塩AYは第1の工程に返送され、金属錯塩の分解は第1の工程で生成されたアルカリ液を用いて行う。 Publication EP 0658514 B1 describes the continuous production of sparingly soluble metal hydroxides of the general formula M (x) (OH) x , where M = Co, Zn, Ni or Cu and x represents the valence of the metal. Describes the method. In the first step, the metal hydroxide obtained by anodic oxidation of the metal is converted to a metal complex salt of the general formula ML n Y m and an alkali liquid in the presence of the complexing agent L and the alkali metal salt AY, and> 7 At a pH value of 1 to 30, the complexing agent L and the alkali metal salt AY are returned to the first step, and the decomposition of the metal complex salt is This is carried out using the alkaline liquid produced in the first step.
Scherzberg et.al. ; Chemie Ingenieur Technik 70 12/1998 p. 1530-1535は、狭帯域の粒度分布を特徴とするまとまった単峰性の水酸化物、例えば水酸化マグネシウム及び水酸化ニッケルの製造方法に関して記載している。ここに記載された装置を用いて、狭い粒度分布を有する球状の金属水酸化物を製造することができる。 Scherzberg et.al .; Chemie Ingenieur Technik 70 12/1998 p. 1530-1535 is a process for the production of lumped monomodal hydroxides characterized by a narrow-band size distribution, such as magnesium hydroxide and nickel hydroxide. Is described. Using the apparatus described herein, spherical metal hydroxides with a narrow particle size distribution can be produced.
本発明の課題は、電気化学的に高い容量、低い自己放電性及び十分に高いタップ密度で高いBET表面積を有する電気化学的に高負荷可能なニッケル混合水酸化物を提供することである。 An object of the present invention is to provide an electrochemically high loadable nickel mixed hydroxide having a high electrochemical capacity, low self-discharge properties and a sufficiently high tap density and a high BET surface area.
本発明の開示
従って、本発明は、アルカリ蓄電池に使用するための本発明によるニッケル混合水酸化物−カソード材料が複峰性の、質量に基づく粒度分布を有し、その際、主集団の質量に基づく粒度分布の中央値は5μm〜25μmであり、副集団の質量に基づく粒度分布の中央値は0.3μm〜3μmであり、主集団の質量に基づく割合は70〜96%である。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Accordingly, the present invention provides that the nickel mixed hydroxide-cathode material according to the present invention for use in alkaline storage batteries has a bimodal, mass-based particle size distribution, wherein the mass of the main population The median of the particle size distribution based on is from 5 μm to 25 μm, the median of the particle size distribution based on the mass of the subpopulation is from 0.3 μm to 3 μm, and the proportion based on the mass of the main population is from 70 to 96%.
本発明によるニッケル混合水酸化物−カソード材料自体は、高い結晶の秩序欠陥で、尺度としてX線回折分析における101反射及び102反射の半値幅、十分に高いタップ密度を示すことが判明した。 The nickel mixed hydroxide-cathode material itself according to the present invention has been found to exhibit high crystal order defects, as a measure, the half-width of 101 and 102 reflections in X-ray diffraction analysis, and a sufficiently high tap density.
結晶中での高すぎる秩序性は、最適でない電気化学的特性、例えばわずかな容量を生じさせる。しかしながら、今までは、結晶中での秩序欠陥の向上は、機械的特性を悪化させ、例えばタップ密度を1.5g/m3より低下させ、濾過性を悪化させ、並びに粒度分布の幅を拡張してしまった。2つの定義された集団の主集団及び副集団を有することを特徴とするニッケル混合水酸化物−カソード材料の準備により、上記の欠点を克服することができる。 Too high ordering in the crystal results in non-optimal electrochemical properties such as a small capacity. However, up to now, the improvement of ordered defects in the crystal deteriorates the mechanical properties, for example, lowers the tap density below 1.5 g / m 3 , deteriorates the filterability, and expands the width of the particle size distribution. have done. The above disadvantages can be overcome by the provision of a nickel mixed hydroxide-cathode material characterized by having a main group and a sub-group of two defined groups.
つまり、この課題は、質量に基づく粒度に関する分布に関して主集団及び副集団とからなりかつ複峰性に分布したニッケル混合水酸化物として表すことができる沈殿生成物を製造することにより解決される。それにより、主集団の幅は狭く維持することができる。この分布に対して重要なことは、主集団と比べた副集団の平均粒径は、副集団の種類が緻密な充填で主集団の空所を充填する程度に小さいことである。それにより、この秩序性の低下と関連するタップ密度の低下は保証されるか又は緩和させることができる。複峰性分布の場合に、もちろん、単峰性分布の場合よりも高い空間充填を達成する。付加的に、個々の粒子との間で多くの接触箇所が作られ、これが容量の負荷特性について及び大きなBET表面において有利に作用する。 In other words, this problem is solved by producing a precipitation product that can be represented as a nickel mixed hydroxide that consists of a main population and subpopulations and is distributed in a bimodal manner with respect to the distribution on the particle size based on mass. Thereby, the width of the main group can be kept narrow. What is important for this distribution is that the average particle size of the subpopulation compared to the main population is so small that the type of subpopulation fills the voids of the main population with close packing. Thereby, the reduction in tap density associated with this reduction in ordering can be guaranteed or mitigated. In the case of a bimodal distribution, of course, a higher space filling is achieved than in the case of a unimodal distribution. In addition, many contact points are created between the individual particles, which has an advantageous effect on the capacity loading characteristics and on large BET surfaces.
質量に基づく粒度分布の中央値は、レーザー粒子分析を用いて測定された本発明によるニッケル混合水酸化物の体積に基づく粒度から導き出され、かつこれを図4、5及び6に本発明によるニッケル混合水酸化物に対して多様な試験時間で示した。体積に基づく粒度分布から質量に基づく粒度分布への換算は、次の式によって行うことができる: The median particle size distribution based on mass is derived from the particle size based on the volume of the nickel mixed hydroxide according to the present invention measured using laser particle analysis and is shown in FIGS. Various test times are given for mixed hydroxides. Conversion from a volume-based particle size distribution to a mass-based particle size distribution can be done by the following formula:
ρi=ρ=3.56g/cm3
を有する材料密度が導き出され、その結果、本発明によるニッケル混合水酸化物の質量に基づく粒度分布は体積に基づく粒度分布と同一である。
The resulting material density is as follows, so that the particle size distribution based on the mass of the nickel mixed hydroxide according to the invention is identical to the particle size distribution based on volume.
本発明の有利な実施態様の場合に、粒子の主集団の中央値は6〜12μmであり、副集団の中央値は0.3〜1.5μmである。他の実施態様の場合に、70〜95質量%の主集団の質量割合が特に有利である。 In a preferred embodiment of the invention, the median of the main population of particles is 6-12 μm and the median of the subpopulation is 0.3-1.5 μm. In other embodiments, a mass proportion of the main population of 70 to 95% by weight is particularly advantageous.
混合水酸化物とは、一般に、多様なカチオンを有する水酸化物であると解釈される。ニッケル混合水酸化物とは、以後、カチオンとして主にニッケル(II)イオンと、その他にしかしながら、物理化学的及び特に電気的特性に影響を及ぼすために、少量の他のカチオンとを含有する混合水酸化物であると解釈される。 The mixed hydroxide is generally interpreted as a hydroxide having various cations. Nickel mixed hydroxide is a mixture containing mainly nickel (II) ions as cations and a small amount of other cations in order to influence the physicochemical and especially electrical properties. Interpreted as a hydroxide.
本発明によるニッケル混合水酸化物−カソード材料は、有利に、カチオンについてニッケル及び更に、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、コバルト、アルミニウム、マンガン、鉄、クロム、希土類のグループからなる少なくとも1種の成分からなるように構成されているのが有利である。 The nickel mixed hydroxide-cathode material according to the invention advantageously consists of nickel for cations and additionally at least one component consisting of the group magnesium, calcium, zinc, cobalt, aluminum, manganese, iron, chromium, rare earths. It is advantageous to be configured as such.
更に、混合水酸化物は、クロリド、ニトラート、スルファートからなる一価又は二価のアニオンを有することができる。これは、例えば副次的な量で存在する他の二価及び三価のカチオンのように、ニッケル水酸化物結晶構造内に組み込まれていてもよい。 Furthermore, the mixed hydroxide can have a monovalent or divalent anion consisting of chloride, nitrate, and sulfate. This may be incorporated into the nickel hydroxide crystal structure, for example other divalent and trivalent cations present in minor amounts.
有利に、ニッケル混合水酸化物−カソード材料のニッケル割合は、乾燥質量に対して、40〜60質量%、更に有利に55〜59質量%である。本発明による混合水酸化物の比表面積は、BET値としてそれぞれ測定して、10〜100m2/g、有利に15〜40m2/gである。 Advantageously, the nickel proportion of the nickel mixed hydroxide-cathode material is 40-60% by weight, more preferably 55-59% by weight, based on the dry weight. The specific surface area of the mixed hydroxide according to the invention, measured respectively as BET value is 10 to 100 m 2 / g, preferably 15~40m 2 / g.
ニッケル混合水酸化物−材料の改善された特性は、この材料が所定の複峰性の粒度分布を有することにより達成される。 The improved properties of the nickel mixed hydroxide material are achieved by having the material have a predetermined bimodal particle size distribution.
複峰性の粒度分布を有する粉末は、適当な球直径比の場合に、相応する単峰性の粒度分布を有しかつ同じ密度及びモルホロジーを有する粉末と比較してより高い充填密度を示す。更に、材料の内部表面積並びに単位体積当たりの接触箇所の数が高まる。生じた材料の緻密度は著しく低いにもかかわらず、1.8g/cm3〜2.0g/cm3のタップ密度を達成することができる。電気化学的容量は、260mAh/gを上回るまで上昇する。この材料は急速に堆積し、良好に濾過可能でかつ洗浄可能であり、20m2/g〜40m2/gの極めて高いBET表面積を有する。この材料は、非晶質の球状一次粒子の丸いアグロメレートからなり、この一次粒子はモザイク上に配置された100〜200nmの大きさのクリスタリットからなる。更に、本発明による材料の有利な電気化学的特性、例えば高い負荷性は、同様に上記の複峰性分布から生じる。 A powder having a bimodal particle size distribution exhibits a higher packing density compared to a powder having a corresponding monomodal particle size distribution and having the same density and morphology at the appropriate sphere diameter ratio. Furthermore, the internal surface area of the material as well as the number of contact points per unit volume are increased. The density of the resulting material significantly lower Nevertheless, it is possible to achieve a tap density of 1.8g / cm 3 ~2.0g / cm 3 . The electrochemical capacity increases to above 260 mAh / g. This material rapidly deposited is well possible and washable filtration, has a very high BET surface area of 20m 2 / g~40m 2 / g. This material consists of round agglomerates of amorphous spherical primary particles, which consist of crystallites with a size of 100-200 nm arranged on a mosaic. Furthermore, the advantageous electrochemical properties of the material according to the invention, for example high loadability, likewise arise from the above-described bimodal distribution.
本発明の効果の本質は、集団の適当な球の直径比が、これらの集団間の、先行技術においては設定されていない適当な質量比と関連することである。例えば、主集団と副集団の質量に基づく粒度分布のパーセンタイルD90%とD10%との間の幅はオーバーラップしていない。このパーセンタイルは、この場合にx値を示し、その際、変数xに関する分布合計は全体の分布の相応する百分率に達する。 The essence of the effect of the present invention is that the appropriate sphere diameter ratio of the population is associated with an appropriate mass ratio between these populations that has not been established in the prior art. For example, the width between the percentiles D 90% and D 10% of the particle size distribution based on the mass of the main and subpopulations does not overlap. This percentile shows in this case the x value, where the distribution sum for the variable x reaches a corresponding percentage of the overall distribution.
本発明によるニッケル混合水酸化物−材料の製造は、組み込まれた浄化区域を備えたループ型反応器中での沈殿法により行うことができ、次に個々に記載する。組み込まれた浄化区域により、反応器中での固体の平均滞留時間は、反応溶液の滞留時間とは無関係に選択することができる。 The production of the nickel mixed hydroxide-material according to the invention can be carried out by precipitation in a loop reactor equipped with an integrated purification zone and will be described individually below. With an integrated purification zone, the average residence time of the solids in the reactor can be selected independently of the residence time of the reaction solution.
複峰性の粒度分布を有する本発明によるカソード材料の製造を、組み込まれた浄化区域を備えたループ型反応器中で行うことは、このような沈殿プロセスからの材料が通常では極めて一貫した単峰性の、一方で極端に狭い帯域の粒度分布を特徴とすることが公知であることからも意外であった(Scherzberg et. al. (1998) Scherzberg, H. ; Kahle, K. ; Kaeseberg, K.著 ; Chemie Ingenieur Technik 7012/1998 p. 1530-1535)。粒子の平均粒度及び粒径の質量に基づく分布の幅は、一連の物理的及び化学的影響の大きさに依存し、これらは材料特異的並びに方法特異的である。Scherzberg et alにより記載された方法により製造されたニッケル水酸化物は、粒子の半径方向に成長する構造及び狭い帯域の粒度分布を示す。選択された条件に基づき、この沈殿する材料は極めてコンパクトな形で球状粒子に成長する。この粒子は急速に堆積する傾向があり、優れた濾過特性及び極めて良好に洗浄される。この材料のBET表面積は、一般に、>2.1g/cm3のタップ密度で約10m2/gである。しかしながら、この材料の電気化学的容量は220mAh/g〜240mAh/gの値で、その他の公知の材料を明らかに下回る。 The production of the cathode material according to the invention with a bimodal particle size distribution in a loop reactor with an integrated purification zone makes it simple that the material from such a precipitation process is usually very consistent. It was also surprising because it is known to be characterized by a peak, on the other hand, an extremely narrow band size distribution (Scherzberg et. Al. (1998) Scherzberg, H.; Kahle, K.; Kaeseberg, K .; Chemie Ingenieur Technik 7012/1998 p. 1530-1535). The width of the distribution based on the average particle size and the mass of the particle size depends on the magnitude of the series of physical and chemical influences, which are material specific and method specific. Nickel hydroxides produced by the method described by Scherzberg et al exhibit a structure that grows in the radial direction of the particles and a narrow band size distribution. Based on the selected conditions, the precipitated material grows into spherical particles in a very compact form. The particles tend to accumulate rapidly, with excellent filtration properties and very good cleaning. The BET surface area of this material is generally about 10 m 2 / g with a tap density of> 2.1 g / cm 3 . However, the electrochemical capacity of this material is between 220 mAh / g and 240 mAh / g, clearly below other known materials.
意外にも、ニッケル−混合水酸化物の沈殿の際に、適当なパラメーター調節で、状態を時間的に安定化することができ、その際、明らかに低い平均粒径を有する第2の集団が、粗大粒の主集団に対してほぼ時間的に一定の量比で生じ、この場合、全質量の約5〜30%である。この割合は、まさに、前記したように、材料の有利な特性にとって特に重要である。 Surprisingly, during the precipitation of the nickel-mixed hydroxide, the state can be stabilized in time with appropriate parameter adjustments, in which case a second population with a clearly low average particle size is obtained. , Which occurs at a constant time ratio with respect to the coarse-grained main population, in this case about 5-30% of the total mass. This proportion is particularly important for the advantageous properties of the material, just as described above.
前記のプロセスの本発明によるパラメーター調節の際に、いわゆる振動現象が生じ、この場合に、まず平均粒度が連続的に増大し、結晶核の数は、著しく低い粒径を有する粒子の第2の集団が生じるまで次第に低下する。この集団は、引き続き、質量に基づく割合に関しても、粒径に関しても連続的に増加する。所望の材料は、実験的に測定された時間窓で製造される。 During the parameter adjustment according to the invention of the above process, a so-called oscillation phenomenon occurs, in which the average particle size first increases continuously and the number of crystal nuclei is the second of particles having a significantly lower particle size. Gradually decline until a population occurs. This population continues to increase continuously both in terms of mass and in terms of particle size. The desired material is produced with an experimentally measured time window.
今まで公知の沈殿方法を用いて製造することができなかった、本発明によるニッケル混合水酸化物−カソード材料に対する可能な製造方法は、粒度に関する反応器中での振動現象をパラメーター調節により適切に引き起こすことにある。それにより、最も微細な一次粒子からなる沈殿物と他の形成期間から生じる粗大粒のアグロメレートとの同期的混合が、沈殿工程で行われ、本発明の範囲内の複峰性分布を有する材料が生じることが見出された。 A possible production method for the nickel mixed hydroxide-cathode material according to the present invention, which could not be produced using known precipitation methods so far, is suitable for adjusting the oscillation phenomenon in the reactor with respect to particle size by adjusting the parameters. It is to cause. Thereby, the synchronous mixing of the precipitate consisting of the finest primary particles and the coarse agglomerates resulting from other formation periods is carried out in the precipitation process, and a material having a bimodal distribution within the scope of the present invention is obtained. It was found to occur.
連続的方法において一つの沈殿工程で同期的に複峰性粒度分布を製造する他の方法は、規則的な期間で連続的材料フローに加えてさらに、突然の金属塩供給による一次粒子の数の自発的増加を引き起こすことにある。結晶核の数を増加させることにより、わずかな粒径を有する第2の生成物集団が生じる。 Other methods of producing a bimodal particle size distribution synchronously in one precipitation step in a continuous process, in addition to continuous material flow at regular periods, in addition to the number of primary particles due to a sudden metal salt feed. To cause a spontaneous increase. Increasing the number of crystal nuclei results in a second product population having a small particle size.
従って、所望のニッケル混合水酸化物−カソード材料の本発明による製造方法は、一般に、組み込まれた浄化区域を有するループ型反応器中に、ニッケル混合水酸化物、例えばアルカリ金属イオン、ニッケル(II)イオン、アンモニア、OH−イオン並びに、二価又は三価のカチオン、特にマグネシウム、カルシウム、亜鉛、コバルト、アルミニウム、マンガン、鉄、クロム、希土類のグループからなる少なくとも1種の成分及び一価又は二価のアニオン、特にクロリド、ニトラート、スルファートのグループからなる少なくとも1種の成分からなる水溶液からなる反応混合物を装入し、混合酸化物の形成のために、更なる金属イオン、特に前記のカチオンを有するニッケル(II)塩溶液、アンモニア水溶液及びアルカリ金属水酸化物溶液を添加し、生じた粒子状のニッケル混合水酸化物−カソード材料を固体として反応混合物の液体成分の割合と一緒に搬出させ、固−液分離に供給することを特徴とする。この場合、これとは別に、ニッケル(II)塩溶液及びアルカリ金属水酸化物溶液をほぼ同時にほぼ一定のpH値で添加するか、又は連続的にかつニッケル塩溶液とアルカリ金属水酸化物溶液とのほぼ同時の添加に加えて更に、0.5〜5時間の間の規則的な時間的間隔で、供給すべきニッケル塩溶液及び供給すべきアルカリ金属水酸化物溶液の0.5〜15%の体積割合を、pH値を不利に変化させることなく、断続的に反応混合物に添加することができる。 Thus, the process according to the invention for producing the desired nickel mixed hydroxide-cathode material generally involves nickel mixed hydroxide, such as alkali metal ions, nickel (II), in a loop reactor having an integrated purification zone. ) Ions, ammonia, OH − ions, and divalent or trivalent cations, especially magnesium, calcium, zinc, cobalt, aluminum, manganese, iron, chromium, rare earth groups and monovalent or divalent A reaction mixture consisting of an aqueous solution of at least one component of the group of valent anions, in particular chloride, nitrate, sulphate, is charged with additional metal ions, in particular said cations, for the formation of mixed oxides. Nickel (II) salt solution, aqueous ammonia solution and alkali metal hydroxide solution The liquid is added, and the resulting particulate nickel mixed hydroxide-cathode material is discharged as a solid together with the proportion of liquid components of the reaction mixture and fed to the solid-liquid separation. In this case, apart from this, the nickel (II) salt solution and the alkali metal hydroxide solution are added almost simultaneously at a substantially constant pH value, or the nickel salt solution and the alkali metal hydroxide solution are continuously added. In addition to the almost simultaneous addition of 0.5 to 15% of the nickel salt solution to be fed and the alkali metal hydroxide solution to be fed at regular time intervals between 0.5 and 5 hours. Can be added to the reaction mixture intermittently without adversely changing the pH value.
添加されたニッケル(II)塩溶液は、有利にニッケルカチオン80〜125g/l並びにマグネシウム、カルシウム、亜鉛、コバルト、アルミニウム、マンガン、クロム、鉄、希土類のグループの1種又は複数のカチオンをそれぞれ0.1〜20g/lを含有する。 The added nickel (II) salt solution preferably contains 80 to 125 g / l of nickel cations and one or more cations of the group of magnesium, calcium, zinc, cobalt, aluminum, manganese, chromium, iron, rare earth, respectively. 0.1 to 20 g / l.
このアンモニア水溶液は、有利にアンモニア1〜25質量%を含有する。 This aqueous ammonia solution preferably contains 1 to 25% by weight of ammonia.
アルカリ金属水酸化物溶液は、NaOH水溶液、KOH水溶液及び/又はLiOH水溶液からなることができ、もっぱらNaOH水溶液からなるのが有利である。全アルカリ金属水酸化物割合は、溶液の全質量に対して10〜30質量%、有利に約20質量%である。 The alkali metal hydroxide solution can consist of an aqueous NaOH solution, an aqueous KOH solution and / or an aqueous LiOH solution, and advantageously consists exclusively of an aqueous NaOH solution. The total alkali metal hydroxide proportion is 10 to 30% by weight, preferably about 20% by weight, based on the total weight of the solution.
反応混合物の反応溶液中の濃度は、この方法の実施の間に、有利に、ナトリウム、カリウム及びリチウムの全濃度に関して50g/l〜60g/l及びニッケル(II)イオン0.1mg/l〜100mg/l、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、コバルト、アルミニウム及びマンガンの全濃度に関して0.1mg/l〜100mg/lに調節され、その際、対イオンとしてOH−、クロリド、ニトラート及び/又はスルファートが存在する。 The concentration of the reaction mixture in the reaction solution is preferably 50 g / l to 60 g / l and nickel (II) ions 0.1 mg / l to 100 mg with respect to the total concentration of sodium, potassium and lithium during the performance of the process. / L, magnesium, calcium, zinc, cobalt, aluminum and manganese are adjusted to a total concentration of 0.1 mg / l to 100 mg / l with OH − , chloride, nitrate and / or sulfate as counterions .
反応混合物中の固体割合は、有利に220g/l〜400g/l、有利に300g/l〜380g/lに調節するのが好ましい。 The solid fraction in the reaction mixture is preferably adjusted to 220 g / l to 400 g / l, preferably 300 g / l to 380 g / l.
ループ型反応器の混合領域から取り出された生成物懸濁液は、固−液分離のための公知方法、例えば真空ベルトフィルターを用いて固体不含の溶液と、付着溶液0.05〜0.35質量割合を有する固体とに分けられる。 The product suspension withdrawn from the mixing region of the loop reactor is divided into a solid-free solution using a known method for solid-liquid separation, for example, a vacuum belt filter, and an adhesion solution of 0.05-0. It is divided into solids having a mass ratio of 35.
反応器でオーバーフローする反応溶液と共に搬出される固体粒子は、次の浄化装置中で捕集され、反応器中に返送される。 The solid particles discharged together with the reaction solution overflowing in the reactor are collected in the next purification device and returned to the reactor.
反応混合物の温度は、有利には、20℃〜80℃、有利に30℃〜60℃で、更に有利に±1℃の間隔で時間的に一定に保持される。 The temperature of the reaction mixture is preferably kept constant over time at intervals of 20 ° C. to 80 ° C., preferably 30 ° C. to 60 ° C., more preferably ± 1 ° C.
反応溶液のpH値は、温度に依存して、9.8〜13.7、有利に11.6〜12.9であり、±0.05の誤差内で時間的に一定に保持される。 The pH value of the reaction solution is 9.8 to 13.7, preferably 11.6 to 12.9, depending on the temperature, and is kept constant over time within an error of ± 0.05.
アルカリ金属水酸化物溶液は、反応器中でニッケル(II)塩溶液のカチオンの合計に対して0.9〜1.3、有利に1.05〜1.10のモル比で供給される。この溶液は、有利に反応器中の液体表面の直ぐ下又は直ぐ上に導入される。 The alkali metal hydroxide solution is fed in the reactor in a molar ratio of 0.9 to 1.3, preferably 1.05 to 1.10, relative to the sum of the cations of the nickel (II) salt solution. This solution is preferably introduced directly below or just above the liquid surface in the reactor.
このニッケル(II)塩溶液は、有利に液体表面の下に、更に有利に反応器中の流体力学的なループ領域に導入される。 This nickel (II) salt solution is preferably introduced below the liquid surface and more preferably into the hydrodynamic loop region in the reactor.
アンモニア水溶液も、特に有利にこの液体表面の直ぐ下又は直ぐ上に導入され、有利にニッケル(II)塩溶液の導入部の直近に導入される。 An aqueous ammonia solution is also particularly preferably introduced immediately below or just above the liquid surface, preferably in the immediate vicinity of the introduction of the nickel (II) salt solution.
反応器容量1m3当たり、ニッケル−混合水酸化物7kg/h〜30kg/h、有利に18kg/h〜25kg/hを生産しかつ比処理量を時間的に一定に保持する場合が、この生成物にとって極めて有利であると判明した。 This is the case when a nickel-mixed hydroxide of 7 kg / h to 30 kg / h, preferably 18 kg / h to 25 kg / h, is produced per 1 m 3 of reactor volume and the specific throughput is kept constant over time. It turned out to be extremely advantageous for the product.
特に有利な反応容量は、1リットル〜100m3である。本発明の特に有利な実施態様の場合に、ループ型反応器は、傾斜ブレード攪拌機を有し、有利に垂直の軸方向に撹拌シャフトを有する6枚型傾斜ブレード攪拌機を有し、この撹拌ブレードは、15゜〜85゜、有利に30゜〜60゜の範囲内で一定の傾斜又は増大する傾斜を有し、150W/m3〜320W/m3、有利に290W/m3〜300W/m3の撹拌強度で運転され、かつ案内管の範囲内での異なる流動速度並びに反応混合物内に剪断力を生じさせる。 A particularly advantageous reaction volume is between 1 liter and 100 m 3 . In the case of a particularly advantageous embodiment of the invention, the loop reactor has a tilting blade stirrer, preferably a six-blade tilting blade stirrer with a stirring shaft in the vertical axial direction, , 15 ° to 85 °, has a preferably 30 ° to 60 constant within DEG inclination or increasing slope, 150W / m 3 ~320W / m 3, preferably 290W / m 3 ~300W / m 3 At different stirring speeds and different flow rates within the guide tube as well as shear forces in the reaction mixture.
本発明によるニッケル混合水酸化物−カソード材料の特に有利な製造方法は、相互に調節された化学的、物理的及び機械的ファクターの組み合わせに基づき、かつ次のことを有する:
− 150W/m3〜320W/m3、有利に290W/m3の特別な比エネルギー導入の保証、
− 反応器容量1m3当たり7kg/h〜30kg/h、有利に15kg/h〜25kg/hの比処理量の保証、
− 沈殿反応器の強力に混合する区域に関する220kg/m3〜400kg/m3、有利に300kg/m3〜380kg/m3の固体含有量の調節
− ヒドロキシドイオンに対する、溶液1m3当たりの0kg〜10kg、有利に1.5kg〜6.3kgの範囲内の沈殿剤の一定の過剰量の調節、
− 20℃〜90℃の生成物懸濁液の温度の調節、
− ループ型フローの上方領域での強力に混合する反応区域の多様な点での全ての必要な材料フローの供給、
− 15゜〜85゜、有利に30゜〜60゜の範囲内で撹拌ブレードの一定の傾斜又は増大する傾斜を有する傾斜ブレード攪拌機の使用が、所望の範囲内で粒子形成に影響を及ぼす案内管の範囲内での異なる流動速度及び懸濁液内での剪断力を生じさせることを保証する。
A particularly advantageous method for producing the nickel mixed hydroxide-cathode material according to the invention is based on a combination of mutually controlled chemical, physical and mechanical factors and has the following:
- 150W / m 3 ~320W / m 3, advantageously guaranteed special specific energy introduction of 290W / m 3,
A guarantee of a specific throughput of 7 kg / h to 30 kg / h, preferably 15 kg / h to 25 kg / h per 1 m 3 of reactor capacity;
- precipitation reactor 220 kg / m 3 related strongly mixing zone of ~400kg / m 3, preferably modulation of 300kg / m 3 ~380kg / m 3 solid content - for hydroxide ion, per solution 1
-Adjusting the temperature of the product suspension between 20 ° C and 90 ° C,
-Supply of all necessary material flow at various points of the strongly mixing reaction zone in the upper region of the loop flow,
A guide tube in which the use of a tilting blade stirrer with a constant or increasing inclination of the stirring blade within the range of 15 ° to 85 °, preferably 30 ° to 60 °, influences particle formation within the desired range To produce different flow velocities within the range and shear forces within the suspension.
連続的方法で前記の装置を使用して本発明によるニッケル混合水酸化物−材料を製造するための反応混合物は、既に製造されたニッケル混合水酸化物及び、アルカリ金属イオン、ニッケル(II)イオン、アンモニア、アルカリ液並びに二価又は三価のカチオン、例えばマグネシウム、カルシウム、亜鉛、コバルト、アルミニウム、マンガン、鉄、クロム、希土類、特にランタノイドを含めた少なくとも1種の成分、及び一価又は二価のアニオン、例えばクロリド、ニトラート、スルファートのグループからなる少なくとも1つの成分からなる水溶液からなる。この反応混合物に、他の金属イオンを有するニッケル(II)塩溶液、アンモニア水溶液及びアルカリ金属水酸化物溶液を添加する。この反応溶液は、アルカリ金属イオン50〜60g/l、ニッケル(II)イオン0.1〜100mg/l、カチオン0.1〜100mg/l及びアニオン0.1〜200g/lを含有する。ニッケル(II)塩溶液は、ニッケル80〜125g/l、少なくとも1種の二価又は三価のカチオン、例えばマグネシウム、カルシウム、亜鉛、コバルト、アルミニウム、マンガン、鉄、クロム、希土類及び一価又は二価のアニオン、例えばクロリド、ニトラート、スルファート0.1〜20g/lを含有する。このアルカリ金属水酸化物溶液は、NaOH、KOH、LiOH及び場合により付加的なNH3の成分の少なくとも1種の10〜30質量%を含有する。このアンモニア水溶液は、アンモニア1〜25質量%を含有する。 The reaction mixture for producing the nickel mixed hydroxide-material according to the present invention using the above-mentioned apparatus in a continuous manner comprises the previously produced nickel mixed hydroxide and the alkali metal ions, nickel (II) ions. , Ammonia, alkaline solutions and divalent or trivalent cations such as magnesium, calcium, zinc, cobalt, aluminum, manganese, iron, chromium, rare earths, especially lanthanoids, and monovalent or divalent An anion, for example, an aqueous solution comprising at least one component consisting of a group of chloride, nitrate, and sulfate. To this reaction mixture is added a nickel (II) salt solution having other metal ions, an aqueous ammonia solution and an alkali metal hydroxide solution. This reaction solution contains alkali metal ions 50-60 g / l, nickel (II) ions 0.1-100 mg / l, cations 0.1-100 mg / l and anions 0.1-200 g / l. The nickel (II) salt solution is nickel 80-125 g / l, at least one divalent or trivalent cation such as magnesium, calcium, zinc, cobalt, aluminum, manganese, iron, chromium, rare earth and monovalent or divalent. Valent anions such as chloride, nitrate, sulfate 0.1-20 g / l. This alkali metal hydroxide solution contains 10-30% by weight of at least one of the components of NaOH, KOH, LiOH and optionally additional NH 3 . This aqueous ammonia solution contains 1 to 25% by mass of ammonia.
次に、本発明を図面及び実施例を用いて詳細に説明する。図1は、水酸化ニッケル−カソード材料の製造プロセスの装置フローシートである。 Next, the present invention will be described in detail with reference to the drawings and examples. FIG. 1 is an apparatus flow sheet of a nickel hydroxide-cathode material manufacturing process.
図2は、本発明による水酸化ニッケル材料の製造のために使用されるループ型反応器中の略図である。 FIG. 2 is a schematic representation in a loop reactor used for the production of nickel hydroxide material according to the present invention.
図3は、反応溶液のUVスペクトルをグラフで示す図。 FIG. 3 is a graph showing the UV spectrum of the reaction solution.
図4は、24時間後の粒度分布をグラフで示す図。 FIG. 4 is a graph showing the particle size distribution after 24 hours.
図5は、46時間後の粒度分布をグラフで示す図。 FIG. 5 is a graph showing the particle size distribution after 46 hours.
図4は、78時間後の粒度分布をグラフで示す図。 FIG. 4 is a graph showing the particle size distribution after 78 hours.
図1に示されているように、貯蔵容器1中に供給するニッケル溶液が存在し、貯蔵容器2中にはアルカリ金属水酸化物溶液が存在し、貯蔵容器3中にはアンモニア溶液が存在する。貯蔵容器からの溶液は、ポンプ4及び5を用いて導管13,14及び15を通して、加熱されかつ断熱されたループ型反応器6に供給される。反応器6のオーバーフロー16を介して、固体の少ない反応溶液が、加熱されかつ断熱された浄化装置7に供給される。浄化装置7のアンダーフローは導管18を介してポンプ11を用いて反応器6に返送することができる。固体の少ない過剰の反応溶液は、浄化装置7のオーバーフロー17を介して貯蔵容器8中に捕集することができる。浄化装置7及びループ型反応器6用の熱循環は、加熱浴10を介してポンプを用いて提供される。反応器6からの沈殿生成物は、反応器アンダーフロー19を介して、目開き0.063mmの篩12を通して、存在する過大粒子を除去し、生成物懸濁液19として固液分離に達する。このプロセスの調節は調節装置9を用いて行う。
As shown in FIG. 1, there is a nickel solution to be supplied into the storage container 1, an alkali metal hydroxide solution is present in the storage container 2, and an ammonia solution is present in the storage container 3. . The solution from the storage vessel is fed to the heated and insulated loop reactor 6 through the
図2は、本発明によるニッケル混合水酸化物材料の製造のために特に適した、組み込まれた浄化区域を有するループ型反応器の構造を示す。円筒容器21は、例えば平坦又は円錐形の容器底部22を有する、この容器21の内側に1つ又は複数の壁部バッフル23が固定され;例えば4つの壁部バッフル23はそれぞれ90゜の角度分ずらされて配置されていることができる。このループ型反応器にはオーバーフロー溝24が取り付けられていてもよく、固体の少ない過剰な反応溶液は捕集され、かつ溶液搬出部30を通して例えば浄化装置7へ供給される。反応器から反応溶液と共に搬出される固体粒子は、次の浄化装置7中で捕集され、反応器中に返送される。ループ型反応器のシリンダ軸に対してほぼ同心に、リング状の分離板25及びリング状の案内管26が容器21中に取り付けられている。案内管26の内部に、軸27を介して運転される攪拌機28が存在し、この攪拌機によってループ型反応器中での反応溶液及び沈殿生成物からなる懸濁液が運動させられる。この攪拌機は、例えば垂直の軸方向の撹拌シャフト27を有する傾斜ブレード攪拌機28であることができ、この撹拌ブレードは、15゜〜85゜、有利に30゜〜60゜の一定の傾斜又は増大する傾斜を有する。しかしながら、案内管26中にスクリューコンベアが組み込まれていてもよい。この濃縮された結晶又は他の沈殿生成物は、底部領域内の結晶搬出部29を通ってこのループ型反応器から取り出され、引き続き濾過される。
FIG. 2 shows the structure of a loop reactor with an integrated purification zone that is particularly suitable for the production of nickel mixed hydroxide materials according to the invention. The
図3は、複峰性粒度分布を有するニッケル混合水酸化物−材料の本発明による製造方法の際に使用される反応溶液の典型的なUVスペクトルを示す。従って、アンモニアと錯形成して結合したニッケル(II)イオンは1mg/l〜100mg/lのオーダーで検出された。この錯形成して結合した、反応溶液の残りのニッケル含有量は、UV分光分析により観察することができ、かつ場合によりpH値調節又はNH3添加に干渉することにより補正することができる。 FIG. 3 shows a typical UV spectrum of the reaction solution used in the process according to the invention for producing a nickel mixed hydroxide-material with a bimodal particle size distribution. Therefore, nickel (II) ions complexed and bound with ammonia were detected on the order of 1 mg / l to 100 mg / l. The remaining nickel content of the complexed and bound reaction solution can be observed by UV spectroscopic analysis and optionally corrected by interfering with pH value adjustment or NH 3 addition.
図4〜6は、実施例1で多様な試験時間に調節された粒度分布を示す。この粒度分布は、レーザー粒子分析を用いて測定した。この測定法に特徴的なのは、この結果が体積に基づいていて、理想球の評価理論に関していることである。調査された試料は、洗浄されかつ乾燥されたニッケル混合水酸化物−カソード材料から脱塩水中に懸濁させることにより製造した。測定された、体積に基づく粒度分布と質量に基づく粒度分布とは、走査電子顕微鏡試験の調査結果及びエネルギー分散型X線微量分析の調査結果により同じであると見なすことができた。 4-6 show the particle size distribution adjusted for various test times in Example 1. FIG. This particle size distribution was measured using laser particle analysis. What is characteristic of this measurement method is that this result is based on volume and relates to the theory of evaluation of an ideal sphere. The investigated samples were prepared by suspending in demineralized water from washed and dried nickel mixed hydroxide-cathode material. The measured particle size distribution based on the volume and the particle size distribution based on the mass could be regarded as the same based on the result of the scanning electron microscope test and the result of the energy dispersive X-ray microanalysis.
実施例
この実施例は、図1による装置内で、図2によるループ型反応器中で実施した。使用したループ型反応器の場合に、既に記載されたように、浄化区域の組込により、反応器中の固体の平均滞留時間は、溶液の滞留時間とは十分に無関係に選択することができる。異なる容器から、a) 他の添加物を有するNi塩水溶液、b) アルカリ液及びc) アンモニア水を、ループ型反応器中の異なる領域、液体表面の下側もしくは上側に供給した。この出発物質の供給は、調節された温度及び調節されたpH値で行った。垂直方向に延びる軸方向の撹拌シャフト及び15゜〜85゜に取り付けられた撹拌ブレードを有する6枚型傾斜ブレード攪拌機を用いて、生成物懸濁液をループ型反応器中で運動させた。生成物の搬出は、反応器の混合領域から行い、その際得られた懸濁液を引き続き濾過した。溶液フロート共に反応器オーバーフローで搬出された固体材料は浄化装置中に達し、そこから反応器中に戻される。浄化装置でオーバーフローする溶液は、濾液と一緒にスタック容器中に捕集した。
Example This example was carried out in the apparatus according to FIG. 1 in a loop reactor according to FIG. In the case of the loop reactor used, as already described, the incorporation of the purification zone allows the average residence time of the solids in the reactor to be selected sufficiently independently of the residence time of the solution. . From different vessels, a) Ni salt aqueous solution with other additives, b) alkaline liquid and c) aqueous ammonia were fed to different areas in the loop reactor, below or above the liquid surface. This starting material feed was made at a controlled temperature and a controlled pH value. The product suspension was moved in a loop reactor using a 6-plate inclined blade stirrer with a vertically extending axial stirrer shaft and a stirrer blade mounted at 15 ° to 85 °. The product was discharged from the mixing zone of the reactor, and the resulting suspension was subsequently filtered. The solid material carried by the reactor overflow with the solution float reaches the purifier and is returned to the reactor from there. The solution overflowing in the purification device was collected in the stack container together with the filtrate.
粒度分布の測定は、Malvern社のマスターサイズ(レーザー粒子分析)を用いて実施した。 The particle size distribution was measured using a master size (laser particle analysis) from Malvern.
溶液と比較した固体の滞留時間の増大により、固体含有量は350g/lよりも高くまで上昇する。懸濁液の高い粒子密度及び撹拌による高いエネルギー導入により、高いタップ密度を有する生成物が生じ、これは蓄電池用の活性材料として適している。反応器の混合区域中での固体の機械的負荷は、0.5μm〜1μmの間の平均粒径を有する生成物の第2集団が引き起こす。この主集団は、6〜12μmの中央値を示した。この方法により、複峰性に分布したニッケル混合水酸化物を付加的混合工程なしに得ることができる。 Due to the increase in the residence time of the solid compared to the solution, the solids content rises above 350 g / l. The high particle density of the suspension and the high energy introduction by agitation result in a product with a high tap density, which is suitable as an active material for storage batteries. The mechanical loading of solids in the mixing zone of the reactor is caused by a second population of products having an average particle size between 0.5 μm and 1 μm. This main population showed a median value of 6-12 μm. This method makes it possible to obtain bimodally distributed nickel mixed hydroxides without additional mixing steps.
実施例1
実施例1は連続的製造プロセスを記載する。
Example 1
Example 1 describes a continuous manufacturing process.
ニッケル115g/l及び亜鉛8.7g/l中の硫酸ニッケル/亜鉛溶液を、供給ポンプを用いて、組み込まれた浄化区域を備えかつ400lの充填容量を備えたループ型反応器の強力に混合する区域内に導入した。 Nickel sulfate / zinc solution in 115 g / l nickel and 8.7 g / l zinc is vigorously mixed using a feed pump in a loop reactor with an integrated purification zone and a 400 l charge capacity. Introduced into the area.
錯生成剤として25%のアンモニア水溶液を硫酸塩溶液の導入部の直近に、ニッケル1molに対してNH3 0.7molの割合で供給した。20%の水性苛性ソーダ液を、反応器中の混合区域のループ型フローの範囲内へ直接、ニッケル1molに対してNaOH1.1molの割合で供給した。20℃〜90℃の反応溶液の温度で、かつ12.6のpH値で、この本発明によるニッケル混合水酸化物が生じた。反応器中の固体密度は、19hの時間にわたり350g/lであった。その後で結晶の搬出を行い、この結晶をこの反応器から時間当たり9.5kgの量で取り出した。この比処理量は約20kg/(h・m3)であった。洗浄しかつ乾燥したニッケル混合水酸化物−材料の次の特性が、多様な反応時間後に測定された。 As a complexing agent, a 25% ammonia aqueous solution was supplied at a ratio of 0.7 mol of NH 3 to 1 mol of nickel immediately in the vicinity of the introduction portion of the sulfate solution. 20% aqueous caustic soda liquor was fed directly into the mixing zone loop flow in the reactor at a ratio of 1.1 mol NaOH to 1 mol nickel. The nickel mixed hydroxide according to the invention was formed at a temperature of the reaction solution of 20 ° C. to 90 ° C. and at a pH value of 12.6. The solid density in the reactor was 350 g / l over a period of 19 h. Thereafter, the crystal was taken out, and the crystal was taken out from the reactor in an amount of 9.5 kg per hour. This specific throughput was about 20 kg / (h · m 3 ). The following properties of the washed and dried nickel mixed hydroxide-material were measured after various reaction times.
24時間の反応時間後の粒度分布及び全体積に関するその割合を図4に、46時間後を図5に、78時間後を図6に記載した。 The particle size distribution after the reaction time of 24 hours and the ratio with respect to the total volume are shown in FIG. 4, after 46 hours in FIG. 5, and after 78 hours in FIG.
実施例2:
実施例2は、複峰性に分布したニッケル水酸化物を硫酸ニッケル及び苛性ソーダ液の突発的添加により生じさせるプロセスを記載する。
Example 2:
Example 2 describes a process in which bimodally distributed nickel hydroxide is generated by the sudden addition of nickel sulfate and sodium hydroxide solution.
ニッケル115g/l及び亜鉛8.7g/l中の硫酸ニッケル/亜鉛溶液を、供給ポンプを用いて、組み込まれた浄化区域を備えかつ22リットルの充填容量を備えたループ型反応器中のこの沈殿反応器の強力に混合する区域内に導入した。錯生成剤として25%のアンモニア溶液を硫酸塩溶液の導入部の直近に、ニッケル1molに対してNH3 0.7molの割合で供給した。20%の水性苛性ソーダ液を、反応器中の混合区域のループ型フローの範囲内へ直接、ニッケル1molに対してNaOH1.07molの割合で供給した。反応媒体中の温度は60℃であり、比処理量は20kg/h m3であった。13〜15μmの主集団の平均粒度を有するニッケル混合水酸化物が得られた。副集団の質量割合は0〜4%であった。52時間の試験時間の後に、2時間のリズムで、同時に1時間ごとに供給された硫酸ニッケル/亜鉛溶液4%及び1時間ごとに供給されたNaOH溶液16%をそれぞれ同時に反応器内へ断続的に導入することにより反応媒体に供給した。76時間の試験時間で、12.0μmの主集団の中央値及び0.8μmの副集団の中央値を有し、かつ95%対5%の主集団対副集団の質量に基づく分布を有するニッケル混合水酸化物が得られた。 The nickel sulfate / zinc solution in 115 g / l of nickel and 8.7 g / l of zinc was used for this precipitation in a loop reactor with a built-in purification zone and a charge capacity of 22 liters using a feed pump. It was introduced into the vigorous mixing zone of the reactor. As a complexing agent, a 25% ammonia solution was supplied at a ratio of 0.7 mol of NH 3 to 1 mol of nickel immediately in the vicinity of the introduction portion of the sulfate solution. 20% aqueous caustic soda solution was fed directly into the loop flow of the mixing zone in the reactor at a ratio of 1.07 mol NaOH to 1 mol nickel. The temperature in the reaction medium was 60 ° C., and the specific throughput was 20 kg / h m 3 . Nickel mixed hydroxides with an average particle size of the main population of 13-15 μm were obtained. The mass proportion of the subpopulation was 0-4%. After a test time of 52 hours, with a rhythm of 2 hours, 4% nickel sulfate / zinc solution fed every hour at the same time and 16% NaOH solution fed every hour at the same time intermittently into the reactor at the same time. To the reaction medium. Nickel with a median of 12.0 μm main population and median of 0.8 μm subpopulation and a distribution based on mass of 95% vs. 5% main population vs. subpopulation at a test time of 76 hours A mixed hydroxide was obtained.
洗浄及び乾燥された生成物の次の特徴が多様な試験時点で測定された: The following characteristics of the washed and dried product were measured at various test points:
実施例3:
実施例3は、製造プロセスを記載し、その際、複峰性ニッケル混合水酸化物の製造後にこのプロセスを停止し、反応器を空にし、引き続き新たなプロセスを始めた。
Example 3:
Example 3 describes a manufacturing process, where after the production of the bimodal nickel mixed hydroxide, the process was stopped, the reactor was emptied and a new process was subsequently started.
ニッケル115g/l及び亜鉛8.7g/l中の硫酸ニッケル/亜鉛溶液を、供給ポンプを用いて組み込まれた浄化区域を備えかつ22リットルの充填容量を備えたループ型反応器中のこの沈殿反応器の強力に混合する区域内に導入した。錯生成剤として25%のアンモニア溶液を硫酸塩溶液の導入部の直近に、ニッケル1molに対してNH3 0.7molの割合で供給した。20%の水性苛性ソーダ液を、反応器中の混合区域のループ型フローの範囲内へ直接、ニッケル1molに対してNaOH1.3molの割合で供給した。反応媒体中の温度は40℃であり、比処理量は20kg/h m3であった。反応器からの生成物懸濁液の搬出は、16時間の試験時間から、1時間ごとに反応容量1m3当たり60リットルであるため、混合された区域の体積中の固体含有量は、55試験時間の時空にわたり、懸濁液体積1リットル当たり450gに上昇した。一定に保持された試験条件で次の周期的な粒度分布が生じた。試験開始(7試験時間)では、単峰性粒度分布及び5.8μmの平均粒度を有する生成物が得られた。最大固体含有量の55試験時間の時点で、7.8mmの主集合の中央値と、0.7の副集合の中央値、及び96:4の主集合対副集合の質量に基づく分布を有する複峰性の分布を有する生成物が得られた。4.5μmの中央値を有する単峰性分布の生成物は、78試験時間後に得られ、5.4μmの主集団の中央値と0.7μmの副集団の中央値とを有し、並びに90:10の主集団対副集団の質量に基づく分布を有する複峰性分布の生成物は93試験時間後に得られた。 This precipitation reaction in a loop reactor equipped with a purification zone incorporated with 115 g / l nickel and 8.7 g / l zinc with a feed pump and with a charge capacity of 22 liters Introduced into the powerful mixing area of the vessel. As a complexing agent, a 25% ammonia solution was supplied at a ratio of 0.7 mol of NH 3 to 1 mol of nickel immediately in the vicinity of the introduction portion of the sulfate solution. 20% aqueous caustic soda solution was fed directly into the loop flow of the mixing zone in the reactor at a ratio of 1.3 mol NaOH to 1 mol nickel. The temperature in the reaction medium was 40 ° C. and the specific throughput was 20 kg / h m 3 . Discharge of the product suspension from the reactor, since the test time of 16 hours, 60 per liter reaction volume 1 m 3 per hour, the solids content in the volume of the mixed zone, 55 tests Over the time space, it rose to 450 g per liter of suspension volume. The following periodic particle size distribution occurred at the test conditions held constant. At the start of the test (7 test times), a product having a unimodal particle size distribution and an average particle size of 5.8 μm was obtained. At 55 test times of maximum solids content, it has a distribution based on the median of the main set of 7.8 mm, the median of the subset of 0.7, and the mass of the main set versus subset of 96: 4 A product with a bimodal distribution was obtained. A product with a unimodal distribution with a median of 4.5 μm was obtained after 78 test times, with a median of the main population of 5.4 μm and a median of the subpopulation of 0.7 μm, and 90 : A product of a bimodal distribution with a distribution based on the mass of 10 main populations vs. subpopulations was obtained after 93 test hours.
洗浄及び乾燥された生成物の次の特徴が多様な試験時点で測定された: The following characteristics of the washed and dried product were measured at various test points:
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