[发明专利]一种电容级高纯铵盐的纯化装置及其方法

说明书

本发明提出一种电容级高纯铵盐的纯化装置及其方法，包括双极膜电渗析器、加热装置、降温析晶及固液分离装置和NH₃气体吸收装置；加热装置与双极膜电渗析器酸室入口相连，酸室出口与降温析晶及固液分离装置相连，NH₃气体吸收装置中脱氨侧入口与双极膜电渗析器碱室出口相连，脱氨侧出口与双极膜电渗析器碱室入口相连；双极膜电渗析器内还设置有布水隔板。本发明还提出一种电容级高纯铵盐溶质的纯化方法，使用双极膜电渗析技术，将含有杂质的铵盐溶液转化为酸溶液及碱溶液；酸溶液冷却析出酸固体后配制成酸性溶液，用来吸收碱溶液中的NH₃气体。

技术领域

本发明属于铝电解电容器行业，具体涉及一种电容级高纯铵盐的纯化装置及一种电容级高纯铵盐的纯化方法。

背景技术

高纯度铵盐广泛应用于铝电解电容器行业中。可应用于电容器行业的高纯化学品被称为电容级，其纯度往往大大高于工业级及分析纯化学品，并且要求其中可能影响电容器性能的杂质离子（如Cl^-，SO₄^2-等）含量极低。

在电极箔制造过程中，需要将腐蚀箔作为正极引入化成槽并施加一个高直流电压，使得箔表面生成一层致密氧化膜层。该操作常被称为化成，是在有机酸铵盐（如己二酸铵、壬二酸铵、癸二酸铵、苯甲酸铵等），或无机弱酸铵盐（如五硼酸铵等）溶液中进行的。化成形成的氧化膜质量对提高电容器产品电气稳定性、减少漏电流至关重要，化成液中若含有杂质会造成该氧化膜产生缺陷。在电容器组装制造过程中，直链羧酸的铵盐（己二酸铵、辛二酸铵、壬二酸氢铵、癸二酸铵、十二酸双酸铵等），支链羧酸的铵盐（2-正丁基辛二酸铵、2-正己基己二酸铵等）以及其它有机/无机弱酸的铵盐（五硼酸铵、苯甲酸铵等）均可作为其工作电解液的主溶质或添加剂。电解液作为铝电解电容器的核心组分，其性能的好坏直接影响电容器产品品质的高低，特别是使用寿命、可靠性以及电气化特性。除了电解液溶质自身需要具有的优良电化学特性外，还要求其纯度极高，不含有与组成材料发生反应或发生腐蚀的微量杂质。

在电容器行业中，工业化方法生产的大宗铵盐产品中微量杂质往往超标无法使用，这就迫使电容器行业采购特殊定制化生产的小宗产品，供应链安全往往无法保证且成本居高不下。另一方面，在电极箔化成生产过程中，不可避免地会有微量杂质从上游被带入到正在使用的高纯度铵盐溶液中，这就会造成其纯度指标不达标只能完全更换；这不仅会进一步增加企业原料成本，还会造成潜在的环境污染风险。由于电容器行业对化学品原料纯度的苛刻要求，造成了企业生产成本的高企、化学品物料利用率低以及污染物排放增加，不利于行业的可持续健康发展。因此，开发一种面向铝电解电容器行业用电容级高纯铵盐的纯化生产方法就显得非常必要。

电容器行业使用的绝大多数铵盐溶质，包括上文已列出的直链羧酸的铵盐，支链羧酸的铵盐以及其它有机/无机弱酸的铵盐，其对应的酸都具有一个共同的特性，那就是在水中的溶解度与温度密切相关，如表1所示。例如，己二酸在60 ^oC下的溶解度高达148 g/L，10 ^oC下的溶解度却仅为9.9 g/L。利用溶解度随温度降低而急剧减小的特性，可以通过降温重结晶对这些化学品进行纯化。中国专利CN101219946B及CN103588632B分别提供了一种从己二酸铵化成废液中回收己二酸的方法，其技术核心是在高温下向己二酸铵浓溶液中加入无机强酸（如HCl、H₂SO₄或HNO₃）使其转化为己二酸浓溶液，然后通过降温结晶得到较为纯净的己二酸固体产品。然而，由于此过程中需要向体系中额外添加大量无机酸从而引入大量外来离子（如Cl^-、SO₄^2-或NO₃^-），这些外来离子中必然会有一小部分吸附/夹带到最终固体产品中，使得其纯度完全无法达到电容级要求。

表1 不同温度下电容器行业常见有机酸/无机酸在水中的溶解度。