Способ электролитического получения порошка никеля

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Изобретение относится к области получения порошков металлов электролитическими методами. Получаемые порошки никеля могут быть применены в металлургии при получении сплавов, при получении наноструктурированных материалов.
Достигаемый предлагаемым способом технический результат - интенсификация процесса получения тонкодисперсного (размер частиц не более 1000 нм) порошка никеля.
Электролитическое получение порошка никеля осуществляют путем электролиза при линейно возрастающей плотности тока из сульфат-хлоридного электролита содержащего сульфат никеля, хлорид натрия, хлорид аммония, но в отличие от известного электролиз ведут при плотностях тока 650-10500 А/м2 со скоростью от 8000 до 10000 А/м2.ч, а сульфат-хлоридный электролит дополнительно содержит 2,2'-диметилдигидропирон-4 и смесь алифатических аминов фракции C15-C17 при следующем соотношении компонентов, г/дм3:
сульфат никеля (NiSO4·7H2O) 2,4-9,5
хлорид натрия (NaCl) 200
хлорид аммония (NH4)2Cl 50
2,2'- диметилдигидропирон-4 0,004-0,2
смесь алифатических
аминов фракции С15-С17 0,01-0,2.
Способ обеспечивает получение однородного по составу тонкодисперсного (размер частиц 800-1000 нм) порошка никеля.

Текст

Смотреть все

(51) 25 5/02 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Электролитическое получение порошка никеля осуществляют путем электролиза при линейно возрастающей плотности тока из сульфатхлоридного электролита содержащего сульфат никеля, хлорид натрия, хлорид аммония, но в отличие от известного электролиз ведут при плотностях тока 650-10500 А/м 2 со скоростью от 8000 до 10000 А/м 2.ч, а сульфат-хлоридный электролит дополнительно содержит 2,2 диметилдигидропирон-4 и смесь алифатических аминов фракции 15-17 при следующем соотношении компонентов, г/дм 3 сульфат никеля (472) 2,4-9,5 хлорид натрия 200 хлорид аммония (4)2 50 2,2- диметилдигидропирон-4 0,004-0,2 смесь алифатических аминов фракции С 15-С 17 0,01-0,2. Способ обеспечивает получение однородного по составу тонкодисперсного (размер частиц 8001000 нм) порошка никеля.(72) Демеев Бауржан Байтугул-улы Наурызбаев Михаил Касымович Нурманова Роза Ахметбековна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный университет им. аль-Фараби Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА НИКЕЛЯ(57) Изобретение относится к области получения порошков металлов электролитическими методами. Получаемые порошки никеля могут быть применены в металлургии при получении сплавов,при получении наноструктурированных материалов. Достигаемый предлагаемым способом технический результат - интенсификация процесса получения тонкодисперсного (размер частиц не более 1000 нм) порошка никеля. 24271 Изобретение относится к области получения порошков металлов электролитическими методами. Получаемые порошки никеля могут быть применены в металлургии при получении сплавов,при получении наноструктурированных материалов. Известны способы и электролиты для получения электролитических порошков никеля из сульфатхлоридных электролитов при постоянном токе. Известен способ электролитического получения порошка никеля (А.с. СССР 933811, МКИ С 25 С 5/02, опубл. 07.06.82, БИ 21) из сульфатхлоридного электролита при постоянной плотности тока 5000-10000 А/м 2, электролиз проводят в течение 5-10 мин и концентрации сульфата никеля 0,1-0,5 г/дм 3, в результате электролиза получают тонкодисперсный порошок никеля. Однако способ имеет следующие существенные недостатки- кратковременный электролиз непроизводителен и непригоден для промышленного использования,- требует огромных трудозатрат, т.к. требует частой остановки процесса и съема катодного порошка,- требует частой корректировки состава электролита при ничтожной концентрации никеля. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к изобретению является способ получения никелевого порошка электролизом из водного раствора сульфат хлоридного-электролита (А.с. СССР 1257120,МКИ С 25 С 5/02, опубл. 15.09.86 БИ 34). Электролиз ведут при линейно изменяющемся токе в интервале плотностей тока от 130 А/м 2 (величина удельной плотности тока осаждения никеля) до максимального находящегося в интервале 55606670 А/м 2 со скоростью 2000-6000 А/м 2.ч из электролита состава, г/дм 3 сульфат никеля (472) 2,4-9,5 хлорид натрия 200 хлорид аммония (4)2 50. В результате электролиза получают никелевый порошок с величиной среднего размера частиц не более 250000 нм и содержанием в порошке частиц с размером более 250000 нм не более 3. Время съема порошка с катода составляет 65-164 мин в зависимости от скорости задания тока. Расход электроэнергии составляет 6,4-8,3 кВт. ч/кг. Выход по току не более 72 . В ванну завешивают никелевый катод площадью 18 см 2 и два никелевых анода, электролиз ведут при перемешивании и температуре электролита 50 С. Способ имеет следующие существенные недостатки в предлагаемом способе получают крупнокристаллические и неоднородные по составу(фракциям) порошки,- повышенная температура электролита требует дополнительных энергозатрат,- низкий выход по току, ведет также к повышенным энергозатратам. Задачей изобретения является создание нового способа электролитического получения порошка никеля. Технический результат - интенсификация процесса получения тонкодисперсного (размер частиц не более 1000 нм) порошка никеля. Технический результат достигается предлагаемым способом электролитического получения порошка никеля путем электролиза при линейно возрастающей плотности тока из сульфатхлоридного электролита, содержащего сульфат никеля, хлорид натрия, хлорид аммония, но в отличие от известного электролиз ведут при плотностях тока 650-10500 А/м 2 со скоростью от 8000 до 10000 А/м 2.ч, а сульфат-хлоридный электролит дополнительно содержит 2,2 диметилдигидропирон-4 и смесь алифатических аминов фракции С 15-17 при следующем соотношении компонентов, г/дм 3 сульфат никеля (472) 2,4-9,5 хлорид натрия 200 хлорид аммония (4)2 50 2,2- диметилдигидропирон-4 0,004-0,2 смесь алифатических аминов фракции С 15-С 17 0,01-0,2. Способ обеспечивает получение однородного по составу тонкодисперсного (размер частиц 8001000 нм) порошка никеля, пригодного для получения никелевых сплавов и новых материалов методами порошковой металлургии. Интенсификация процесса без существенного увеличения энергозатрат достигается за счет повышения выхода по току при гальванодинамическом режиме. При этом способе, в процессе электролиза ток увеличивается постепенно по определенному закону. При правильном задании тока длительное время сохраняется первоначальное значение коэффициента истощения приэлектродного слоя, а следовательно, нужная дисперсность порошка. Порошок получается более однородным по гранулометрическому составу. Таким образом,технический результат достигается тем, что электролитическое получение порошка никеля ведут при плотности тока, линейно возрастающей от минимального значения (650 А/м 2) определяемого величиной предельной плотности тока осаждения металла в электролите выбранного состава, до максимальной величины 10500 А/м 2 со скоростью 8000-10000 А/м 2.ч. При линейном возрастании плотности тока поддерживается концентрация сульфата никеля от 2,4 до 9,5 г/дм 3, а поверхностно-активных веществ (ПАВ) 2,2 диметилдигидропирона-4(ДГП) от 0,004 до 0,2 г/дм 3,смеси алифатических аминов фракции 15-17(АНП-2) от 0,01 до 0,2 г/дм 3. Более низкая концентрация ионов никеля и наличие ПАВ в электролите также способствуют измельчению частиц порошка никеля. Изменение концентрации ПАВ с ростом плотности тока позволяет поддерживать постоянство состава частиц со средним размером 800-1000 нм. ПАВ-2,2-диметилдигидропирон-4, представляет собой жидкость светло-коричневого цвета с основным содержанием вещества 80 мас., 24271 синтезирован в КазНУ им. аль-Фараби. ПАВ-АНП 2, формулы СН 3(СН 2)С(Н 2)(СН 2)СН 3, где 12-14,представляет собой смесь первичных и вторичных алифатических аминов-жидкость светлокоричневого цвета, выпускается химической промышленностью(Поверхностно-активные веществаСправочник/Абрамзон А.А. - Л. Химия,1979, - с.376). При содержании в растворе 2,4-9,5 г/дм 3 472 в выбранном интервале скоростей задания тока (8000-10000 А/м 2.ч) удельный расход электроэнергии составляет 5,2-6,8 кВт.ч/кг (табл),что ниже удельного расхода электроэнергии по известному способу. Катодный выход по току по предлагаемому способу составляет 71-78, что также выше,чем по известному. Продолжительность наращивания порошка на катоде составляет 59-73 мин. При этом получается никелевый порошок с величиной среднего размера частиц не более 1000 нм и содержанием в порошке частиц с размером более 1000 нм не более 4 . Результаты лабораторных испытаний представлены в таблице Таблица Предложенный способ (линейно изменяющийся ток) Известный способ Условия электролиза(прототип) Опыт 1 2 3 4 5 6 7 Верхний предел плотности 10500 10500 10000 6000 11000 5560 6670 тока, А/м 2 Нижний предел плотности 650 650 650 300 600 130 167 тока, А/м 2 Скорость развертки тока, А/м 2 8000 10000 9000 7500 11000 4000 6000 Состав электролита, г/дм 3 472 2,4 9,5 6,0 2,1 10 47,8 57,4 ПАВ, г/дм 3 ДГП 0,004 0,2 0,05 0,001 0,3 АНП-2 0,01 0,2 0,1 0,005 0,5 Интервал времени съема, мин 73 59 62 46 56 82 65 Результаты электролиза Средний размер частиц, нм 950 860 820 980 1000 110000 110000 Содержание фракции с разм. 4 3 2,3 8 6 250000 250000 частиц более 1000 нм,0,2 0,54 Уд. расход электроэнергии,5,2 6,8 6 6,4 7,2 8,3 6,4 кВт.ч/кг Выход по току,71 73 78 67 65 66 70 В таблице приведены результаты лабораторных При содержании 2,2-диметилдигидропирона-4 и испытаний электролиза по предлагаемому способу АНП-2 менее 0,004 и 0,01 г/дм 3 соответственно,(опыты 1-5) и по прототипу (опыты 6, 7). В таблице порошки получаются крупнокристаллическими опыт 1 (гр. 1) соответствует минимальным размером свыше 1000 нм, а при концентрациях ДГП значениям параметров, оп. 2 - максимальным, оп. 3 - и АНП-2 более 0,2 г/дм 3 наноразмерные порошки оптимальным значениям, оп. 4 и 5 запредельным. загрязняются поверхностно-активными веществами. Проведение электролиза со скоростью линейной Электролиз никелевого порошка (по способу развертки тока, меньшей 8000 или большей 10500 прототипа, табл. оп.6,7) при линейно возрастающей А/м 2.ч, ведет к тому, что период непрерывного катодной плотности тока со скоростью 4000 А/м 2.ч,позволяет получать наращивания рыхлого металла становится меньше 6000 60 мин (табл., гр. 4, 5). При этом увеличивается крупнокристаллический порошок со средним кристаллов более 110000 нм трудоемкость обслуживания электролизера за счет размером необходимости частого съема порошкообразного разнофракционного состава, с довольно высоким удельным расходом электроэнергии 6,4-8,3 кВт/ч/кг никеля. Проведение электролиза со скоростью линейной и низким выходом по току (менее 70). Кроме того,прессовании и спекании развертки тока, меньшей 8000 А/м 2.ч, ведет к при крупнокристаллического и разнофракционного снижению диффузионных ограничений у фронта методом порошковой металлургии роста осадка и кристаллизации металла в условиях, порошка близких к предельным. Следствием этого является увеличиваются энергозатраты и получаемые увеличение содержания в порошке крупных материалы не всегда удовлетворяют требованиям к фракций с размером более 1000 нм выше нормы качеству продукции. Пример 1. В электролизную ванну заливают(табл., гр. 4, 5). Проведение электролиза со 2 электролит (рН 4,8) следующего состава, г/л скоростью большей 10500 А/м .ч и повышенных сульфат никеля 472 2,4 плотностях тока до 11000 А/м 2 ведет также к хлорид натрия 200 уменьшению выхода по току и соответственно хлорид аммония 50 повышению расхода электроэнергии до 7,2 кВт.ч/кг. ДГП 0,004 При низких плотностях тока (менее 650 А/м 2) АНП-2 0,01. процесс непроизводителен,размер порошка увеличивается свыше 1000 нм. 3 24271 В ванну завешивают плоский титановый катод площадью 10 см 2 и два никелевых анода при отношении рабочей поверхности катода к поверхности анода 112. Катодная плотность тока линейно изменяется от 650 до 10500 А/м 2 со скоростью 8000 А/м 2 в течение 73 мин. Начальное значение плотности тока 650 А/м 2 является величиной предельной плотности тока осаждения никеля в электролите выбранного состава. Электролиз ведут непрерывно при скорости циркуляции 0,15 л/А.ч и температуре 20-30 С. Порошок в течение 73 мин не счищается с катода(табл., гр.1). Пример 2. В электролизную ванну заливают электролит (рН 4,8) следующего состава, г/л сульфат никеля 472 9,5 хлорид натрия 200 хлорид аммония 50 ДГП 0,2 АНП-2 0,2. Катодная плотность тока линейно изменяется от 650 до 10500 А/м 2 со скоростью 10000 А/м 2.ч в течение 59 мин. Начальное значение плотности тока 650 А/м 2 является величиной предельной плотности тока осаждения никеля в электролите выбранного состава (табл., гр. 2). Порошок в течение 59 мин. не счищается с катода. Остальные условия электролиза аналогичны изложенным в примере 1. Пример 3. В электролизную ванну заливают электролит (рН 4,8) следующего состава, г/л сульфат никеля 472 6,0 хлорид натрия 200 хлорид аммония 50 ДГП 0,05 АНП-2 0,1. Катодная плотность тока линейно изменяется от 650 до 10000 А/м 2 со скоростью 9000 А/м 2 в течение 62 мин (табл., гр. 3). Остальные условия электролиза аналогичны изложенным в примере 1. Порошок в течение 62 мин не счищается с катода. Примеры 4-7 данные по запредельным значениям параметров электролиза приведены в табл. гр. 4 и 5, а по способу прототипа в табл. гр. 6 и 7, в отличие от данных приведенных в таблице в состав электролита следует добавить хлорид натрия - 200 г/дм 3, хлорид аммония- 50 г/дм 3. Предлагаемый способ получения никелевого порошка электролизом обеспечивает по сравнению с известным регулирование величины среднего размера частиц никелевого порошка изменением скорости возрастания плотности тока,и присутствием поверхностно-активных веществ в электролите, обеспечивает снижение удельного расхода электроэнергии и трудоемкости процесса получения никелевого порошка за счет исключения операции отсева фракции больше 100000 нм. Поддерживание концентрации ионов никеля(никелевого купороса) на уровне 2,4-9,5 г/дм 3, т.е. на более низком уровне, чем в способе прототипа(табл. пр. 6, 7), позволяет поддерживать электролиз в диффузионном режиме долгое время (до 73 мин.),что позволяет получать тонкодисперсные порошки нанометрового диапазона, однородные по составу и пригодные для использования при получении новых наноструктурированных материалов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ электролитического получения порошка никеля путем электролиза при линейно возрастающей плотности тока из сульфатхлоридного электролита, содержащего сульфат никеля,хлорид натрия,хлорид аммония,отличающийся тем, что электролиз ведут при плотностях тока 650-10500 А/м 2 со скоростью от 8000 до 10000 А/м 2.ч, а сульфат-хлоридный электролит дополнительно содержит 2,2 диметилдигидропирон-4 и смесь алифатических аминов фракции 15-С 17 при следующем соотношении компонентов, г/дм 3 сульфат никеля (472) 2,4-9,5 хлорид натрия 200 хлорид аммония (4)2 50 2,2- диметилдигидропирон-4 0,004-0,2.

МПК / Метки

МПК: C25C 5/02

Метки: способ, порошка, получения, никеля, электролитического

Код ссылки

<a href="http://kzpatents.com/4-ip24271-sposob-elektroliticheskogo-polucheniya-poroshka-nikelya.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Способ электролитического получения порошка никеля</a>

Похожие патенты