Спосіб одержання порошку нікелю

1 Спосіб одержання порошку нікелю, який включає електроосадження частинок порошку в двошаровій електролітичній ванні, що містить в верхньому шарі пар і вуглеводневий розчинник, а в нижньому - розчин солі нікелю, з наступним промиванням порошку, який відрізняється тим, що як пар використовують капринову кислоту, а як вуглеводневий розчинник - фракцію перегонки нафти з температурою википання 150 - 200°С, і промитий порошок піддають термообробці 2 Спосіб по пункту 1, який відрізняється тим, що електроліз ведуть при температурі 70 - 90°С Винахід відноситься до галузі порошкової металурги, зокрема, до способів одержання високодисперсного порошку нікелю і може бути використаний в виробництві катодної маси нікелькадмієвих і нікель-залізних акумуляторів, каталізаторів, а також при виготовленні композиційних матеріалів для радіоелектроніки, високочастотної техніки і ін Відомий спосіб одержання нікелевого порошку електролізом водних розчинів сірчанокислого нікелю (Богатин Д Е Порошки цветных металлов Изд Металлургия, М , 1370,- с 34) [ІЗ Використовують електроліт такого складу N1SO4 7НгО - ЗОг/л, NH4CI - 75г/л, NaCI - 20г/л Застосовують розчинні нікелеві аноди Катодами служать пустотілі коробки із МІДІ або нержавіючої сталі, які охолоджуються водою Для уловлювання порошку, який осипається з катода, застосовують спеціальні діафрагми Процес ведуть при температурі 35-50°С, катодній густині струму 20А/дм2 і рН 5,5 Вихід за струмом дорівнює 47,7% Одержаний порошок складається з частинок розміром 45-71 мкм (ГОСТ 9722-79) Недоліком способу [1 ] є низький вихід за струмом і малий ступінь дисперсності одержаного порошку Найближчим до винаходу за технічною суттю і за досягненим результатом є спосіб одержання порошку нікелю в двошаровій ванні (Натансон Э М , Ульберг З Р Коллоидные металлы и металлополимеры Киев, Наукова думка, 1971- 348с, С 80-83) [2] Суть способу полягає в електроосадженні частинок порошку на дисковому катоді, який безперервно обертається в вертикальній площині, і почергово проходить через незмішуваний з водою вуглеводневий шар з розчиненою в ньому поверхнево-активною речовиною (жирна кислота) і шар електроліту Електроосадження частинок порошку відбувається на покритій шаром жирної кислоти поверхні катоду при його проходженні через електроліт Металічні частинки, які утворюються в процесі електролізу, люфізуються по відношенню до органічної фази, флотуються і диспергуються в органічному шарі ванни Як верхній шар використовують 0,3%мас розчин олеїнової кислоти в ксилолі Електролітом (нижній шар) служить водний розчин хлориду нікелю NiCb 6Н2О (30г/л) і амонію NH4CI (ЗОг/л) Режими електролізу температура 9-14°С, рН 5,4, катодна густина струму 18А/дм , час електролізу бОхв Одержаний порошок ВІДДІЛЯЮТЬ від вуглеводневого розчинника, промивають ацетоном і сушать під вакуумом при кімнатній температурі Одержують порошок нікелю з середнім розміром частинок 40-бОмкм і катодним виходом за струмом 51,3% Спосіб [2] призначений для одержання металополімерів і органозолей металічного CM О 41561 нікель і не передбачає подальшої термообробки порошку Недоліками відомого способу [2] є низький вихід за струмом і малий ступінь дисперсності порошку Низький вихід за струмом характеризується великою затратою електроенергії на даремний процес виділення водню, а малий ступінь дисперсності порошку, одержаного по даному способу, знижує питомі електричні характеристики (питома ємність, струм ове навантаження) позитивного електроду нікель-залізного і нікель-кадмієвого акумуляторів Порошки, одержані за способом [2], покриті з поверхні хемосорбованим шаром жирної кислоти і в такому стані без наступної відновлювальної термообробки для приготування катодної маси акумуляторів не придатні Задачею винаходу є розробка такого способу одержання високодисперсного порошку нікелі електролізом в двошаровій електролітичній ванні, в якому використання нового складу органічного шару ванни (низькомолекулярніша ПАР і більш висококиплячий вуглеводневий розчинник) і проведення електролізу при підвищеній температурі забезпечило б збільшення виходу порошку нікелю за струмом і підвищення ступеня дисперсності порошку Для підвищення чистоти одержаного порошку в способі передбачена його наступна відновлювальна термообробка в середовищі водню, під час якої відбувається рафінування порошку нікель від органічних домішок і відновлення поверхневих ОКСИДІВ Для вирішення поставленої задачі запропонований спосіб одержання порошку нікелю, який включає електроосадження частинок порошку в двошаровій електролітичній ванні, що містить в верхньому шарі ПАР і вуглеводневий розчинник, а в нижньому - розчин солі нікель, з наступною промивкою порошку, який відрізняється тим, що як ПАР використовують капрінову кислоту, а як вуглеводневий розчинник - фракцію перегонки нафти з температурою википання 150-200°С, і промитий порошок піддають термообробці, при цьому електроліз ведуть при температурі 70-90°С Поставлена мета досягається лише сумісним використанням в складі верхнього шару розчину капрінової кислоти в вуглеводневому розчиннику фракції перегонки нафти з температурним інтервалом википання 150-200°С і проведенням електролізу при температурі 70-90°С Нами експериментально установлено, що при проведенні електролізу при температурі 80°С в присутності в верхньому шарі розчину олеїнової кислоти в фракції перегонки нафти (таблиця, приклад 11), як і при проведенні електролізу при 10°С в присутності в верхньому шарі розчину капрінової кислоти в ксилолі (таблиця, приклад 12), значення виходу за струмом і ступеня дисперсності порошків залишаються на рівні аналогічних значень порошків нікелю, одержаних за відомим способом [2] Безпосередньою причиною збільшення дисперсності порошку є, на наш погляд, підсилення адсорбційної пасивацн кристалічних зародків нікель, що ростуть, молекулами капрінової кислоти при підвищених температурах, яка спричиняє подрібнення частинок Таким чином, заявлена сукупність суттєвих ознак способу одержання порошку нікелі є необхідною і достатньою для досягнення забезпечуваного винаходом технічного результату - високий вихід за струмом 94-96% і високий ступінь дисперсності порошку (розмір частинок 0,3-0,7мкм) Спосіб реалізується таким чином В електролізер закритого типу, обладнаний обертовим дисковим катодом із нержавіючої сталі і нерухомим нікелевим анодом заливають розчин хлориду нікелі Потім нашаровують 0,75-2,0% розчин капрінової кислоти в вуглеводневому розчиннику, який не змішується з водою - фракції перегонки нафти з температурним інтервалом википання 150-200°С Температуру 70-90°С в електролізері підтримують з допомогою термостата Напруга на ванні 15-20В Струмове навантаження на елктролізері 50А, густина струму на катоді 20А/дм2 Швидкість обертання катоду бОоб/хв, рН електроліту 3,5-0,5 Тривалість електролізу 2-3 години При накладенні електричного поля і обертанні катоду відбувається електроосадження частинок порошку і їх флотація в верхній шар ванни Під час електроосадження проводять магнітну виборну порошку Після закінчення електролізу верхній шар ВІДДІЛЯЮТЬ ВІД нижнього, вибирають залишки порошку і віджимають від надлишку розчинника Одержану пастоподібну масу - суміш порошку з залишковим електролітом і вуглеводневим розчинником промивають на горизонтальному вакуумному фільтрі 0,25-0,5% водним розчином аміаку і сушать на відкритому повітрі Висушений порош подають на термообробку Порошок завантажують в муфель, який розміщують в шахтній печі з автоматичним регулюванням температури при надлишковому тиску газу 150200Па Швидкість підйому температури в печі 57град/хв Термообробку порошку в середовищі гостроосушеного водню (точка роси 223К) проводять витримкою на протязі 2 годин при 300-350°С Після закінчення термообробки нагрів відключають і порошок охолоджується до 18-20°С Фракційний склад порошку визначали за допомогою мікроскопа УЭМВ-100К Вихід порошку за струмом визначали з відношення ваги порошку, який фактично виділився на катоді до теоретично можливої Використані ХІМІЧНІ речовини 1 Хлористий нікель ГОСТ 4038-79 2 Капрі нова кислота ТУ 6-09-320-75 3 Фракція перегонки нафти с температурою википання 150-200°С (уайт-спирит) ГОСТ 3134-78 4 Аміак водний ГОСТ 3760-79 5 Вода дистильована ГОСТ 6709-72 Приклад реалізації за винаходом В електролізер закритого типу, обладнаний обертовим дисковим катодом із нержавіючої сталі і нерухомим нікелевим (марка Н-І) анодом заливають 17л водного розчину хлористого нікелю NiCb 6Н2О Концентрація електроліту ЗОг/л Потім нашаровують незмішуваний з водою розчин капрінової кислоти (1%мас) в уайт-спириті Встановлюють температуру електроліту 70°С з допомогою термостата UT-15 Напруга на ванні 15В Струмове навантаження на електролізері 50А, густина струму на катоді 20А/дм2 Швидкість обертання 41561 катоду бОоб/хв, рН електроліту 3,5, тривалість Суттєвою ознакою заявленого способу є електролізу 2 години На протязі електролізу протемпература електролізу Позамежне зменшення водять магнітну вибірку порошку температури електролізу до 60°С різко знижує вихід порошку за струмом (таблиця, приклад 8) Одержану суспензію порошку об'ємом 1л відВерхня границя температури електролізу обмежежимають від електроліту і надлишку уайт-спириту на початком температури кипіння електроліту на воронці Бюхнера і там же промивають 1л 0,25% Бульбашки парів води, що інтенсивно утворюютьводного розчину аміаку і сушать в витяжній шафі ся при температурах більш як 90°С, змивають адпри включеній вентиляції на протязі 24 годин Висорбовані на поверхні катоду молекули жирної сушений порошок в КІЛЬКОСТІ 45г завантажують в кислоти В результаті нікель виділяється на катоді муфель, який розміщують в шахтній печі з автомав компактному вигляді (таблиця, приклад 9), тичним регулюванням температури при надлишковому тиску водню 150-200Па Швидкість підйому Експериментально встановлено, що оптиматемператури в печі 7град/хв Через 50хв, темперальна концентрація капрінової кислоти, яка забезтура в печі досягає заданого кінцевого значення печує одержання порошків нікелю високого ступе350°С Термообробку порошку витримкою в сереня дисперсності і з високим виходом за струмом, довищі водню при 350°С проводять на протязі 2-х дорівнює 0,75-2,0% мас годин При цьому позамежне зменшення концентрації Після охолодження одержано 41,5г порошку з капрінової кислоти приводить до різкого зниження розмірами частинок основної фракції 0,3-0,5мкм ступеня дисперсності порошку (таблиця, приклад Вихід порошку за струмом 95% (таблиця, приклад 6), а збільшення концентрації кислоти вище оптимальних значень знижує вихід порошку за струмом 1) (таблиця, приклад 7) Встановлено, що заявлена природа вуглеводПереваги пропонованого способу в порівнянні невого розчинника і поверхнево-активної речовиз відомим [2] підтверджуються даними таблиці Як ни, а також температура електролізу вибрані з видно із наведених даних, пропонований спосіб умов, які забезпечують одержання порошку нікелі забезпечує підвищення виходу порошку нікелю за високого ступеня дисперсності і з високим вихострумом на 83-87% (з 51,3 до 94-96%) і збільшендом за струмом ня ступеня дисперсності порошку в 80-190 раз (з Як випливає із наведених в таблиці даних 57 до 0,3-0,7мкм) (приклади 1-5), тільки спільне використання капрінової кислоти і уайт-спириту в верхньому вуглевоОдержані з використанням заявленого спосодневому шарі ванни забезпечує одержання з висобу порошки нікель пропонується використати при ким виходом за струмом якісного порошку нікелю виготовленні катодної маси нікель-залізних і ніА поєднання олеїнової кислоти з уайт-спиритом кель-кадмієвих акумуляторів Високий ступінь дис(таблиця, приклад 11) або капрінової кислоти з персності порошків дасть можливість підвищити ксилолом (таблиця, приклад 12) спричиняє одерпитому ємність і струмове навантаження акумуляжання порошків нікелю на рівні показників пороштора ку, одержаного за відомим способом [2] Таблиця №п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Склад верхнього шару електролітичної ванни Температура елекРозмір частинок порошвуглеводнев розВихід порошку за струмом % ПАР тролізу °С ку мкм чинник природа мас % По винаходу уаит-спирит 70 капрінова кислота 1 0 95 0 3-0 5 -II0 75 -II80 96 0 4-0 6 -II90 94 -II20 0 3-0 5 -II90 -II 1 0 95 0 3-0 5 0 75 70 94 0 5-0 7 -IIПозамежні значення 05 -II70 -II95 10 15 25 -II80 -II73 0 3-0 5 II 0 75 -II60 70 1 530 20 -II100 -IIНікель осаджується у компактному вигляді Прототип 03 ксилол олеїнова кислота 10 51 3 57 03 уаит-спирит 80 52 49 ксилол 10 44 71 капрінова кислота 1 0 х)дані отримані автором винаходу Комп ютерна верстка Т Чепелєва Підписне Тираж 39 прим Міністерство освгги і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім і Хохлових, 15, м Київ, 04119