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Title:
METHOD FOR PRODUCING METAL HYDROXIDES OR ALKALINE METAL CARBONATES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/098559
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing metal hydroxides or alkaline metal carbonates by anode dissolution of the corresponding metals and precipitation of the hydroxides or alkaline carbonates in an aqueous medium. The anode dissolution of the metal components is carried out in the anode compartment of a three-compartment electrolytic cell. An aqueous auxiliary salt solution is fed to an intermediate compartment that is disposed between the anode compartment and the cathode compartment and that is separated therefrom by a porous membrane. An at least not alkaline metal salt solution is continuously taken from the anode compartment while an alkaline auxiliary salt solution is continuously taken from the cathode compartment. The at least not alkaline metal salt solution and the alkaline auxiliary salt solution are combined outside the electrolytic cell for the purpose of precipitating metal hydroxides or alkaline metal carbonates.

Inventors:
OLBRICH ARMIN (DE)
GOERGE ASTRID (DE)
SCHRUMPF FRANK (CA)
MEESE-MARKTSCHEFFEL JULIANE (DE)
STOLLER VIKTOR (DE)
GILLE GERHARD (DE)
SCHMOLL JOSEF (DE)
KRUFT MICHAEL (DE)
NAUMANN DIRK (CA)
Application Number:
PCT/EP2001/006420
Publication Date:
December 27, 2001
Filing Date:
June 06, 2001
Export Citation:
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Assignee:
STARCK H C GMBH (DE)
OLBRICH ARMIN (DE)
GOERGE ASTRID (DE)
SCHRUMPF FRANK (CA)
MEESE MARKTSCHEFFEL JULIANE (DE)
STOLLER VIKTOR (DE)
GILLE GERHARD (DE)
SCHMOLL JOSEF (DE)
KRUFT MICHAEL (DE)
NAUMANN DIRK (CA)
International Classes:
C25B1/00; C25B1/16; C25B15/00; C25B9/00; (IPC1-7): C25B1/00
Foreign References:
US5660709A1997-08-26
FR1374452A1964-10-09
Other References:
DATABASE WPI Section Ch Week 198215, Derwent World Patents Index; Class E31, AN 1982-30405E, XP002179653
Attorney, Agent or Firm:
Drope, Rüdiger (Bayer Aktiengesellschaft Leverkusen, DE)
Bramer-weger, Elmar c/o Bayer Aktiengesellschaft Leverkusen . (DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Metallhydroxiden oder basischen Metallcar bonaten durch anodische Auflösung entsprechender Metalle und Fällung der Hydroxide bzw. basischen Carbonate in wässrigem Medium, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die anodische Auflösung der Metallkomponente in der Anodenkammer einer Dreikammerelektrolysezelle erfolgt, der zwischen Anodenkammer und Kathodenkammer angeordneten und von diesen durch poröse Membranen abgetrennten Zwischenkammer kontinuierlich eine wäss rige Hilfssalzlösung zugeführt wird, der Anodenkammer kontinuierlich eine mindestens nicht alkalische Metallsalzlösung entnommen wird, der Katho denkammer kontinuierlich eine alkalische Hilfssalzlösung entnommen wird, und die mindestens nicht alkalische Metallsalzlösung und die alkalische Hilfssalzlösung außerhalb der Elektrolysezelle zur Ausfällung von Metall hydroxiden bzw. basischen Metallcarbonaten vereinigt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Ver einigung der mindestens nicht alkalischen Metallsalzlösung und der alka lischen Hilfssalzlösung zusätzlich eine Alikalihydroxidlösung zur Einstellung des erforderlichen FällungspHWertes zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fällungslösung nach Abtrennung der gefällten Metallhydroxide bzw. alka lischen Metallcarbonate in die Zwischenkammer der Elektrolysezelle zurück geführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fällungslösung vor der Rückführung in die Elektrolysezelle aufbereitet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fällung in Gegenwart eines Komplexierungsmittels erfolgt.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fällung in Gegenwart von Ammoniak erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ammoniak nach Abtrennung der Metallhydroxide bzw. alkalischen Metallcarbonate aus der Fällungslösung gestrippt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Membranen poröse Filtertücher eingesetzt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfssalzlösung der Zwischenkammer unter einem solchen Druck zuge führt wird, dass die Strömungsgeschwindigkeit durch die porösen Filtertücher nicht kleiner ist als die mittlere Ionenwanderungsgeschwindigkeit unter Wir kung des elektrischen Feldes in der Hilfssalzlösung.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Metalle Fe, Co, Ni, Cu. In, Mn, Sn, Cd und/oder Al eingesetzt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Hilfssalz Chloride, Nitrate, Sulfate, Acetate und/oder Formiate der Alkali und/oder Erdalkalimetalle eingesetzt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Metall Nickel und/oder Cobalt und als Hilfssalz Natriumchlorid eingesetzt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfssalzlösung in der Zwischenkammer mit einer Konzentration von 1,5 bis 5 Mol% eingeleitet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Anodenkammer abgeleitete saure Metallsalzlösung eine Metall salzkonzentration von 0,3 bis 2 Mol% aufweist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in die Fällungslösung Dotiersubstanzen für das Metallhydroxid bzw. basische Metallcarbonat in Form von wasserlöslichen Salzlösungen eingeleitet werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung basischer Carbonate Kohlendioxid in die Katholytlösung eingeleitet wird.
17. Vorrichtung zur Herstellung von Metallhydroxiden enthaltend eine Drei kammerelektrolysezelle, die durch poröse Membranen, in eine Anoden kammer, eine Zwischenkammer und eine Kathodenkammer geteilt ist, die einen Zulauf zur Zwischenkammer, einen Ablauf aus der Anodenkammer und einen Ablauf aus der Kathodenkammer, aufweist, einen Fällungsreaktor, dessen einer Zulauf mit dem Ablauf der Anodenkammer und dessen anderer Zulauf mit dem Ablauf der Kathodenkammer verbunden ist, und der einen Ablauf aufweist, sowie Mitteln zur Abtrennung von Feststoffen aus dem Ablauf des Fällungsreaktors.
Description:
Verfahren zur Herstellung von Metallhydroxiden oder basischen Metallcarbo- naten Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallhydroxi- den und/oder Metallcarbonaten durch anodische Auflösung entsprechender Metalle und Fällung der Hydroxide bzw. basischen Carbonate in wässrigem Medium.

Metallhydroxide bzw. basische Metallcarbonate werden üblicherweise durch Fällung aus entsprechenden wässrigen Metallsalzlösungen durch Umsetzung mit Alkali- hydroxiden bzw. Alkalihydrogencarbonaten hergestellt. Dabei fallen stöchiome- trische Mengen an Neutralsalzen an, die aufgearbeitet oder entsorgt werden müssen.

Zur Vermeidung des Neutralsalzanfalls wurde daher gemäß US-A 5,391,265 vorge- schlagen, Nickelhydroxid durch Erzeugung von Nickelionen durch anodische Auf- lösung und Hydroxylionen durch elektrolytische Wasserzersetzung bereitzustellen, wobei neben gefälltem Nickelhydroxid Wasserstoff an der Kathode entsteht. Die Elektrolysezelle wird dabei mit einer Leitsalzlösung (Natriumchlorid und Natrium- sulfat) beschickt, wobei die Leitsalzlösung nach Abtrennung des gefällten Nickel- hydroxids wieder in die Elektrolysezelle zurückgeführt wird. Der Prozess verläuft demgemäss im wesentlichen ohne Anfall von Neutralsalzen. Nachteilig bei diesem Prozess ist, dass das Nickelhydroxid in sehr feinteiliger Form eines zwar filtrierba- ren, jedoch gel-ähnlichen Produkts mit hohen gebundenen Wassergehalten anfällt, das anschließend konditioniert werden muss. Eine Einflussnahme auf die erzielbare Teilchengröße ist nur sehr schwer möglich.

Gemäß EP-A 684 324 wurde vorgeschlagen, in einer durch eine anionenaktive Ionen- austauschmembran geteilten Zweikammerelektroysezelle getrennte Anolyt-und Katholytkreisläufe zu zirkulieren, wobei in der Anodenkammer Nickel anodisch auf- gelöst wird, der Anolyt Ammoniak als Komplexierungsmittel enthält, in der Katho- denkammer Hydroxylionen erzeugt und durch die Membran in die Anodenkammer

überfährt werden, in dem Anolyten durch Temperaturerhöhung die Nickelammin- komplexe hydrolysiert werden und Nickelhydroxid gefällt und aus dem Anolyten abgetrennt wird. Das Verfahren erlaubt es, über die Steuerung des Hydrolysepro- zesses die Teilchengröße des Nickelhydroxids in weiten Bereichen zu steuern. Das Verfahren ist allerdings kostenintensiv und durch die noch unzureichende Standzeit kommerziell verfügbarer Membranen störanfällig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Metallhydroxiden zur Verfügung zu stellen, das die genannten Nachteile nicht aufweist. Das erfin- dungsgemäße Verfahren erlaubt ferner die Herstellung von basischen Metallcarbo- naten im wesentlichen ohne Neutralsalzanfall.

Es wurde nun gefunden, dass es gelingt, Metallhydroxide oder basische Metallcarbo- nate in einem zweistufigen Verfahren dadurch herzustellen, dass in einer ersten Stufe unter Einsatz einer Alkalisalzlösung durch anodische Auflösung des Metalls eine Metallsalzlösung und durch kathodische Wasserstoffentwicklung eine alkalische Alkalisalzlösung gewonnen werden, die in einer zweiten Stufe zur Fällung des Metallhydroxids vereinigt werden. Die nach Abtrennung des Metallhydroxid- Fällungsprodukts erhaltene Alkalimetallsalzlösung wird in die Elektrolysezelle zurückgeführt. Dies gelingt durch Einsatz einer Dreikammerelektrolysezelle, bei der die Kammern durch poröse Membranen getrennt sind, unter Einleitung einer Alkali- salzlösung in die Zwischenkammer zwischen Kathoden-und Anodenkammer. Bei zusätzlicher Einleitung von Kohlendioxid in die Kathodenkammer oder in den Fällungsreaktor der zweiten Stufe werden basische Carbonate erhalten.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäss ein Verfahren zur Herstel- lung von Metallhydroxiden oder basischen Metallcarbonaten durch anodische Auflö- sung entsprechender Metalle und Fällung der Hydroxide bzw. basischen Carbonate in wässrigem Medium, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die anodische Auflösung der Metallkomponente in der Anodenkammer einer Dreikammerelektrolysezelle er- folgt, der zwischen Anodenkammer und Kathodenkammer angeordneten und von

diesen durch poröse Membranen abgetrennten Zwischenkammer kontinuierlich eine wässrige Hilfssalzlösung zugeführt wird, der Anodenkammer kontinuierlich eine zumindest nicht alkalische Metallsalzlösung entnommen wird, der Kathodenkammer kontinuierlich eine alkalische Hilfssalzlösung entnommen wird, und die zumindest nicht alkalische Metallsalzlösung und die alkalische Hilfssalzlösung außerhalb der Elektrolysezelle zur Ausfällung von Metallhydroxiden bzw. basischen Metallcarbo- naten vereinigt werden.

Gegebenenfalls kann während der Fällung aus den vereinigten Lösungen eine Alka- lihydroxidlösung zur Einstellung des gewünschten Fällungs-pH-Wertes und eine Lösung mit einem Komplexbildner, z. B. eine NH3-Lösung zur Erzeugung sphä- rischer Fällprodukte zugeführt werden.

Basische Metallcarbonate werden auf einfache Weise so erhalten, dass entweder in die Kathodenkammer oder in die vereinigte Fällungslösung Kohlendioxid eingeleitet wird.

Geeignete Metalle sind solche, die im wässrigen Medium lösliche Salze bilden, in neutralem oder alkalischem Medium als Hydroxide und/oder basische Carbonate gefällt werden können und die in der Elektrolysezelle als Anode geschaltet keine nichtleitenden Oberflächenschichten bilden (Oxide). Besonders bevorzugt werden als Metalle Fe, Co, Ni, Cu, In, Mn, Sn, Zn, Cd und/oder Al eingesetzt. Bevorzugt wer- den Nickel oder Kobaltanoden eingesetzt.

Als in die Zwischenkammer der Elektrolysezelle einzuleitende Hilfssalze sind Chlo- ride, Nitrate, Sulfate, Acetate und/oder Formiate der Alkali-und/oder Erdalkalime- talle geeignet. Bevorzugt sind Natriumchlorid und Natriumsulfat. Die Hilfssalz- lösung weist vorzugsweise eine Konzentration von 1 bis 3 Mol/l auf.

Die in die Zwischenkammer eingeleitete Hilfssalzlösung durchströmt die porösen Membranen zur Anodenkammer und zur Kathodenkammer, wobei durch die Wir-

kung des elektrischen Feldes eine partielle Ionentrennung der Hilfssalzlösung in einen Anteil mit Anionen-Überschuß, der zur Anode strömt und einen Anteil mit Kationen-Überschuß, der zur Kathode strömt, erfolgt. Dabei wird die Hilfssalzlösung vorzugsweise unter einem solchen Druck in die Zwischenkammer eingeleitet, dass die Strömungsgeschwindigkeit durch die porösen Membranen größer ist, als die Wanderungsgeschwindigkeit der anodisch erzeugten Metallionen und der kathodisch erzeugten OH--Ionen in der jeweiligen Lösung, so dass die anodisch erzeugten Metallionen und die kathodisch erzeugen OH--Ionen nicht in die Zwischenkammer gelangen können. Andererseits ist die Auftrennung der Hilfssalzlösung in Anionen- und Kationen-Überschuß-Anteil um so besser, dass heißt der Transport von neutra- lem Hilfssalz in die Anoden-und Kathodenkammer um so geringer, je geringer die Strömungsgeschwindigkeit der Hilfssalzlösung durch die Membranen ist. Optimale Bedingungen lassen sich in Abhängigkeit von den strukturellen Eigenschaften des Trennmediumns bzw. dessen Durchlässigkeit oder Strömungswiderstand durch ein- fache Vorversuche ermitteln. Bezüglich Trennwirkung und aufzuwendender elek- trischer Energie lässt sich ein Optimum einstellen, das durch die Art und Konzentra- tion des Elektrolyten bestimmt wird. Die Zuflussrate des Elektrolyten muss so gewählt sein, dass die Ionen mit der höheren Beweglichkeit in jedem Falle am Durchtritt in den Mittelraum gehindert werden. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis von Anionen zu Kationen der Hilfssalzlösung, die durch die Membran zur Anoden- seite hindurchtritt etwa 1,5 bis 3 und umgekehrt das Verhältnis von Kationen zu Anionen der Hilfssalzlösung, die durch die Membran zur Kathodenkammer hin- durchtritt, etwa 1,2 bis 3.

Vorzugsweise tritt die gesamte, in die Zwischenkammer eingeleitete Hilfssalzlösung durch die porösen Membanen hindurch.

Als Membranen sind poröse, vorzugsweise gewebte Tücher oder Netze geeignet, die aus Materialien bestehen, die gegen die Hilfssalzlösungen, die Anolyten und die Katholyten, resistent sind. Beispielsweise können Tücher aus Polypropylen einge- setzt werden wie sie von der Firma SCAPA FILTRATION GmbH unter der

Bezeichnung Propex angeboten werden. Geeignete Tücher weisen vorzugsweise einen Porenradius von 10 bis 30 u. m auf. Die Porosität kann 20 bis 50 % betragen.

Die in den Anodenraum aus dem Mittelraum durchtretende Hilfssalzlösung mit Anionen-Überschuß wird durch die anodische Auflösung der Metallanode im wesentlichen neutralisiert und kontinuierlich als Anolyt abgeleitet. Zur Vermeidung der Entstehung von Fällungsprodukten in der Anodenkammerlösung (Anolyt) kann eine geringe Säuremenge in die Anodenkammer eingespeist werden, vorzugsweise durch Einspeisung einer Säure, die das Anion der Hilfssalzlösung enthält. Der aus der Anodenkammer ablaufende Anolyt weist vorzugsweise einen Metallsalzgehalt von 0,5 bis 2 mol/1 auf. An der Kathode entstehen Wasserstoff und OH--Ionen ent- sprechend dem durch die Membran zum Kathodenraum hindurchgetretenen Über- schuss an Kationen des Hilfssalzes. Aus der Kathodenkammer läuft also eine alka- lische Hilfssalzlösung über (Katholyt).

Anolyt und Katholyt werden anschließend in einem Fällungsreaktor zur Fällung- reaktion gebracht. Zur Einstellung des Fällungs-pH-Wertes kann gegebenenfalls die Zugabe einer Hydroxidlösung erfolgen und gegebenenfalls können Komplexie- rungsmittel wie Ammoniak zugegeben werden, um eine sphärische Form der Fällungsprodukte zu erreichen. Zur Herstellung basischer Carbonate wird Kohlen- dioxid in den Katholyt oder direkt in den Fällungsreaktor geleitet. Nach Abtrennung des Fällungsproduktes verbleibt eine gegebenenfalls alkalische Hilfssalzlösung, die nach Neutralisation vorzugsweise in die Zwischenkammer der Elektrolyse zurückge- führt wird. Es ist auch möglich, Anolyt und Katholyt in Zwischenbehältern zu spei- chern und die Fällung diskontinuierlich durchzuführen.

Zur Herstellung dotierter Metallhydroxide können entsprechende Metallsalzlösungen von Salzen der Dotierungsmetalle in den Fällungsreaktor eingeleitet werden, wobei der Bedarf an dem Fällungsreaktor zugeführten Alkalihydroxid zur Einstellung des Fällungs-pH-Wertes molar entsprechend der Menge der Dotierungssalze ansteigt. Es

entsteht also ein entsprechender überschüssiger Neutralsalzanfall, der nicht in die Zwischenkammer der Elektrolysezelle zurückgeführt werden kann.

Zur Herstellung von Mischmetallhydroxiden ist es daher zweckmäßig, entweder ent- sprechend der Mischmetallhydroxidzusammensetzung legierte Anoden einzusetzen oder in der Anodenkammer mehrere Anoden aus den Legierungsmetallen vorzu- sehen, wobei diese mit Elektrolysestromstärken beaufschlagt werden, deren Verhält- nis dem (Äquivalent-Verhältnis der Metalle die der Mischmetallhydroxidzu- sammensetzung entspricht oder, aber in getrennten Dreikammerelektrolysezellen die jeweiligen Metallsalzkomponenten getrennt herzustellen.

Die Fällungsreaktion kann ferner durch die Gegenwart von Komplexbildnern, beispielsweise Ammoniak, in dem Fällungsreaktor gesteuert werden. So werden bei der Herstellung von Nickelhydroxid durch Einleitung von Ammoniak in den Fällungsreaktor sphärische Nickelhydroxide erhalten.

Amphotere Dotierungsmetalle, wie z. B. Aluminium, können als Aluminiumsalz oder Aluminate in den Katholyten eingeleitet werden.

Im Anschluss an die Fällung wird das Fällungsprodukt von der vereinigten Hilfs- salzlösung (Mutterlauge) abgetrennt. Dies kann durch Sedimentation, mittels Zyklo- nen, durch Zentrifugieren oder Filtration erfolgen. Die Abtrennung kann stufenweise erfolgen, wobei das Fällungsprodukt fraktioniert nach Teilchengröße gewonnen wird.

Ferner kann es zweckmäßig sein, einen Teil der Mutterlauge nach Abtrennung der großen Metallhydroxidteilchen mit den kleinen Metallhydroxidteilchen als Kristalli- sationskeimen in den Fällungsreaktor zurückzuführen.

Die vom Fällungsprodukt befreite Mutterlauge wird, gegebenenfalls nach einer Auf- arbeitung, in die Zwischenkammer der Dreikammerelektrolysezelle zurückgeführt

Die Aufarbeitung dient der Entfernung von restlichen Metallionen, der Verhinderung der Anreicherung von Verunreinigungen und der Wiedereinstellung von Konzen- tration und Zusammensetzung der Hilfssalzlösung, beispielsweise dem Strippen von gegebenenfalls zur Fällung eingeführtem Komplexierungsmittel. Die Aufarbeitung der Mutterlauge kann im Teilstrom erfolgen.

Andererseits ist das Verfahren bezüglich der Aufarbeitung der Hilfssalzlösung unempfindlich. So ist es im allgemeinen unschädlich, wenn das Komplexierungs- mittel mit der Mutterlauge in die Zwischenkammer zurückgeführt wird. Ebenfalls wird das Verfahren durch die Einschleusung geringer Mengen an Metallionen in die Zwischenkammer kaum beeinträchtigt. Die Metallionen fallen in der Zwischen- kammer oder im Katholyten als gegebenenfalls sedimentierender Hydroxidschlamm aus oder werden mit dem Katholyten als feinstteiliges Hydroxid in den Fällung- reaktor ausgetragen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren steht ein äußerst flexibles elektrolytisches Verfahren zur Herstellung von Metallhydroxiden zur Verfügung, bei dem im wesent- lichen neben den Einsatzstoffen des Anodenmetalls und Wasser sowie geringer Mengen Säuren und/oder Basen zur pH-Wert-Regulierung keine weiteren Einsatz- stoffe erforderlich sind und demgemäß auch keine Nebenprodukte entstehen. Die Flexibilität folgt aus der elektrolytischen Auftrennung einer rezirkulierbaren, neutra- len Hilfssalzlösung in einen sauren und alkalischen Anteil beim Durchgang durch robuste poröse, elektrochemisch inaktive Membranen. Auf diese Weise gelingt es, die Metallionen und die Hydroxidionen in Form von getrennten Lösungen aus der Elektrolysezelle auszuschleusen und erst für die Fällung wieder zu vereinigen. Da- durch ist die Fällung selbst ohne Einfluss auf oder Rückwirkung durch den Elektro- lyseprozess unabhängig steuerbar.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren steht demgemäß ein äußerst flexibles Verfah- ren zur Herstellung von Metallhydroxiden oder basischen Carbonaten zur Verfügung.

Der Fachmann ist ohne weiteres in der Lage, jeweils an die besonderen Erfordernisse der Herstellung eines speziellen Produktes angepaßte weitere Variationen vorzuneh- men. Beispielsweise ist es unter Inkaufnahme geringfügig höherer Drucke in der Zwischenkammer möglich, durch Einsatz mehrlagiger Filtertücher das Leitsalz- Anionen/Kationen-Verhältnis, das zum Anolyten bzw. Katholyten übertritt, günstiger zu gestalten. Der Mittelraum kann kathoden-und anodenseitig auch durch unter- schiedliche Abtrennmedien (Filtertücher, Diaphragmen us. w.) separiert werden, um unterschiedliche Strömungsverhältnisse (-geschwindigkeiten) in den Kathoden-und Anodenraum zu ermöglichen. Weiterhin sind unter Aufrechterhaltung des Dreikam- merprinzips, d. h. der Abtrennung des Anoden-und Kathodenraumes durch einen Mittelraum, geometrisch völlig andersartige Anordnungen der Elektroden und Abtrennmedien möglich. Beispielsweise können die Elektroden konzentrisch wie in einem Röhrenkondensator angeordnet sein. In der Mitte einer zylinderförmigen Zelle befindet sich eine Zylinderelektrode, die Gegenelektrode ist konzentrisch zu dieser Mittelelektrode als Röhre ausgebildet. In dem röhrenförmigen Zwischenraum zwischen beiden Elektroden befindet sich der ebenfalls konzentrisch angeordnete Mittelraum, der aus zwei parallel verlaufenden, röhrenförmigen Filtertüchern, Diaphragmen o. ä. Trennmedien gebildet wird.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Herstellung von Metall- hydroxiden, enthaltend eine Dreikammerelektrolysezelle, einen Fällungsreaktor und Mitteln zur Abtrennung von Feststoffen aus dem Ablauf des Fällungsreaktors, wobei die Elektrolysezelle durch poröse Membranen in einer Anodenkammer, eine Zwischenkammer und eine Kathodenkammer geteilt ist, einen Zulauf zur Zwischen- kammer, einen Ablauf aus der Anodenkammer und einen Ablauf aus der Kathoden- kammer aufweist, ein Zulauf des Fällungsreaktors mit dem Ablauf aus der Anoden- kammer verbunden ist und ein weiterer Zulauf des Fällungsreaktors mit dem Ablauf aus der Kathodenkammer verbunden ist.

Die Kathodenkammer weist ferner einen Abzug für kathodisch erzeugten Wasser- stoff auf. Ferner können Einspeisungsmöglichkeiten für untergeordnete Mengen an

Hilfsreagenzien wie Säure in die Anodenkammer, Base in den Fällungsreaktor, beides zur pH-Wert-Einstellung, sowie Komplexierungs-und Dotiermittel in den Fällungsreaktor vorgesehen sein.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figur 1 näher erläutert : Figur 1 zeigt schematisch die Dreikammerelektrolysezelle 1, den Fällungsreaktor 2 und die Abtrennvorrichtung 3 für das Fällungsprodukt. Die Elektrolysezelle 1 ist durch die porösen Membranen 13 und 14 in die Anodenkammer A, die Zwischenkammer I und die Kathodenkammer K aufgeteilt. In der Anoden- kammer befindet sich die Anode 11, die aus dem anodisch aufzulösenden Metall besteht ; in der Kathodenkammer befindet sich die gegenüber der alka- lischen Hilfssalzlösung widerstandsfähige Kathode K. In die Zwischen- kammer I wird mittels Mengenstrom-geregelter Pumpe 46 eine neutrale Hilfssalzlösung über Leitung 40 eingeleitet. Zwischen Anode A und Kathode K fließt ein konstanter Strom mit Stromdichten von 300 bis 1200 A/m2. Aus der Anodenkammer A läuft über Leitung 41 eine im wesentlichen neutrale oder schwach saure Hilfssalz-und Anodenmetallsalz-haltige Lösung über.

Aus der Kathodenkammer läuft über Leitung 42 eine alkalische Hilfssalzlö- sung über. Vom Kopf der Kathodenkammer wird über Leitung 15 Wasser- stoff ausgeschleust.

Zur Einstellung eines bestimmten pH-Wertes kann über Leitung 16 in die Anoden- kammer Säure zugeführt werden.

Ferner kann über Leitung 17 zur Herstellung von basischen Metallcarbonaten Koh- lendioxid eingeleitet werden.

Die Abläufe 41 und 42 aus der Elektrolysezelle 1 werden in den Fällungsreaktor 2 eingeleitet. Der Fällungsreaktor enthält beispielsweise einen schnellaufenden Rührer 21. Der Fällungsreaktor kann auch als Schlaufen-oder Treibstrahlreaktor oder in

einer anderen Bauart ausgeführt sein. Die Fällungssuspension läuft aus dem Fällungsreaktor in Leitung 43 über. Ferner können Einleitvorrichtungen 22,23 und 24 vorgesehen sein, um Hilfs-und Modifizierungsmittel, wie zur pH-Wert-Einstel- lung, Dotierung und/oder Beeinflussung der Fällung durch Einleitung von Komple- xierungsmittel oder Einleitung von CO2 zur Herstellung basischer Carbonate vorge- sehen sein. Je nach den gewünschten Fällungsbedingungen kann der Fällungsreaktor 2 auch als Reaktor-Kaskade ausgebildet sein, wobei in die einzelnen Reaktoren der Kaskade Teilströme der Elektrolysezellenabläufe 41 oder 42 eingeleitet werden.

Die Fällungssuspension gelangt über Leitung 43 in die hier als Hydro-Zyklon darge- stellte Abtrennvorrichtung 3, aus der über den Unterlauf 31 der gefällte Feststoff weitgehend abgezogen wird und über Leitung 44 die von Feststoff befreite Fällungs- Mutterlauge zur Aufarbeitung 45 überläuft. Pfeil 48 deutet schematisch die Einlei- tung von Aufarbeitungsreagentien und die Abtrennung von gegebenenfalls störenden Komponenten an. Die aufgearbeitete Mutterlauge kann über Leitung 47 und Pumpe 46 in die Zwischenkammer I zurückgeführt werden.

Beispiel 1 Es wurde eine Elektrolysezelle, wie sie schematisch in Figur 1 dargestellt ist, ein- gesetzt. Die Anoden-und Kathodenfläche betrugen jeweils 7,5 dm2. Der Abstand der Elektroden betrug 4 cm. Als poröse Membranen wurden Polypropylen-Tücher mit einem mittleren Porendurchmesser von 26 um und einer aus der Dichtebestimmung des Tuches errechneten Porosität von 28 % eingesetzt, wie sie von der Firma SScapa Filtration GmbH (Propex E14K) erhältlich sind. Die Anode bestand aus Reinstnickel.

Als Kathode wurde ebenfalls eine Nickelelektrode eingesetzt. Der Zwischenkammer der Zelle wurden stündlich 8,18 1 Natriumchloridlösung enthaltend 80 g/l Natrium- chlorid zugeführt. Ferner wurden in den Anodenraum stündlich 25 ml einer l-nor- malen Salzsäurelösung eingeleitet.

Die anodische Stromstärke betrug 1000 A/m2. Zwischen Anode und Kathode wurde eine Spannung von 7,3 V gemessen. Nach Erreichen des stationären Zustandes flossen aus der Anodenkammer stündlich 3,67 1 Anolyt und aus der Kathodenkam- mer 4,53 1 Katholyt über.

Anolyt und Katholyt wurden kontinuierlich in einen Fällungsrührreaktor eingeleitet, in den zusätzlich stündlich 184 ml Ammoniaklösung mit 220 g/l NH3 und 107 ml/h Natronlauge enthaltend 200 g/l NaOH sowie 71,4 ml einer Dotierlösung enthaltend 20g/l Kobalt und 100 g/l Zink in Form ihrer Chloridsalze eingeleitet wurden.

Aus dem Überlauf des Fällungsbehälters wurden stündlich 142,9 g Nickelhydroxid, das mit 1 % Kobalt und 5 % Zink dotiert war, abgetrennt.

Die alkalische Mutterlauge wurde zur Entfernung des Ammoniaks in eine Stripp- Kolonne eingeleitet, anschließend neutralisiert und in den Vorratsbehälter, aus dem die Hilfssalzlösung entnommen wird, zurückgeführt.

Es wurde ein für den Einsatz als positives Elektrodenmaterial für wiederaufladbare Batterien hervorragend geeignetes sphärisches Nickelhydroxid mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 12, um erhalten. Die elektrochemische Massenausnutzung ergab in Standardhalbzellentests mindestens 100 %.

Beispiel 2 Beispiel 1 wurde wiederholt mit dem Unterschied, dass eine Hilfssalzlösung einge- setzt wurde, die zusätzlich zu 80 g/l NaCl 4, 5 g/l NH3 enthält. Auf die Einleitung von Ammoniaklösung in den Fällungsreaktor wurde verzichtet.

Beispiel 3 Beispiel 2 wurde wiederholt mit dem Unterschied, dass in der Anodenkammer zusätzliche Cobalt-und Zinkelektroden angebracht werden und diese mit Stromstär- ken beaufschlagt wurden, die dem gewünschten molaren Verhältnis von Co und Zn im Nickelhydroxid entsprechen. Die Aufarbeitung der Mutterlauge aus dem Fällungsreaktor bestand nur noch in einer Zugabe von verbrauchtem Wasser.

Das Produkt ergab folgende Analysedaten : Ni 57,47 Gew.-% Zn 1 Gew.-% Co 5 Gew.-% H20 1, 2 Gew.-% (Trockenverlust 2 h 150°C) Na 200 ppm ci 400 ppm NH3 120 ppm Halbwertsbreite des 101-Röntgenreflexes : 0,98° 2 @ Mittlerer Partikeldurchmesser (D50 Mastersizer) : 8,9 um Spezifische Oberfläche (BET mit Quantasorb) : 10,8 m2/g.

Beispiel 4 In den Zwischenraum der Elektrolysezelle gemäß Beispiel 1 werden 5,66 l/h einer 8 %igen Kochsalzlösung eingespeist. Gleichzeitig werden 119,5 g CO2/h gasförmig über eine Glasfritte in den Kathodenraum eingeleitet. Die anodische Stromstärke beträgt 72,8 A. Nach Erreichen des stationären Zustandes laufen aus dem Anoden- raum 2,66 lah Anolyt mit einer Cobaltkonzentration von 30,1 g/l und aus dem Katho- denraum 3,03 1/h Katholyt mit einer Natriumhydrogencarbonatkonzentration von 75,4 gll ab. Die beiden Abläufe werden in dem Fällungsreaktor unter starkem Rühren bei einer Temperatur von 80°C vereinigt. Aus dem Reaktor laufen kontinuierlich 5,55 l/h einer Suspension mit einem Feststoffgehalt von 26,3 g/l ab. Die Suspension wird über 5 Stunden gesammelt und anschließend über eine Filternutsche filtriert.

Nach dem Waschen mit 2,21 Wasser und Trocknen im Trockenschrank bei 80°C erhält man ein basisches Cobaltcarbonat mit einem Cobaltgehalt von 54,8 Gew.-% und einem COg-Gehalt von 23,5 Gew.-%. Das Produkt besitzt sphärische Morpho- logie und läßt sich unter Erhaltung der Morphologie in sphärisches Cobalt-Metall- pulver mit hervorragendem Heißpreßverhalten umwandeln.