[发明专利]制备金属氢氧化物和/或金属氧化物氢氧化物的电化学方法及设备

说明书

本发明涉及一种由金属离子和氢氧离子制备金属氢氧化物和/或金属氧化物氢氧化物的电化学方法，以及一种实施该方法的设备。    

金属氢氧化物和金属氧化物氢氧化物已在各种工业领域得到应用，例如用作制备金属本身或相应金属氧化物的中间产物，该金属氧化物可进一步加工成例如陶瓷。

氢氧化锌例如可以用作颜料、光敏导体(例如在静电复制中)、催化剂成分(例如在甲醇合成中)、发光材料、吸收剂(例如用于气体脱H₂S)等。氧化锡水合物例如适合用作芳香物质氧化的催化剂成分，氢氧化铁(III)例如可用于水净化、医药或用于制备铁质颜料，氢氧化钴(II)例如可以用作制备催干剂的原料。金属氢氧化物和金属氧化物氢氧化物的许多应用尤其与颗粒形状、颗粒大小及粒度分布有关。

例如在化学工业中，氢氧化镍(II)用作陶瓷制品的基本化学成分，首先是用于制造蓄电池。除了在通常市售的二次电池如镍-镉和镍-铁电池体系中用作正极外，氢氧化镍还越来越多地用于无重金属、不污染环境的镍-金属氢化物蓄电池。蓄电池的有效部件是阳极和阴极，阳极由不含重金属、可氢化的金属合金组成，阴极则由氢氧化镍构成。将该电极放入一个气密的钢壳中，由一塑料膜隔开。根据蓄电池的机械结构，对氢氧化镍产品的形态和习性提出了不同的要求。为了在填充多孔的镍-泡沫电极时有良好的流动性，它应是尽可能均匀的球形并具有窄的粒度分布。

为了制备金属氢氧化物和金属氧化物氢氧化物，已经公开了许多在碱性条件下由金属盐溶液沉淀的方法。例如氢氧化镍的沉淀主要以氯化镍为原料。由硫酸镍、碳酸镍和硝酸镍溶液的沉淀也已公知。用碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、碱金属碳酸盐和氨水溶液作沉淀剂。

按下式在高温(T≈70-80℃)下由含碱(Alkallue)的氯化镍(II)溶液制备氢氧化镍：

其中氢氧化镍(II)作为大体积胶状绿色沉淀物沉淀出来，然后使之静置脱水成为无晶形产物。以此形式沉淀的氢氧化物干燥后成为胶状形式，其物理化学和形状性质不符合蓄电池应用所需的要求。

通常，按下式用氢氧化钠溶液由金属氯化物溶液沉淀金属氢氧化物：

在产物形成过程中添加氨可有目的地影响氢氧化镍的物理化学和形态性质。氨起络合剂作用，可抑制氢氧化物的自发沉淀。氨提高了氢氧化镍的溶度积，由此在特定的离析物(Edukt)浓度下降低了相对过饱和。制备氢氧化镍的该方法在一个反应器(搅拌釜或环状反应器)中通过将过量(6倍过量)氨加入碱性氯化镍溶液进行。过滤、干燥和用更新滤液多次洗涤并干燥后得到纯产物。但这样的产物也不满足对材料的颗粒形状、粒度分布和流动性的所述要求。

在制备金属氢氧化物的化学沉淀结晶法中，当用氢氧化钠溶液由金属氯化物溶液沉淀时，每生成一摩尔金属氢氧化物必然形成n摩尔NaCl。一方面基于严格的环境保护条例和废水的低限额，另一方面由于耗碱多，需要花高成本储存生成的盐，因此值得寻求密封的生产循环。

在这样一种工艺中，例如借助于电解使镍在阳极溶于金属盐溶液中，并在阴极使形成的氢氧化物作为氢氧化镍沉淀。在沉淀并经过各洗涤阶段后，提纯沉淀的产物以除去存在及在沉淀时裹入的盐。

JP-63/247385公开了使用全氟阴离子交换膜和惰性电极电解制备金属氢氧化物。其中用一种相应金属的盐在阳极侧作电解质，应制备该金属的氢氧化物，用一种碱水溶液进行阴极循环。

一种类似的安排如EP 0559590 A1所述。  其中由一种电极的阴极溶解连续地产生金属离子。但仅仅不充分地公开了对工艺的要求及工艺参数，尤其是要使用的膜和电解溶液。

用上述方法得不到满足对颗粒形状、颗粒大小、粒度分布和流动性的上述要求的氢氧化物颗粒。

因此，本发明的任务在于提供一种能制备致密的、高装填密度的、高流动性、球状、粒度分布窄且质量不变的金属氢氧化物和/或金属氧化物氢氧化物的方法。该方法还应成本低廉、应用范围广且与所需金属氢氧化物和/或金属氧化物氢氧化物无关。再者，该方法还应可以连续操作，并且不形成必须处理的付产物。