[发明专利]生产硫酸钴水溶液的方法

说明书

本发明涉及一种制备pH为至少4的硫酸钴水溶液的方法，其中

(a)在氢气、惰性气体或以6:1-100:1的体积比包含氮气和氧气的氮气/氧气混合物的气氛中将金属钴溶于硫酸水溶液中，以及

(b)用氧气、含氧气体或可以在含水介质中释放氧气的物质处理所得酸性硫酸钴溶液。

硫酸钴可以用作许多应用的原料，例如用于颜料或用于生产粘土釉料。硫酸钴近来作为锂离子电池组的电极材料用钴源获得了特殊重要性。合适过渡金属的混合氢氧化物或碳酸盐由过渡金属硫酸盐的水溶液，例如混合硫酸镍-钴-锰溶液沉淀并随后将这些与锂化合物，例如氢氧化锂或碳酸锂一起热加工，以得到电极材料。

钴的关键化合物在这里是硫酸钴，呈固体形式或呈水溶液形式。硫酸钴在许多情况下通过将金属钴溶于硫酸中而制备。

对于进一步加工，大为重要的是获得理想地具有较高pH，例如至少4的硫酸钴溶液。希望获得仅以极小的量包含干扰锂离子电池组且因此不希望的元素的硫酸钴溶液。取决于锂离子电池组的应用和结构，例如可以将铜、铝、铬、铁或钙考虑为干扰。铬、铜和铁可以在pH为约4或更高下以合理成本分离出来，但在pH值为1下仅能极度困难地分离出来。

因此，SU 385927公开了一种其中在搪瓷设备中首先将金属钴同时用40％硫酸和30％H₂O₂水溶液在80-90℃下处理的方法。氢气/氧气混合物可能由于该程序而在该设备中形成，这因安全原因是不利的。可以以此方式得到的硫酸钴溶液具有的残留硫酸含量为0.2-0.4％，对应于pH为1.5-1.8。该类溶液难以提纯。

可以设想借助强碱如碱金属氢氧化物调节硫酸钴溶液的pH。然而，需要考虑该步骤要求非常准确的滴定。此外，由该途径得到包含显著比例的钠盐的硫酸钴溶液。

还可以借助其他配位剂，例如借助氨提高硫酸钴溶液的pH。然而，氨也形成非常稳定且高度可溶的铜配合物。由钴氨硫酸盐溶液除去铜配合物同样困难。

因此，本发明的目的是要提供一种借此可以制备pH为至少4的硫酸钴溶液且可以在工业上容易地实施的方法。本发明的目的尤其是要提供一种借此可以制备仅具有极少比例的干扰锂离子电池组的离子的硫酸钴溶液的方法。

因此，我们发现了开头所定义的方法，也简称为本发明方法。

实施本发明方法得到pH为至少4，优选4-8，特别优选4.5-7的硫酸钴水溶液。pH在每种情况下在23℃下测定，优选借助玻璃电极，特别优选借助组合电极测定。

本发明方法具有至少两个工艺步骤(a)和(b)，也简称为步骤(a)和步骤(b)。

在本发明方法的步骤(a)中，在氢气、惰性气体或以6:1-100:1的体积比包含氮气和氧气的那些氮气/氧气混合物的气氛中将金属钴溶于硫酸水溶液中。

将金属钴用作实施本发明方法的原料。金属钴例如可以以粉末、片、板、块、碎屑、任选切割的电极断片、团块形式使用，优选块、团块和可以切割的电极断片。粉末例如可以具有0.1-1mm的平均粒径。片例如可以具有0.1-5mm的厚度以及相同或不同且各自为2cm-10m，尤其是2-10cm的长度和宽度。板例如可以具有5.5mm-2cm的厚度以及相同或不同且各自为10cm-1m的长度和宽度。用于本发明的块例如可以具有5mm-10cm的长度、宽度和高度，其中最小尺寸和最大尺寸相差不超过3倍。碎屑例如可以具有0.1-1mm的厚度，1-5mm的宽度和1-20cm的长度。团块可以具有2-3cm的长度和12-14mm的直径。电极断片例如可以具有0.5-7mm的厚度。在许多情况下，未切割电极断片具有1-3mm的厚度和不规则横截面，其中最宽处的直径不超过40mm且平均直径为10-30mm。切割电极可以具有0.5-7mm的厚度。例如，可以获得厚度为1mm且横截面为10·10cm或厚度为5-7mm且横截面为55·55mm的切割电极断片。

在本发明的实施方案中，将具有高纯度，例如外来金属总共小于100ppm的金属钴用作原料。作为外来金属，例如可以提到Ca、Al、Fe、Cu、Cr和Mg。在本发明的另一实施方案中，将被上述外来金属中的一种或多种，例如在每种情况下基于钴为100ppm直到总共1重量％Ca、Al、Fe、Cu、Cr和/或Mg污染的钴用作原料。

例如，金属钴基于钴可以包含10-200ppm Ca。

例如，金属钴基于钴可以包含10-500ppm Fe。

例如，金属钴基于钴可以包含2-500ppm Cu。

例如，金属钴基于钴可以包含2-500ppm Cr。