[发明专利]一种膜电解法直接制备碱式碳酸钴的方法

权利要求书

1.一种膜电解法直接制备碱式碳酸钴的方法，其特征在于按以下步骤进行：

（1）采用电解槽系统，所述的电解槽系统包括三室电解槽，三室电解槽由阳极室、阴极室和中室组成，阳极室和中室之间通过阳离子交换膜隔断，阴极室和中室之间通过阴离子交换膜隔断；阳极室和阴极室内分别设有阳极板和阴极板，阳极板和阴极板分别通过导线与电源的两极连接；阳极室上方设有阳极室排气管，阴极室上方设有阴极室排气管；阳极室的侧壁上设有阳极室出水口和阳极室进水口，阳极室出水口通过管道与第一溶解槽连通，阳极室进水口与第一泵的出口连通，第一溶解槽和第一泵之间通过管道连通；中室底部的出料口通过管道与过滤装置的进口连通，过滤装置的放水口通过管道与第二溶解槽连通；中室的上部设有中室进水口，中室进水口通过管道与第二泵的出口连通；第二溶解槽通过管道与第二泵连通；将氯化钴溶液置于阳极室内，将电解液分别置于阴极室和中室内；阳极室内的阳极板和阴极室内的阴极板通过导线分别与电源的两极连接；阳极室和中室之间通过阳离子交换膜隔断，阴极室和中间之间通过阴离子交换膜隔断；中室内设有搅拌桨；所述的电解液是指浓度0.02~0.1 mol/L的氯化钠溶液；氯化钴溶液的初始浓度为0.1~1mol/L；

（2）开启电源向阳极板和阴极板施加直流电，控制阳极板的电流密度为200~800A/m²；

（3）向阴极室内通入二氧化碳气体，二氧化碳气体从进气管出口直接进入阴极室的电解液内部，与电解液混合后产生碳酸；多余的二氧化碳气体从阴极室的电解液液面排出后，通过排气管从阴极室排出；

（4）阳极室的Co²⁺通过阳离子交换膜进入中室；阴极室的CO₃^2-和OH^-通过阴离子交换膜进入中室；开启搅拌桨使OH^-、Co²⁺和CO₃^2-在中室内充分接触，生成碱式碳酸钴沉淀，并通过搅拌作用防止碳酸钴在阳离子交换膜和阴离子交换膜上聚集；

（5）中室内的物料从中室底部的排料口排出，经过过滤装置过滤，获得的滤饼放入干燥箱烘干去除水分，制成碱式碳酸钴；经过过滤装置过滤获得的滤液通入第二溶解槽；在第二溶解槽内向滤液中添加氯化钠，制成电解液；然后通过第二泵输送到中室；随着反应的进行，当阳极室内氯化钴溶液的浓度低于0.05mol/L时，将氯化钴溶液通入第一溶解槽内，向氯化钴溶液中添加氯化钴，使氯化钴溶液的浓度达到初始浓度，然后通过第一泵输送到阳极室；所述的碱式碳酸钴的分子式为Co₂(OH)₂ CO₃，纯度≥99.5%。

2.根据权利要求1所述的一种膜电解法直接制备碱式碳酸钴的方法，其特征在于所述的阳极板在反应过程中产生氯气，经过阳极室的排气管排出后，通入氢氧化钠溶液中，生成次氯酸钠-氯化钠的混合水溶液。

3.根据权利要求1所述的一种膜电解法直接制备碱式碳酸钴的方法，其特征在于所述的阴极板在反应过程中产生氢气，与多余的二氧化碳气体混合，并经过阴极室的排气管排出后，导入氢气储气罐被收集。

4.根据权利要求1所述的一种膜电解法直接制备碱式碳酸钴的方法，其特征在于所述的阴极室的上方设有进气口，进气口通过进气管道与二氧化碳储气罐连通，进气管道上设有减压表和气体流量计。

5.根据权利要求1所述的一种膜电解法直接制备碱式碳酸钴的方法，其特征在于所述的过滤装置由第一过滤器和第二过滤器串联组成，第一过滤器上设有第一进料口、出水口和第一出料口，第二过滤器上设有第二进料口、第二出料口和放水口；第一进料口与中室的出料口连通，出水口与第二进料口连通；放水口与第二溶解槽连通；第一出料口和第二出料口均与干燥箱相配合；进行过滤时，进入第一过滤器的物料经过滤分离出一次滤液；一次滤液进入第二过滤器作为被过滤物料，过滤产生的二次滤液作为过滤装置的滤液进入第二溶解槽；第一过滤器和第二过滤器过滤产生的滤饼均进入干燥箱。

6.根据权利要求1所述的一种膜电解法直接制备碱式碳酸钴的方法，其特征在于所述的阳极室排气管与收集罐连通，收集罐内储存有氢氧化钠溶液。