[发明专利]一种膜电解法直接制备碱式碳酸钴的方法

说明书

一种膜电解法直接制备碱式碳酸钴的方法，按以下步骤进行：(1)采用电解槽系统，将氯化钴溶液置于阳极室，电解液分别置于阴极室和中室；(2)开启电源，控制阳极板的电流密度为200～800A/m²；(3)阴极室内通入二氧化碳，与电解液混合产生碳酸；(4)阳极室的Co²⁺通过阳离子交换膜进入中室，阴极室的CO₃^2‑和OH^‑通过阴离子交换膜进入中室，生成碱式碳酸钴沉淀；(5)中室内的物料排出过滤，滤饼烘干制成碱式碳酸钴。本发明的方法工艺操作简单、流程短、自动化程度高，所得产品纯度高，能源清洁。

技术领域

本发明属于含钴资源利用及材料技术领域，具体涉及一种膜电解法直接制备碱式碳酸钴的方法。

背景技术

钴是一种重要的战略元素，它具有熔点高、耐磨性好、强度高、磁性好等优点，是制造各种高温合金、磁性材料、防腐合金的重要原料。碳酸钴是钴的一种重要化合物，用于制取各种钴的化合物、煅烧制备钴的氧化物，还用于制备各种化学反应催化剂；在陶瓷工艺、电子、半导体材料、航空航天等领域也有广泛应用；且作为典型的转换型负极材料碳酸钴生产成本低廉，对于锂电池中的石墨负极来说，碳酸钴的电化学性能更为优异、安全性能更好。

中国专利CN106927488A公开了一种以硫酸钴和碳酸铵/碳酸氢铵为原料的碳酸钴制备方法；中国专利CN106629870A公开了一种小粒径球形碳酸钴的制备方法，以钴盐和碳铵溶液为原料，通过控制pH值，维持了碳酸钴颗粒之间的成核及生长的均匀性；中国专利CN108264095A公开了一种一种电池级球形碳酸钴的制备方法，将碳酸氢铵溶液和钴盐溶液同时加入到含碳酸氢铵底液的反应釜中，调节反应温度和搅拌速度，恒定钴盐溶液的加入速率所得产品球形度高，粒径均匀分布，振实密度高。但是上述方法中产生的氨气不利于操作环境与收集，原料单一且反应流程长。

发明内容

针对现有碳酸钴制备技术中存在的原料单一、流程长、能耗高、污染严重不利于人工操作环境的技术问题，本发明提出一种膜电解法直接制备碱式碳酸钴的方法，通过阳极电解氯化钴水溶液，阴极或中室通入二氧化碳，并在阴、阳离子交换膜的作用下，直接沉淀生成碳酸钴产品。

本发明的方法按以下步骤进行：

1、采用电解槽系统，将氯化钴溶液置于阳极室内，将电解液分别置于阴极室和中室内；阳极室内的阳极板和阴极室内的阴极板通过导线分别与电源的两极连接；阳极室和中室之间通过阳离子交换膜隔断，阴极室和中间之间通过阴离子交换膜隔断；中室内设有搅拌桨；所述的电解液是指浓度0.02～0.1mol/L的氯化钠溶液；氯化钴溶液的初始浓度为0.1～1mol/L；

2、开启电源向阳极板和阴极板施加直流电，控制阳极板的电流密度为200～800A/m²；

3、向阴极室内通入二氧化碳气体，二氧化碳气体从进气管出口直接进入阴极室的电解液内部，与电解液混合后产生碳酸；多余的二氧化碳气体从阴极室的电解液液面排出后，通过排气管从阴极室排出；

4、阳极室的Co²⁺通过阳离子交换膜进入中室；阴极室的CO₃^2-和OH^-通过阴离子交换膜进入中室；开启搅拌桨使OH^-、Co²⁺和CO₃^2-在中室内充分接触，生成碱式碳酸钴沉淀，并通过搅拌作用防止碳酸钴在阳离子交换膜和阴离子交换膜上聚集；

5、中室内的物料从中室底部的排料口排出，经过过滤装置过滤，获得的滤饼放入干燥箱烘干去除水分，制成碱式碳酸钴。

上述的二氧化碳气体纯度≥99.9％。

上述的步骤5中，经过过滤装置过滤获得的滤液通入第二溶解槽槽；在第二溶解槽内向滤液中添加氯化钠，制成电解液；然后通过第二泵输送到中室。