本發(fā)明屬于含鈷資源利用領(lǐng)域，具體涉及一種氯化鈷電轉(zhuǎn)化直接制備氫氧化鈷的方法。

背景技術(shù)：

鈷屬于第ⅷ副族的鐵磁金屬。氫氧化鈷是一種重要的工業(yè)原料，化工生產(chǎn)中用于制造鈷鹽，含鈷催化劑及電解法生產(chǎn)雙氧水分解劑，涂料工業(yè)用作油漆催干劑，玻璃工業(yè)用作著色劑等，在電池行業(yè)用于制造mh-ni、鋰離子電池。研究和開發(fā)純度高、工藝簡單、環(huán)境友好的氫氧化鈷生產(chǎn)方法具有重要現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的發(fā)展前景。

目前氫氧化鈷的制備方法主要有化學(xué)沉淀法、水熱法和液相溶劑法等。大多數(shù)氫氧化鈷產(chǎn)品是由化學(xué)沉淀法來生產(chǎn)。專利cn105384197a公開了一種球形氫氧化鈷及其制備方法，專利cn105439212a公開了一種電池級氫氧化鈷的制備方法，專利cn103342394a公開了一種連續(xù)化制備高松比氫氧化鈷的方法，均是以氫氧化鈉為底液，加入絡(luò)合劑及大量氨，采用化學(xué)沉淀法制備氫氧化鈷。

化學(xué)沉淀法需要消耗大量的高濃度氨及氫氧化鈉，操作環(huán)境差且對環(huán)境造成較大的空氣污染及水污染。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的成本高、堿消耗大、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，本發(fā)明提供了一種氯化鈷電轉(zhuǎn)化直接制備氫氧化鈷的方法，目的是通過電解氯化鈷水溶液直接獲得氫氧化鈷產(chǎn)品和副產(chǎn)品氫氣及氯氣。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案，本發(fā)明的一種氯化鈷電轉(zhuǎn)化直接制備氫氧化鈷的方法，按照以下步驟進(jìn)行：

步驟1：對氯化鈷水溶液進(jìn)行電解，電解的工藝參數(shù)為：10℃≤溫度<100℃，電解的電壓≥2.2v；

步驟2：控制陽離子膜電解槽中陰極室電解液的ph值為9～11，使陽離子膜電解槽陰極室內(nèi)直接生成氫氧化鈷；

步驟3：對陽離子膜電解槽的陰極室進(jìn)行攪拌，陰極室電解液和氫氧化鈷定向流動，通過過濾裝置進(jìn)行過濾，固液分離，得到氫氧化鈷和濾液，濾液循環(huán)返回至陰極室作為陰極室電解液；陽極室溶液連續(xù)抽出，經(jīng)調(diào)節(jié)濃度后返回陽極室；收集陽極氣體獲得副產(chǎn)品氯氣，收集陰極氣體獲得副產(chǎn)品氫氣；

步驟4：將氫氧化鈷烘干，得到氫氧化鈷產(chǎn)品，氫氧化鈷的產(chǎn)品純度≥95％。

所述的步驟1中，所述的電解在電解系統(tǒng)中進(jìn)行，電解系統(tǒng)包括陽離子膜電解槽和過濾回收利用裝置；

所述的陽離子電解槽包括：槽體、陰極室、陽極室、陽離子交換膜、攪拌器、直流電源；

所述的過濾回收利用裝置包括過濾裝置、干燥箱、第一溶解槽、第一泵、第二溶解槽和第二泵；

其中，槽體內(nèi)部設(shè)置有陽離子交換膜，陽離子交換膜將槽體分為陽極室和陰極室，其中，與直流電源的正極連接的為陽極室，與直流電源的負(fù)極連接的為陰極室，在陰極室內(nèi)設(shè)置有攪拌器，所述的攪拌器通過電極驅(qū)動進(jìn)行攪拌；

在陰極室的下方設(shè)置有過濾裝置，過濾裝置設(shè)置有固體出口和液體出口，過濾裝置的固體出口與干燥箱相連接，過濾裝置的液體出口與第二溶解槽相連接，第二溶解槽通過第二泵與陰極室相通；

在陽極室的下側(cè)設(shè)置開口與第一溶解槽相連接，第一溶解槽通過第一泵與陽極室相通。

所述的電解系統(tǒng)具有攪拌和過濾的功能。

所述的步驟1中，所述的氯化鈷水溶液的質(zhì)量濃度為任意值。

所述的步驟2中，陰極室電解液ph值的控制方法為控制電流密度或加入緩釋劑中的一種，所述的緩釋劑為氨水。

所述的步驟3中，所述的攪拌為機(jī)械攪拌或電磁攪拌，所述攪拌的作用在于抑制槽體底部沉淀；

所述的步驟3中，所述的定向流動為連續(xù)流動或間歇流動，所述的間歇流動的時間間隔根據(jù)所用的過濾設(shè)備不同而定。

所述的步驟3中，所述的濾液加入水調(diào)節(jié)至原濃度循環(huán)返回至陰極室，作為陰極室電解液，陽極室電解液抽出后加入氯化鈷調(diào)整濃度至初始反應(yīng)氯化鈷濃度后，返回至陽極室，實(shí)現(xiàn)氯化鈷的循環(huán)利用。

所述的步驟4中，所述的氫氧化鈷的烘干條件為真空60℃烘干。

本發(fā)明的一種氯化鈷電轉(zhuǎn)化直接制備氫氧化鈷的方法涉及的主要反應(yīng)如下：

陽極反應(yīng)：2cl^--2e＝cl2(1)

陰極反應(yīng)：2h2o+2e＝h2+2oh^-(2)

總反應(yīng)：

煅燒反應(yīng)：2co(oh)3＝co2o3+3h2o↑

查得，25℃時，標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)電勢v1＝-1.3583v、v2＝-0.8277v，則e總＝2.186v，所以，槽電壓必須高于2.186v。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種氯化鈷電轉(zhuǎn)化直接制備氫氧化鈷的方法，具有如下有益效果：

1.本發(fā)明采用電解的方法，將氯化鈷直接制備氫氧化鈷，其中的電解工藝自動化程度高，易于控制，產(chǎn)品純度高，有利于降低生產(chǎn)成本。

2.氯化鈷不用特意配制，氯化鈷作為電解液可為任意濃度的氯化鈷溶液。

3.本發(fā)明的陰極室電解液連續(xù)循環(huán)通過過濾裝置，調(diào)整溶液濃度后返回陰極室，可實(shí)現(xiàn)氫氧化鈷產(chǎn)品的連續(xù)生產(chǎn)。

4.本發(fā)明的方法消除了傳統(tǒng)氫氧化鈷生產(chǎn)過程中氨及氫氧化鈉的大量消耗及環(huán)境污染。

附圖說明

圖1為本發(fā)明電解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1-陰極室；2-陽極室；3-陽離子交換膜；4-攪拌器；5-直流電源；6-過濾裝置；7-干燥箱；8-第一溶解槽；9-第一泵；10-第二溶解槽；11-第二泵；12-槽體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

以下實(shí)施例中，電解在電解系統(tǒng)中進(jìn)行，電解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，電解系統(tǒng)包括陽離子膜電解槽和過濾回收利用裝置；

所述的陽離子電解槽包括：槽體12、陰極室1、陽極室2、陽離子交換膜3、攪拌器4和直流電源5；

所述的過濾回收利用裝置包括過濾裝置6、干燥箱7、第一溶解槽8、第一泵9、第二溶解槽10和第二泵11；

其中，槽體12內(nèi)部設(shè)置有陽離子交換膜3，陽離子交換膜3將槽體分為陽極室和陰極室，其中，與直流電源5的正極連接的為陽極室2，與直流電源5的負(fù)極連接的為陰極室1，在陰極室1內(nèi)設(shè)置有攪拌器4，所述的攪拌器4通過電極驅(qū)動進(jìn)行攪拌；

在陰極室1的下方設(shè)置有過濾裝置6，過濾裝置6設(shè)置有固體出口和液體出口，過濾裝置的固體出口與干燥箱7相連接，過濾裝置的液體出口與第二溶解槽10相連接，第二溶解槽10通過第二泵11與陰極室1上側(cè)相通；

在陽極室2的下側(cè)設(shè)置開口與第一溶解槽8相連接，第一溶解槽8通過第一泵9與陽極室2上側(cè)相通。

實(shí)施例1

一種氯化鈷電轉(zhuǎn)化直接制備氫氧化鈷的方法，按照以下步驟進(jìn)行：

步驟1：對質(zhì)量濃度10％的氯化鈷水溶液進(jìn)行電解，電解的工藝參數(shù)為：溫度為20℃，電解的電壓為20v；

步驟2：通過控制電流密度來控制陰極室電解液ph值在9.5-10.8范圍內(nèi)，使電解槽陰極區(qū)直接生成氫氧化鈷；

步驟3：對陽離子膜電解槽的陰極室進(jìn)行機(jī)械攪拌，陰極室電解液和氫氧化鈷定向流動，通過過濾裝置進(jìn)行過濾，固液分離，得到氫氧化鈷和濾液，濾液加入水調(diào)節(jié)至10％，循環(huán)返回至陰極室作為陰極室電解液；陽極室溶液連續(xù)抽出，加入氯化鈷調(diào)整濃度至初始反應(yīng)氯化鈷濃度(10％)后返回陽極室；收集陽極氣體獲得副產(chǎn)品氯氣，收集陰極氣體獲得副產(chǎn)品氫氣；

步驟4：將氫氧化鈷在真空60℃烘干，得到氫氧化鈷產(chǎn)品，氫氧化鈷的產(chǎn)品純度為95％。

實(shí)施例2

一種氯化鈷電轉(zhuǎn)化直接制備氫氧化鈷的方法，按照以下步驟進(jìn)行：

步驟1：對質(zhì)量濃度15％的氯化鈷水溶液進(jìn)行電解，電解的工藝參數(shù)為：溫度為90℃，電解的電壓為3v；

步驟2：通過控制電流密度來控制陰極室電解液ph值在9.5-10.8范圍內(nèi)，使電解槽陰極區(qū)直接生成氫氧化鈷；

步驟3：對陽離子膜電解槽的陰極室進(jìn)行機(jī)械攪拌，陰極室電解液和氫氧化鈷定向流動，通過過濾裝置進(jìn)行過濾，固液分離，得到氫氧化鈷和濾液，濾液加入水調(diào)節(jié)至15％，循環(huán)返回至陰極室作為陰極室電解液；陽極室溶液連續(xù)抽出，加入氯化鈷調(diào)整濃度至初始反應(yīng)氯化鈷濃度(15％)后返回陽極室；收集陽極氣體獲得副產(chǎn)品氯氣，收集陰極氣體獲得副產(chǎn)品氫氣；

步驟4：將氫氧化鈷在真空60℃烘干，得到氫氧化鈷產(chǎn)品，氫氧化鈷的產(chǎn)品純度為96％。

實(shí)施例3

一種氯化鈷電轉(zhuǎn)化直接制備氫氧化鈷的方法，按照以下步驟進(jìn)行：

步驟1：對質(zhì)量濃度13％的氯化鈷水溶液進(jìn)行電解，電解的工藝參數(shù)為：溫度為10℃，電解的電壓為20v；

步驟2：通過控制電流密度來控制陰極室電解液ph值在9-11范圍內(nèi)，使電解槽陰極區(qū)直接生成氫氧化鈷；

步驟3：對陽離子膜電解槽的陰極室進(jìn)行電磁攪拌，陰極室電解液和氫氧化鈷定向流動，通過過濾裝置進(jìn)行過濾，固液分離，得到氫氧化鈷和濾液，濾液加入水調(diào)節(jié)至13％，循環(huán)返回至陰極室作為陰極室電解液；陽極室溶液連續(xù)抽出，加入氯化鈷調(diào)整濃度至初始反應(yīng)氯化鈷濃度(13％)后返回陽極室；收集陽極氣體獲得副產(chǎn)品氯氣，收集陰極氣體獲得副產(chǎn)品氫氣；

步驟4：將氫氧化鈷在真空60℃烘干，得到氫氧化鈷產(chǎn)品，氫氧化鈷的產(chǎn)品純度為95％。

實(shí)施例4

一種氯化鈷電轉(zhuǎn)化直接制備氫氧化鈷的方法，按照以下步驟進(jìn)行：

步驟1：對質(zhì)量濃度13％的氯化鈷水溶液進(jìn)行電解，電解的工藝參數(shù)為：溫度為90℃，電解的電壓為2.2v；

步驟2：通過加入緩釋劑——氨水來控制陰極室電解液ph值在9-11范圍內(nèi)，使電解槽陰極區(qū)直接生成氫氧化鈷；

步驟3：對陽離子膜電解槽的陰極室進(jìn)行電磁攪拌，陰極室電解液和氫氧化鈷定向流動，通過過濾裝置進(jìn)行過濾，固液分離，得到氫氧化鈷和濾液，濾液加入水調(diào)節(jié)至13％，循環(huán)返回至陰極室作為陰極室電解液；陽極室溶液連續(xù)抽出，加入氯化鈷調(diào)整濃度至初始反應(yīng)氯化鈷濃度(13％)后返回陽極室；收集陽極氣體獲得副產(chǎn)品氯氣，收集陰極氣體獲得副產(chǎn)品氫氣；

步驟4：將氫氧化鈷在真空60℃烘干，得到氫氧化鈷產(chǎn)品，氫氧化鈷的產(chǎn)品純度為95％。