Способ получения порошка никеля

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к способам получения порошка металлического никеля, который может быть использован в качестве катализатора или легирующего элемента для получения точных сплавов. Порошок металлического никеля получают из водного раствора азотнокислого никеля в присутствии глицина (Gly) или лейцина (Leu), взятого в соотношение Ni(NO₃)₂:Gly(Leu)=1:(0,2÷0,8), при температуре 160-180°С. Обеспечивается упрощение, безопасность процесса и высокий выход конечного продукта.

 

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к способам получения порошка металлического никеля, который может быть использован в качестве катализатора или легирующего элемента для получения точных сплавов.

Известен способ восстановления водородом никеля в виде металлического порошка путем осаждения (патент РФ 2236475, МКИ С22В 23/00, 2004 г.). В известном способе водный раствор, содержащий соединение никеля, нейтрализуют сначала с помощью соединения щелочного или щелочноземельного металла с тем, чтобы выделить никель из раствора в виде гидроокиси никеля или соли, полученной в щелочной реакции, после чего непрерывно проводят восстановление в присутствии катализатора в форме ионов в атмосферных условиях или близких к ним, предпочтительно в непрерывном процессе.

Недостатком способа является его сложность, связанная с необходимостью промежуточной операции нейтрализации, а также взрывоопасность процесса за счет использования в нем водорода.

Наиболее близким (прототипом) к предлагаемому техническому решению является способ осаждения никеля из водного раствора сульфата никеля при пропускании водорода с давлением 1-20 бар при температурах 80-180°С в автоклавах (патент РФ 2237737, МКИ С22В 23/00, 2004 г.).

Основным недостатком известного способа являются необходимость использования повышенного давления и сложного оборудования в виде автоклавов, а также его взрывоопасность за счет необходимости использования водорода в качестве восстановителя.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать простой и безопасный способ получения порошка металлического никеля, пригодного для использования в качестве катализатора или легирующего элемента для получения точных сплавов.

Поставленная задача решена в способе получения порошка металлического никеля из водного раствора неорганической соли никеля при нагревании, в котором в качестве водного раствора неорганической соли никеля используют раствор азотнокислого никеля и процесс ведут в присутствии глицина (Gly) или лейцина (Leu), взятого в соотношении Ni(NO₃)₂:Gly(Leu)=1:(0,2÷0,8), при температуре 160-180°С.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения порошка металлического никеля путем восстановления никеля из водного раствора азотнокислого никеля в присутствии глицина или лейцина в определенных пределах их содержания.

Исследования, проведенные авторами, позволили определить условия, при которых наступает пиролиз, протекающий в виде самораспространяющейся реакции с формированием порошка металлического никеля, при атмосферном давлении. В предлагаемом техническом решении окислительно-восстановительный процесс получения никеля идет в присутствии глицина или лейцина, который добавляют на начальной стадии к водному раствору азотнокислого никеля. Глицин (Gly), соответствующий формуле H₂NCH₂COOH, а также лейцин (Leu), соответствующий формуле (СН₃)₂СНСН₂СН(NН₂)СООН, по своим химическим свойствам являются типичными аминокислотами. Известно, что аминокислоты с ионами переходных металлов (Cu, Zn, Ni, Со, Pb, Ag, Cr) образуют прочные хелатные комплексы, что используется в комплексонах и в комплексообразующих ионообменных смолах на основе этих кислот. Глицин применяется для синтеза пептидов как компонент буферных растворов, а также находит широкое применение в медицине в качестве компонента лечебных средств при лечения сосудистых заболеваний мозга. Лейцин вместе с другими аминокислотами применяется в качестве лечебного средства для лечения болезней печени, анемий, а также при некоторых психических заболеваниях. Авторами было установлено, что в предлагаемом техническом решении при добавлении глицина или лейцина к водному раствору азотнокислого никеля устанавливается кислотно-основное равновесие, ионизированная аминогруппа кислоты образует комплекс с находящимся в растворе ионом никеля, что при дальнейшем нагревании способствует пиролизу и выделению никеля в виде металлического порошка. Экспериментальные исследования, проведенные авторами, позволили определить количественные соотношения исходных компонентов, позволяющие получить высокие показатели по выходу конечного продукта. Так, при содержании аминокислоты менее 0,2 г на 1 г никеля азотнокислого или при увеличении ее содержания более 0,8 г на 1 г никеля азотнокислого конечный продукт по данным рентгенофазового анализа содержит в качестве примеси оксид никеля, что загрязняет конечный продукт и снижает содержание основного вещества до 80-90%. Температурный режим процесса определен экспериментально и обусловлен температурой возникновения самопроизвольной реакции горения. При ведении процесса при температуре ниже 160°С получают твердую смесь соли и глицина, которая самостоятельно не переходит в режим пиролиза. Ведение процесса при температуре выше 180°С нецелесообразно и ведет к избыточным затратам энергии, поскольку уже при этой температуре наблюдается бурное выделение углекислого газа и воды, которые сопровождают формирование порошка металлического никеля.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. В водный раствор азотнокислого никеля добавляют при перемешивании глицин или лейцин в соотношении на 1 г азотнокислого никеля (0,6-0,8) г глицина или (0,2-0,6) г лейцина. Полученную смесь нагревают в открытом реакторе. При нагревании формируется желеобразная масса, при достижении температуры 160-180°С начинается выделение летучих компонентов (углекислого газа и азота) и воды в виде пара и формирование никеля различной морфологии, от порошка до вискерообразных металлических клубков. Процесс ведут до прекращения выделения газа. По данным рентгенофазового и химического анализа продукт, формирующийся в реакторе, представляет собой никель металлический с содержанием основного вещества 96-98,4%%. Выход конечного продукта составляет до 99%. Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В 100 мл раствора никеля азотнокислого, содержащего 27,17 г Ni(NO₃)₂ , растворяют 16,3 г глицина (1:0,6) и нагревают в открытом реакторе. В процессе упаривания формируется желеобразная смесь никеля азотнокислого и глицина, при этом по достижении температуры 160°С начинается формирование ячеистого продукта и выделение летучих компонентов. После окончания пиролиза на дне реактора сформирован ячеистый слой никелевого порошка, который может быть измельчен в мелкозернистый порошок металла. Содержание основного вещества 98,4%. Выход 99%.

Пример 2. В 100 мл раствора никеля азотнокислого, содержащего 27,17 г Ni(NO₃)₂ , растворяют 18,82 г глицина (1:0,69) и нагревают в открытом реакторе. В процессе упаривания формируется желеобразная смесь никеля азотнокислого и глицина, по достижении температуры 180°С начинается формирование ячеистого продукта и выделение летучих компонентов. После окончания пиролиза на дне реактора сформирован слой никелевого порошка, который может быть измельчен в зернистый порошок металла с более крупными, чем в примере 1, частицами металла. Содержание основного вещества 95,7%. Выход 99%.

Пример 3. В 100 мл раствора никеля азотнокислого, содержащего 27,17 г Ni(NO₃)₂ , растворяют 21,7 г глицина (1:0,8) и нагревают в открытом реакторе. В процессе упаривания формируется желеобразная смесь никеля азотнокислого и глицина, по достижении температуры 160°С начинается формирование ячеистого продукта и выделение летучих компонентов. После окончания пиролиза на дне реактора сформирован слой никелевого порошка, состоящий из нитей порошка металла, собранных в клубки разного размера. Содержание основного вещества 97,4 %. Выход 99%.

Пример 4. В 100 мл раствора никеля азотнокислого, содержащего 27,17 г Ni(NO₃)₂ , растворяют 5,4 г лейцина (1:0,2) и нагревают в открытом реакторе. В процессе упаривания формируется желеобразная смесь никеля азотнокислого и лейцина, по достижении температуры 160°С начинается формирование ячеистого продукта и выделение летучих компонентов. После окончания пиролиза на дне реактора сформирован клубок, состоящий из тонких нитей металлического никеля. Содержание основного вещества 97%. Выход 90%.

Пример 5. В 100 мл раствора никеля азотнокислого, содержащего 27,17 г Ni(NO₃)₂ , растворяют 9,4 г лейцина (1:0,34) и нагревают в открытом реакторе. В процессе упаривания формируется желеобразная смесь никеля азотнокислого и лейцина, по достижении температуры 160°С начинается формирование ячеистого продукта и выделение летучих компонентов. После окончания пиролиза на дне реактора сформирован объемный продукт, состоящий из тонких металлических нитей. Содержание основного вещества 98,5%. Выход 90%.

Пример 6. В 100 мл раствора никеля азотнокислого, содержащего 27,17 г Ni(NO₃)₂ , растворяют 10,9 г лейцина (1:0,4) и нагревают в открытом реакторе. В процессе упаривания формируется желеобразная смесь никеля азотнокислого и глицина, по достижении температуры 180°С начинается формирование ячеистого продукта и выделение летучих компонентов. После окончания пиролиза в реакторе сформирован объемный продукт, состоящий из очень тонких металлических нитей. Содержание основного вещества 98,0%. Выход 98%.

Таким образом, авторами предлагается способ получения порошка металлического никеля, обеспечивающий значительное упрощение и безопасность процесса при высоком выходе конечного продукта. Способ не требует специального, сложного оборудования и исключает использование взрывоопасного водорода.

Способ получения порошка металлического никеля из водного раствора неорганической соли никеля при нагревании, отличающийся тем, что в качестве водного раствора неорганической соли никеля используют раствор азотнокислого никеля и процесс ведут в присутствии глицина (Gly) или лейцина (Leu), взятого в соотношении Ni(No₃)₂: Gly(Leu)=1:(0,2÷0,8), при температуре 160-180°С.