La precipitación química del hidróxido de níquel ha sido estudiada por diferentes investigadores. Uno de los procesos más utilizados consiste en hacer reaccionar una solución de una sal de níquel, (sulfato, nitrato u otra) con un donador del ión amonio para formar un complejo de níquel, que luego, se pone en contacto con una base alcalina fuerte (preferiblemente hidróxido de sodio), bajo condiciones controladas de temperatura, pH, tiempo de residencia [ 3-7 ] . Algunos de estos procesos, con la finalidad de mejorar las propiedades electroquímicas del hidróxido de níquel para su utilización en el electrodo positivo de las baterías recargables, incluyen la adición de diferentes elementos metálicos a la solución de níquel, tales como: cobalto, manganeso, zinc, entre otros [ 8-11 ] , cuyas cantidades deben mantenerse dentro de valores límites que no reduzcan la capacidad de la celda, específicamente, la energía por peso del electrodo [ 12 , 13 ] . También, se ha obtenido hidróxido de níquel de morfología fundamentalmente esférica, con densidad de compactación en el rango de 1800 a 2300 kg/m 3 . Esta última característica es importante para garantizar más cantidad de energía por unidad de volumen de la batería [ 3 , 14 ] .

Ni	Co	Mn
120,7	2,0	]]> 1,6

El volumen inicial de solución empleado en cada prueba fue igual a 30 L

Otros materiales empleados, fueron los siguientes:

Metodología

Para la evaluación a escala piloto se concibió la realización de 4 pruebas, en batch , bajo las mejores condiciones determinadas en los niveles de experimentación de laboratorio [ 15 ] , que fueron las siguientes:

La cantidad de hidróxido de amonio, se suministró de modo tal que se pudiera garantizar una relación molar promedio NH 3 /Ni 2+ igual a 0,5.

]]> Se evaluaron dos flujos de hidróxido de sodio (0,5 y 1,0 L/min) para confirmar el rango adecuado de este parámetro.

El procedimiento general para la realización de las pruebas fue el siguiente:

Se alimentó al reactor, la solución inicial de sulfato de níquel, que contiene cobalto y manganeso, se calentó hasta 70 ºC , se adicionó lentamente la cantidad prefijada de hidróxido de amonio, se agitó por espacio de 5 minutos, se midió el pH y se inició la adición del hidróxido de sodio con el flujo especificado hasta el pH de trabajo, igual a 13. Una vez alcanzado ese valor de pH, se mantuvo la agitación mecánica durante 1 hora. Posteriormente, la pulpa de hidróxidos formada en el reactor, se bombeó a través de la bomba centrífuga hasta el filtro prensa, en el cual se obtuvo, por un lado, el licor de desecho y por otro, la torta de sólidos, conteniendo al hidróxido de níquel o producto de interés. La torta de sólidos fue lavada con agua a 70 o C en el reactor y luego se bombeó a presión para el filtro. Finalmente la torta se extrajo del filtro y se secó en estufa a la temperatura de 60 o C.

Se tomaron muestras del licor final y del sólido para realizarle análisis químicos, fundamentalmente de Ni, Co, Mn, Na.

En la figura 3, se muestra un diagrama de bloques que contiene las operaciones y el orden de ejecución de las mismas.

Al concluir las pruebas, se determinó la composición química del hidróxido de níquel obtenido, en por ciento, así como la concentración de la solución residual resultante del proceso. También se determinaron las densidades de partícula, de compactación y la porosidad, mediante las normas ISO 18753:2004(F) e ISO 17172:2014 , respectivamente. Se calcularon los siguientes indicadores técnicos del proceso: eficiencia de precipitación de metales, índices de consumo de las materias primas y materiales fundamentales, así como la eficiencia del lavado, tal y como se describe a continuación.

La eficiencia de precipitación de níquel cobalto y manganeso, se obtuvo, mediante la siguiente expresión:

Precp Mi = (%Mi sólido. Msól) / (Vlinic*Clinic)………………………………………(1)

Donde:

]]> PrecpMi: Eficiencia de precipitación del metal “i”, %

%Misólido: Contenido de metal “i” en el sólido, % (en masa)

Msólido: Masa de sólido seco obtenido, g

Vlinic: Volumen de licor inicial, L

Clinic: Concentración de metal “i” en el licor inicial, g/L

Se determinó la eficiencia del proceso de lavado, por la relación entre el contenido de sodio promedio en la muestra sin lavar y en la muestra lavada. El índice de consumo de agua de lavado en litros por kilogramo de hidróxido de níquel, se determinó a partir de la relación entre el volumen de agua utilizada para este proceso y la cantidad de hidróxido de níquel seco obtenido.

RESULTADOS

Comportamiento de los principales parámetros de operación, características del proceso y los productos

En la tabla 2, se muestra el comportamiento de los diferentes parámetros medidos durante las pruebas. En todos los casos, se cumplió con los valores pre-fijados de temperatura y tiempo de reacción, iguales a 70 o C y una hora, respectivamente, que fueron las condiciones bajo las cuales se obtuvieron las mayores eficiencias de precipitación de metales de las pruebas de laboratorio [ 15 ] . El tiempo que duró la adición de solución de hidróxido de sodio hasta alcanzar el pH de trabajo, osciló entre 1 hora y 15 minutos y 1 hora y 30 minutos. Para efectuar el lavado, se emplearon 100 litros de agua en cada prueba.

]]> En la tabla 3, se muestra la composición química de los metales involucrados en el proceso, tanto en la solución acuosa como en el hidróxido resultante de la precipitación, para las condiciones que se indican en la tabla 2. Los resultados de los análisis de densidades de partícula, compactación y porosidad se muestran en la tabla 4. Se evaluó la eficiencia de precipitación de Ni, Co, Mn, en %, (tabla 5).

En la tabla 6, se reflejan los resultados de la composición química del hidróxido de níquel obtenido a escala piloto, después de haber sido lavado en el laboratorio, utilizando agua a 70 o C en 4 etapas.

Tabla 2. Comportamiento de los principales parámetros de operación

Prueba	pH inicial, unidades	Volumen NH 4 OH, L	Flujo de NaOH, L/min	Volumen NaOH, L	Volumen licor inicial, L	]]> Densidad de pulpa final, kg/m 3	Densidad de licor final, kg/ m 3	pH de licor final, unidades	Masa de sólido final húmedo, kg	Masa de sólido final seco, kg
1	5,04	7,5	1,0	26	]]> 30	1230	1160	13,00	20,2	6,3
2	5,04	10,0	1,0	]]> 26	30	1280	1150	12,81	20,2	5,9
3	4,53	6,7	]]> 0,5	28	30	1300	1100	13,01	23,9	7,3
4	4,53	]]> 6,7	0,5	27	30	1270	1080	12,93	23,9	7,7

Tabla 3. Contenido de metales, en las soluciones acuosas y los sólidos resultantes de la precipitación de hidróxido de níquel

]]> Prueba	Concentración en solución acuosa, g/L				Concentración en sólido, %
No	Ni	Co	Mn	Na	Ni	Co	]]> Mn	Na	H 2 O
1	0,026	0,002	0,0012	48,52	55,10	0,891	]]> 0,851	2,87	68,7
2	0,026	0,002	0,0020	52,37	55,62	0,949	]]> 0,780	0,23	70,5
3	0,012	0,002	0,0018	48,20	53,76	0,864	]]> 0,528	1,62	69,4
4	0,045	0,007	0,0020	50,28	50,92	0,799	]]> 0,463	2,91	67,8
Promedio	0,027	0,003	0,0020	49,84	53,85	0,876	]]> 0,656	2,47	69,1

 

Tabla 4. Valores de densidades de partícula, de compactación y porosidad

Muestra	Densidad de partícula	Presión optima de prensado	Densidad de prensado ]]>	Porosidad
N o	kg/m 3	MPa	kg/m 3	%
1	3 389,8	]]> 9,70	2 160, 0	36,21
2	3 314,9	9,66	2 200, 0	33,59
3	3 332,5	]]> 12,42	2 290,0	31,12
4	3 477,4	12,00	2 100,0	39,70

La eficiencia de precipitación del níquel, el cobalto y el manganeso, se comportó como sigue:

Tabla 5. Eficiencia de precipitación de los metales de interés, en porciento

]]> Prueba	Ni	Co	Mn
1	99,43	99,40	94,19
2	99,99	]]> 99,98	90,93
3	100,00	100,00	100,00
4	99,85	100,00	94,33
]]> Promedio	99,82	99,84	94,86

 

Tabla 6. Composición química, en porciento, de muestras de hidróxido de níquel obtenido a escala piloto, lavadas en varias etapas en el laboratorio

Muestra	Ni	Co	Mn	]]> Na	NH 3
1	56,88	1,02	0,84	0,067	0,0045
2	56,46	]]> 1,04	0,87	0,079	0,0043
3	57,20	0,92	0,60	0,092	0,0072
]]> 4	58,24	0,89	0,44	0,051	0,0043

Tomando como referencia los resultados obtenidos anteriormente y la metodología descrita en el acápite de Materiales y Métodos, se calcularon los principales indicadores técnicos del proceso, los cuales se muestran a continuación:

Consumo promedio de materia prima y materiales, por cada kilogramo de hidróxido de níquel seco

Eficiencia promedio de precipitación de metales y del proceso de lavado