JPH11505798A - 長球的に集塊した塩基性炭酸コバルト(ii)及び長球的に集塊した水酸化コバルト(ii)、それらの製法及び使用法 - Google Patents

長球的に集塊した塩基性炭酸コバルト(ii)及び長球的に集塊した水酸化コバルト(ii)、それらの製法及び使用法

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、一般式Co[(OH)2a[CO31-a(但し0.1≦a≦0.9)の基本粒子から集塊させた塩基性炭酸コバルト(II)、及び長球形の水酸化コバルト(II)、その製造法、ならびにその使用法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 長球的に集塊した塩基性炭酸コバルト(II)及び長球的に集塊した水酸化コ バルト(II)、それらの製法及び使用法 技術分野 本発明は、一般式Co[(OH)2a[CO31-a(但し0.1≦a≦0.9 )の基本粒子から集塊させた(agglomerated)炭酸コバルト(II )、及び長球形の水酸化コバルト(II)、その製造法、ならびにその使用法に 関する。 背景の技術 純粋相の水酸化コバルト(II)は一連の工業的用途に必要である。例えばそ れは、ニッケル/カドミウムまたはニッケル/金属ヒドリドに基づく近代的な高 性能二次電池の陽極の成分として、直接または予め酸化コバルト(II)に焼結 した後に使用することができる。 それは、電極材料中に、電池のアルカリ性電解液(30重量%KOH)に可溶 である中間体として生成するコバルテ−ト(II)を介して電極材料中に均一に 分布し、形成サイクルとしていわれる過程での酸化により、電導性CoOOH層 として水酸化ニッケル粒子上に付着する。出発物質中に存在するコバルト(II )部分は、可溶性のコバルテ−トを生成せず、従って利用することができない。 ニッケル/カドミウムまたはニッケル/金属ヒドリドに基づく二次電池におけ るコバルト化合物の使用は、ヨ−ロッパ特許第353837号に開示されている 。さらに純粋な酸化コバルト(II)はエレクトロニクス及び触媒技術において も使用される。 水酸化または炭酸コバルト(II)は、他のコバルト化合物の製造に も使用される。中でも、これらは金属石鹸と呼ばれる弱酸のコバルト塩を含む。 これらは、ラッカ−やワニスに対する乾燥剤としてばかりでなく、丁度酸化コバ ルト(II)のような触媒としても使用される。 アジピン酸の製造における酢酸コバルト(II)の触媒的使用は例として挙げ ることができる。 水酸化コバルト(II)は、コバルト(II)塩の水溶液から、アルカリ液で の沈殿により製造することができる。得られる沈殿は一般にゲル状のコンシステ ンシーを有し、濾過が難しく、従ってこれを洗浄で中性にして塩を除くことは難 しい。さらにそれらはアルカリ媒体中において、酸化に対し非常に敏感であり、 従って濾過及び洗浄工程は注意深く大気酸素を排除して行わねばならない。 貧弱な濾過性の原因は、基本結晶の微細構造及びその不規則な集塊に基づく。 しかし細かい基本粒子は、しばしば上述した用途に望ましい。第1に細かい基本 粒子は酸に迅速に溶解し、第2にこの様な水酸化コバルト(II)の焼成または 還元は酸化コバルト(II)またはコバルト金属粉末の対応する微細な基本粒子 をもたらす。 微細な基本粒子構造を持つ対応する水酸化コバルト(II)は、通常の方法に よりかなりの費用を掛けて初めて製造でき、従って必要とされる性質の内容と技 術的に安定な再現性のある且つ経済的な製造法との間に大きな矛盾が存在する。 上述した貧弱な濾過及び洗浄性は、長球に集塊した基本粒子では起こらない。 例えば近代的なアルカリ二次電池で使用される長球の水酸化ニッケルは、優秀な 濾過及び洗浄性を示す。 アンモニアの存在下におけるアルカリ液での沈殿によるニッケルの水 溶液からの長球水酸化ニッケルの製造は、ヨ−ロッパ特許第353837号に開 示されている。本質的に、この方法は元素状コバルトにも適用できた。しかしな がらニッケルと比べたとき、この方法は、コバルト(II)がその錯体状態で容 易にその3価の状態に酸化されるという一般的に公知の事実のため、コバルトの 場合非常に難しい。それゆえに、大気酸素の、通常の沈殿法におけるよりも慎重 な排除を保証しなければならない。ニッケル及びコバルトの双方に適用されるこ の方法の欠点は、濾液がアンモニア及び錯化された金属カチオンを含むという事 実である。従ってこの方法は経費の掛かる排流の処理を避けることができない。 発明の説明 それゆえに、本発明の目的は、上述した従来法の欠点を有さない且つ経済的な 方法で再現性よく製造できる水酸化コバルト(II)の製造法を提供することで ある。 今回、種々の調節しうる性質、例えば平均集塊体直径及び比表面積を有し、且 つ続いてその二次形態を保持しつつ一連の化学反応において他の化合物、例えば 長球的に集塊した水酸化コバルト(II)に転化できる、長球的に集塊した炭酸 コバルト(II)が、技術的に簡単な及び経済的な方法で製造できることが発見 された。 この炭酸コバルトは、微細基本粒子から集塊した、一般組成式Co[(OH)2a[CO31-a(但し0.1≦a≦0.9)を有する、但し集塊物が長球形を 有し且つその集塊物の直径が3〜50μmである、塩基性炭酸コバルト(II) である。集塊体直径は好ましくは5〜20μmである。本発明による塩基性炭酸 コバルト(II)集塊体は、好ましくは≧1.6g/cm3のタップ(tap) 密度及び≧1.2g/cm3 のかさ密度を有する。 さらに本発明は、本発明の炭酸コバルト(II)集塊体の製造法に関する。こ の方法は、一般式CoX2(但し、XはCl-、NO3 -及び/または1/2SO4 2 - )のコバルト塩の水溶液を、40〜100,好ましくは60〜90℃の温度で アルカリ及び/またはアンモニウム炭酸塩及び/または炭酸水素塩と反応させ、 得られる塩基性炭酸コバルト(II)集塊体を濾別し、そして中性になり且つ塩 がなくなるまで洗浄する、ことが特徴である。 本発明の方法は、好ましくは環境的及び経済的理由から、アルカリ炭酸塩を用 いて行われる。しかしながら、特にアルカリ性の低い生成物を得るためには、ア ンモニウム炭酸塩を用いて行ってもよい。 本方法は、好ましくは反応物の激しい混合によって連続的に行われる。この運 転法の滞留時間は、好ましくは0.5〜10、最も好ましくは1〜5時間である べきである。 本方法の諸因子、特に温度、濃度、pH、滞留時間及び撹拌の強さに依存して 、実施例1〜4及び図1〜4においてさらに例示するように、化学的組成、基本 粒子の大きさ、及び二次粒子の大きさと分布は広い範囲内で調節できる。 本発明の方法は、簡単な工程制御が特色である。本発明による塩基性炭酸コバ ルト(II)は、大気酸素での酸化に敏感でなく、従って容易に取り扱うことが できる。 驚くことに、本発明による塩基性炭酸コバルト(II)集塊体は、実施例5及 び6においてさらに詳細に記述するように、高濃度懸濁液において長球の二次形 態を保持しつつ、アルカリ液で純粋な相の水酸化コバ ルト(II)に転化できることが明らかになった。 これは技術的に簡単な回分法で行うことができる。この方法では、良好な沈降 、濾過及び洗浄操作と組み合わせると、最良に可能な大気雰囲気からの遮断が達 成できる。この方法は、概して工業的規模において高い経費も掛けないで経済的 に行いうる。 従って本発明は、本発明による塩基性炭酸コバルト(II)集塊体を、懸濁液 で水性アルカリ液及び/またはアンモニアと反応させる、集塊した水酸化コバル ト(II)の製造法にも関する。 本発明の方法で得られる水酸化コバルト(II)集塊体は、平均の直径と厚さ の比が3〜15である長球的に集塊した多角形の(polygonal)ラメラ −(lamellar)基本粒子からなることが特色である。 長球の集塊体は3〜50、好ましくは5〜20μmの平均直径を有する。その タップ(tap)密度は好ましくは≧1g/cm3である。 本発明による炭酸コバルト(II)及び水酸化コバルト(II)は、その特別 な性質、例えば高かさ密度、限定され且つ均一な粒径分布、流動性などのため、 不規則な、長球形でない二次構造の、通常製造されている対応するコバルト化合 物に対して、商業的に興味のある代替物となる。 本発明による塩基性炭酸コバルト(II)は、種々の用途に対する、例えば二 次形態を保持しつつ進行するコバルト(II)塩の製造或いは純粋相の酸化コバ ルト(II)の製造に対する適当な出発化合物である。 かくして本発明は、保護気体及び/または空気下での焼成により長球形の、自 由に流動する酸化コバルト(II)及びそれより高級の酸化物 の製造に対する、本発明の塩基性炭酸コバルト(II)集塊体の使用法にも関す る。本炭酸コバルトは、さもなければ蜜に集塊した形でしか得られない、しかも 得るのが難しいまたは全然得られない他のコバルト化合物の製造に対する出発化 合物としても適当である。 最初の部分ですでに記述したように、金属コバルトと対応する酸との直接の反 応では得ることができない一連の弱酸のコバルト(II)塩は、工業的にかなり 重要である。即ち、例えば酢酸コバルト(II)は、普通通常の炭酸コバルト沈 殿物を酢酸と反応させて製造される。これらの沈殿では、それを冷却下に行うが 、高含量で結晶水を含み且つほとんど沈降しない棒状の沈殿物が生成する。本発 明による塩基性炭酸コバルト(II)は、この様な欠点を示さず、またそれにも 拘らず例えば酢酸に対して高反応性を示す。即ちそれは酢酸に容易に溶解し、そ の溶液から酢酸コバルト(II)を結晶化により得ることができる。 今回、本発明による長球的に集塊した塩基性炭酸コバルト(II)と氷酢酸と の不均一系反応の可能なことが発見された。これは長さ10〜20μm及び直径 約2μmの均一な針状結晶を与える。この反応は、固体を十分よく懸濁させるた めに、過剰の酢酸を用いて行わねばならない。しかしながら工業的な方法では、 この酢酸が有利に再循環でき、従ってこの方法は経済的にも特色がある。さらに 有利な二次的効果として記述すべきことは、最終の不純物が母液(循環液)中で の反応後に塩基性炭酸コバルトに残るが、再循環という思想の工業的実施におい てそれが塩基性炭酸コバルトから分離できるという事実である。それゆえに、高 純度のコバルト(II)化合物源となりうる超純粋な酢酸コバルト(II)が得 られる。 他の工業的に重要な弱酸のコバルト(II)塩は、燐酸コバルト(II)であ る。その8水和物、Co3(PO42・8H2Oはピンク色の粉末で、陶器やガラ スの青色の着色に及びエナメル、釉、及び顔料の製造に使用される。 それは、実施例11に記述するように本発明による塩基性炭酸コバルト(II )の、水性燐酸との反応により密な集塊体形で得ることができる。 水性シュウ酸溶液との反応は、同様の方法により、集塊した二次形態を保持し つつ行うことができ、順次コバルト金属の粉末の製造に使用できるシュウ酸コバ ルト(II)を生成する。 ついでこの集塊したシュウ酸コバルト(II)の、随時気体の還元剤例えば水 素、一酸化炭素または酸化二窒素で補助されたまたは改変された焼成により、同 様に集塊した二次構造を示すが、小さい基本構造からなる、従って工業的に重要 であるコバルト金属粉末を与える。 本発明による水酸化コバルト(II)は、塩基性炭酸コバルト(II)につい て上述したようにコバルト(II)塩の製造に使用でき、或いはさらに焼成して 、その長球形の二次構造を保持しつつ純粋相の酸化コバルト(II)の製造にも 使用できる。かくして本発明は、結合剤及び触媒に使用する純粋なコバルト(I I)塩を製造するために、長球形の、自由に流動する酸化コバルト(II)また はさらに高級の酸化物を製造するために、及びアルカリ性二次電池の水酸化ニッ ケル電極の成分として、本発明による水酸化コバルト(II)を使用する方法に 関する。 さらに本発明は、本発明による塩基性炭酸コバルト(II)集塊体及び/また は水酸化コバルト(II)の、コバルト顔料の製造に対する使 用法にも関する。 次の実施例は、長球形の集塊した塩基性炭酸コバルト(II)及び水酸化コバ ルト(II)の製造、及びその種々の二次生成物の製造に対する更なる処理を記 述するが、本発明を限定するものではない。 実施例 実施例1〜4 塩基性炭酸コバルト(II)の製造 実施例1〜4においては、ラジアル流動撹拌機を備えた連続式で運転される流 動反応器により、水性塩化コバルト溶液及び水性炭酸水素アルカリまたは炭酸ア ルカリ溶液を同時に添加して、本発明の塩基性炭酸コバルト(II)を製造した 。これらの溶液の秤入は、非常に正確に且つ一定に運転できる往復ピストンポン プを用いて行った。温度は、反応の全期間中調節できる熱電対で一定に保った。 反応が定常状態に達した後、二次生成物を製造するべき処理のために、試料を 採取した。 最初に固体を沈降させ且つその約80%を母液から傾斜により分離した。この 濃縮懸濁液を吸引濾過し、生成した沈殿を濾別し、反応温度においてコバルトk gあたり約10lの洗浄水で洗浄した。ついで濾過残渣を約80℃の乾燥炉中で 恒量になるまで乾燥した。 反応因子及び特徴的な生成物の性質を表1に示す。 実施例5 長球的に集塊した水酸化コバルト(II)の製造 実施例4の塩基性炭酸コバルト(II)100gを、水200ml中へスラリ −とし、水600mlに溶解したNaOH80gと混合した。ついで懸濁液を回 転蒸発器でアルゴン下に1時間85℃まで加熱し、固体を吸引濾過し、水2lで 洗浄した。濾過残渣を、真空デシケ−タ−中KOHで恒量になるまで乾燥した。 この結果、X線回折図分析で純粋相であるピンク色の水酸化コバルト(II) 85.7gを得た。 そのNa含量は、85ppmであった。炭酸塩含量は0.2%と分析された。 少量の細かい画分のほか、SEM写真(図5)は、出発物質の長球二次構造が主 に保持されている事を示した。この長球集塊体は平均直径約1μmと厚さ0.1 〜0.2μmを有する六角晶形のラメラ−からなった。 実施例6 長球的に集塊した水酸化コバルト(II)の製造 実施例1の塩基性炭酸コバルト(II)2kgを、撹拌反応器中アルゴン下に 水5l中へスラリ−とした。この懸濁液を、水3lに溶解したNaOH800g と混合し、ゆっくり撹拌しながら2時間60℃に加熱した。ついでこれを濾過し 、60℃下に水40lで洗浄した。濾過残渣を、真空乾燥炉中40℃で12時間 予備乾燥し、そして乾燥炉中60℃で恒量になるまで乾燥した。この結果、X線 回折分析によると純粋相であるピンク色の水酸化コバルト(II)1.72kg を得た。 生成物のコバルト含量は、62.1重量%であった。クロライド及び ナトリウム含量は<100ppmであった。残存炭酸塩含量は0.2重量%と分 析された。 得られた長球的に集塊した水酸化コバルト(II)は非常に自由に流動した。 SEM写真(図6)は、出発物質の長球二次構造がほとんど完全に保持されてい る事を示す。 実施例7 長球的に集塊した酸化コバルト(II)の、塩基性炭酸コバルトからの製造 実施例1からの塩基性炭酸コバルト(II)500gを、石英ボ−ト中アルゴ ン下に650℃で2時間焼成した。得られた収量は、X線回折分析によると純粋 相である明褐色の酸化コバルト(II)342kgであった。 生成物のコバルト含量は、78.58重量%と分析された。SEM写真は、出 発物質の長球二次構造が焼成時に保持されている事を示す。 実施例8 長球的に集塊した酸化コバルト(II)の、水酸化コバルトからの製造 実施例6からの長球形の水酸化コバルト(II)500gを、石英ボ−ト中ア ルゴン下に650℃で2時間焼成した。 得られた収量は、X線回折分析によると純粋相である明褐色の、自由に流動す る水酸化コバルト(II)392gであった。このコバルト含量は、78.57 重量%と分析された。SEM写真(図7)に示されるように、出発物質の長球二 次構造は保持された。 実施例9 長球的に集塊した塩基性炭酸コバルトの、酢酸との反応 実施例1からの塩基性炭酸コバルト(II)100gを、還流凝縮器及びKP G撹拌機を備えた1lのフラスコ中において、アルゴン下に氷酢酸500mlへ スラリ−とした。この混合物の温度をゆっくりと上昇させた。約45℃以上でC O2が急激に発生増加したので、反応の開始が確認できた。反応温度を80℃に 1時間保ち、ついでさらにCO2の発生が見られなくなるまで混合物を還流下に 1時間加熱した。続いて反応混合物を次のように処理した。 懸濁液100mlの一部分を水200mlと混合し、80℃で5分間撹拌した 。暗赤色の溶液が生成し、これから純粋な酢酸コバルト(II)4水和物の赤色 結晶を単離した。 残りの懸濁液を吸引濾過し、吸引によって15分間乾燥した。密なないしパン 粉状の濾過残渣を、乾燥炉中75℃で恒量になるまで乾燥した。この結果、純粋 相であるピンク色の酢酸コバルト(II)65.3gを得た。生成物のコバルト 含量は、27.7重量%と分析された。SEM写真(図8)は、長さ10〜20 μmと厚さ約2μmの均一な針状結晶を示す。 実施例10 長球的に集塊した塩基性炭酸コバルトの、酢酸との反応 実施例1からの塩基性炭酸コバルト(II)20gを、還流凝縮器を備えた1 lのフラスコ中において、アルゴン下に、水600mlへスラリ−とし、氷酢酸 30mlと混合した。この混合物温度を撹拌しながらゆっくりと上昇させた。穏 やかに撹拌し、CO2の発生増加により反応の開始を確認した。 反応は実施例9におけるような希釈してない氷酢酸中での反応よりもかなり強 力に進行した。ついで温度を慎重に80℃に上昇させた。約0.5時間後、透明 な赤色の酢酸コバルト(II)溶液が生成した。 実施例11 長球的に集塊した塩基性炭酸コバルトの、燐酸との反応 実施例1からの塩基性炭酸コバルト(II)200gを、水1lに懸濁させた 。 この混合物を60℃まで加熱し、水1lに溶解したH3PO4(85重量%)1 40gと共に1.5時間撹拌しながら混合した。この混合物を反応温度でさらに 0.5時間撹拌し、得られた生成物を水500mlで洗浄した。 濾過残渣を80℃で恒量になるまで乾燥した後、ピンク色の生成物307gを 得た。これは、簡単に行える集塊体を壊した後自由に流動した。このコバルト含 量は、35.7重量%と分析された。X線回折分析は、純粋相の燐酸コバルト( II)8水和物の解析パタ−ンを示した。 SEM写真(図9)から、出発物質の長球二次構造が主に保持されている事が 分かる。 実施例12 長球的に集塊した塩基性炭酸コバルトの、シュウ酸との反応 実施例1からの塩基性炭酸コバルト(II)200gを、水1lに懸濁させた 。 この混合物を70℃まで加熱し、水2lに溶解したシュウ酸2水和物266g と2時間、撹拌しながら混合した。 添加の完了後、混合物を反応温度でさらに1時間撹拌し、吸引濾過し、 生成物を水500mlで洗浄した。濾過残渣を80℃で恒量になるまで乾燥した 後、シュウ酸コバルト(II)2水和物350gを得た。このコバルト含量は、 30.9重量%と分析された。 出発物質の長球二次構造は保持された(図10)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ナウマン,デイルク ドイツ連邦共和国デー−38667バトハルツ ブルク・ゲーテシユトラーセ14アー (72)発明者 オルブリツヒ,アルミン ドイツ連邦共和国デー−38723ゼーゼン・ アルテドルフシユトラーセ20 (72)発明者 シユルンプフ,フランク ドイツ連邦共和国デー−38640ゴスラー・ アブツヒトシユトラーセ12

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.集塊体が長球形の晶癖を有し、且つ集塊体の平均直径が3〜50μmであ る、細かい基本粒子から集塊体した、一般組成式Co[(OH)2a[CO31 -a (但し0.1≦a≦0.9)を有する、塩基性炭酸コバルト(II)。 2.集塊体の直径が5〜20μmである、請求の範囲1の塩基性炭酸コバルト (II)集塊体。 3.≧1.6g/cm3のタップ(tap)密度及び≧1.2g/cm3のかさ 密度を有する、請求の範囲1または2のいずれかの塩基性炭酸コバルト(II) 集塊体。 4.一般式CoX2(但し、XはCl-、NO3 -及び/または1/2SO4 2-) のコバルト塩の水溶液を、40〜100℃、好ましくは60〜90℃の温度でア ルカリ及び/またはアンモニウム炭酸塩及び/または炭酸水素塩の水溶液または 懸濁液と反応させ、ついで得られる塩基性炭酸コバルト(II)集塊体を濾別し 、そしてこれを中性になり且つ塩がなくなるまで洗浄する、請求の範囲1〜3の 1つまたはそれ以上の塩基性炭酸コバルト(II)集塊体の製造法。 5.請求の範囲1〜4の1つまたはそれ以上の塩基性炭酸コバルト(II)集 塊体を懸濁液で水性アルカリ液及び/またはアンモニアと反応させる、集塊した 水酸化コバルト(II)の製造法。 6.平均直径0.3〜1.5μm及び直径対厚さ比3〜15を有する長球的に 集塊した多角面体のラメラ−基本粒子からなる、請求の範囲4または5の1つま たはそれ以上で得られる水酸化コバルト(II)。 7.長球集塊体が平均直径3〜50μm、好ましくは5〜20μmを 有する、請求の範囲6の水酸化コバルト(II)。 8.タップ(tap)密度≧1g/cm3を有する、請求の範囲6または7の いずれか1つの水酸化コバルト(II)。 9.長球の、自由に流動する酸化コバルト(II)及びそれより高級の酸化物 の製造に対する、請求の範囲1〜4の1つまたはそれ以上の塩基性炭酸コバルト (II)集塊体の使用。 10.触媒技術または結合剤に使用される純粋なコバルト(II)の製造に対 する、請求の範囲1〜4の1つまたはそれ以上の塩基性炭酸コバルト(II)集 塊体の使用。 11.アルカリ二次電池の電極成分としての、請求の範囲5〜8の1つまたは それ以上で得られる水酸化コバルト(II)の使用。 12.結合剤及び触媒に使用する純粋なコバルト(II)塩の製造に対する、 請求の範囲5〜8の1つまたはそれ以上で得られる水酸化コバルト(II)の使 用。 13.長球形の、自由に流動する酸化コバルト(II)またはそれより高級の 酸化物の焼成による製造に対する、請求の範囲5〜8の1つまたはそれ以上で得 られる水酸化コバルト(II)の使用。 14.コバルト顔料の製造に対する、請求の範囲1〜4の1つまたはそれ以上 の塩基性炭酸コバルト(II)集塊体及び/または請求の範囲5〜8の1つまた はそれ以上で得られる水酸化コバルト(II)の使用。
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