CN114789994B - 一种由红土镍矿提取制备电池级磷酸铁的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种由红土镍矿提取制备电池级磷酸铁的方法,所述方法包括以下步骤:(1)对红土镍矿调浆后进行酸浸处理,固液分离后得到浸出液,将浸出液与萃取剂混合,经萃取反应后得到第一有机相和萃余液;(2)对步骤(1)得到的萃余液进行除杂富集处理后,得到电池级硫酸镍和硫酸钴,对第一有机相进行酸洗处理,得到第二有机相;(3)将步骤(2)得到的第二有机相和磷酸溶液混合进行反萃处理,得到第三有机相和反萃料液,将所述反萃料液固液分离后得到电池级磷酸铁,本发明选用对Fe3+具有较强萃取分离能力的萃取剂从众多金属离子中选择性提取Fe,然后再反萃沉淀为高纯磷酸铁,实现对红土镍矿中铁的高值利用。
Description
技术领域
本发明属于湿法冶金技术领域,涉及一种由红土镍矿提取制备电池级磷酸铁的方法。
背景技术
近年来,新能源汽车行业迅速发展。锂电池作为电动汽车的核心配件,是电动汽车动力的来源,当前市场上,新能源电动汽车常用的电池主要是磷酸铁锂电池和各种规格的三元动力电池,而随着电池设计制造技术的更新,这两类动力电池的装机占比也呈此消彼长之势。随着人们对电池安全性的关注以及比亚迪刀片电池的量产,磷酸铁锂电池近两年的需求呈井喷之势,各大电池材料厂商及上下游企业纷纷布局磷酸铁锂项目,市场对磷酸铁材料的需求也水涨船高。
由于三元电池材料对镍的需求,红土镍矿的湿法冶炼近年来受到关注,虽然红土镍矿中含有大量的铁,但投资的主要目的是提取其中的镍,而对于其中廉价的铁一般作为尾渣丢弃处理,导致铁资源的大量浪费。而磷酸铁锂电池的兴起对铁资源的利用提供了出路。对于将红土镍矿中的铁转型为磷酸铁的方法也有报道,但多采用磷酸直接浸出红土镍矿或将红土镍矿浸出液用磷酸沉淀为磷酸铁的方法。
CN111254281A采用加压磷酸浸出红土镍矿转型生产磷酸铁,CN110615420A和CN106987728A分别用磷酸对红土镍矿浸出渣和红土镍矿进行常压浸出转型制备磷酸铁,CN113023701A用磷酸对红土镍矿浸出液直接沉淀制备磷酸铁。这些方法虽然均能制备出磷酸铁,但因红土镍矿及其浸出液中均含有大量杂质,如Mn、Al、Si、Ca或Mg等,这些金属磷酸盐在磷酸-水体系中大多属于难溶物,这就导致直接转型或沉淀法得到的磷酸铁纯度受限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种由红土镍矿提取制备电池级磷酸铁的方法,本发明利用萃取剂在不同酸度条件下对金属离子的萃取分离能力不同,选用对Fe3+具有较强萃取分离能力的萃取剂从众多金属离子中选择性提取Fe,然后再反萃沉淀为高纯磷酸铁,实现对红土镍矿中铁的高值利用。
为达到此发明目的,本发明采用以下技术方案:
本发明提供了一种由红土镍矿提取制备电池级磷酸铁的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)对红土镍矿调浆后进行酸浸处理,固液分离后得到浸出液,将浸出液与萃取剂混合,经萃取反应后得到第一有机相和萃余液;
(2)对步骤(1)得到的萃余液进行除杂富集处理后,得到电池级硫酸镍和硫酸钴,对第一有机相进行酸洗处理,得到第二有机相;
(3)将步骤(2)得到的第二有机相和磷酸溶液混合进行反萃处理,得到第三有机相和反萃料液,将所述反萃料液固液分离后得到电池级磷酸铁。
本发明利用红土镍矿高铁的特点以及萃取剂在低pH下对Fe的高效萃取分离特性,对浸出液进行萃取Fe,最后再用磷酸反萃,实现了对红土镍矿中铁的充分利用,而且所得磷酸铁产品纯度高,可作为电池级原料使用。
优选地,步骤(1)所述酸浸处理使用的浸出酸包括硫酸、盐酸或硝酸中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,所述浸出酸和红土镍矿的质量比为0.5~3:1,例如:0.5:1、1:1、2:1、2.5:1或3:1等。
优选地,所述酸浸处理的温度为60~100℃,例如:60℃、70℃、80℃、90℃或100℃等。
优选地,所述酸浸处理的时间为1~6h,例如:1h、2h、3h、4h、5h或6h等。
优选地,步骤(1)所述萃取剂为亲铁萃取剂。
优选地,步骤(1)所述萃取剂包括P204、P538或N235中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,所述萃取剂的质量浓度为10~40%,例如:10%、15%、20%、30%或40%等。
优选地,所述萃取剂的稀释剂包括煤油。
优选地,步骤(1)所述萃取剂包括酸性萃取剂。
优选地,所述酸性萃取剂在使用前进行皂化处理。
优选地,所述皂化处理的皂化剂包括氢氧化钠溶液和/或氨水。
优选地,所述皂化处理的皂化率为10~40%,例如:10%、15%、20%、30%或40%等。
优选地,步骤(1)所述萃取反应前对所述浸出液进行氧化处理。
优选地,所述萃取反应的相比O/A为(1~20)/1,例如:1/1、5/1、8/1、10/1、15/1或20/1等。
优选地,所述萃取反应的温度为20~60℃,例如:20℃、30℃、40℃、50℃或60℃等。
优选地,所述萃取反应的时间为5~20min,例如:5min、8min、10min、15min或20min等。
优选地,步骤(2)所述除杂富集处理的方法包括化学沉淀法和萃取法。
优选地,步骤(2)所述酸洗处理的洗涤剂包括硫酸和/或盐酸。
优选地,所述洗涤剂中氢离子的摩尔浓度为0.01~1mol/L,例如:0.01mol/L、0.05mol/L、0.1mol/L、0.5mol/L或1mol/L等。
优选地,步骤(3)所述磷酸溶液中氢离子的摩尔浓度为2~20mol/L,例如:2mol/L、5mol/L、8mol/L、10mol/L、15mol/L或20mol/L等。
优选地,步骤(3)所述反萃处理的相比O/A为(0.1~10)/1,例如:0.1/1、0.5/1、1/1、5/1或10/1等。
优选地,所述反萃处理的温度为20~60℃,例如:20℃、30℃、40℃、50℃或60℃等。
优选地,所述反萃处理的时间为10~30min,例如:10min、15min、20min、25min或30min等。
优选地,步骤(3)所述固液分离后进行洗涤和干燥处理。
优选地,所述洗涤的洗涤剂包括纯水。
优选地,所述洗涤的标准为洗涤至中性。
优选地,所述干燥处理的温度为80~120℃,例如:80℃、90℃、100℃、110℃或120℃等。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明利用萃取剂在不同酸度条件下对金属离子的萃取分离能力不同,选用对Fe3+具有较强萃取分离能力的萃取剂从众多金属离子中选择性提取Fe,然后再反萃沉淀为高纯磷酸铁,实现对红土镍矿中铁的高值利用。
(2)本发明所述方法制备磷酸铁纯度可达99%以上。
附图说明
图1是实施例1所述由红土镍矿提取制备电池级磷酸铁的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种由红土镍矿提取制备电池级磷酸铁的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将红土镍矿调浆,加入硫酸进行常压浸出,酸矿质量比为1.25:1,反应温度80℃,反应时间4h。将所得浸出后的浆料进行固液分离,得浸出液,并将浸出液进行氧化。将浓度为25%的P204萃取剂用氢氧化钠进行皂化,皂化率为30%,然后将皂化后的萃取剂以相比O/A=4:1与上述浸出液进行混合,于温度30℃下,反应10min,分相后得第一有机相与萃余液;
(2)将所得萃余液进行除杂、富集后回收镍钴,可得电池级硫酸镍/钴。将所得第一有机相与浓度为[H+]=0.5mol/L的盐酸溶液混合进行洗涤,分相后得第二有机相;
(3)将所得第二有机相与[H+]=5mol/L的磷酸溶液按相比O/A=2/1进行混合,于温度30℃混合反应20min,分相后得第三有机相和反萃料液,将所得反萃料液进行固液分离,滤液补酸后循环使用,滤渣用纯水进行洗涤至洗液中性,于100℃烘干,即得电池级磷酸铁。
所述方法的工艺流程图如图1所示。
实施例2
本实施例提供了一种由红土镍矿提取制备电池级磷酸铁的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将红土镍矿调浆,加入硫酸进行常压浸出,酸矿质量比为1.5:1,反应温度90℃,反应时间4h。将所得浸出后的浆料进行固液分离,得浸出液,并将浸出液进行氧化,将浓度为20%的P538萃取剂用氢氧化钠进行皂化,皂化率为30%,然后将皂化后的萃取剂以相比O/A=5:1与上述浸出液进行混合,于温度40℃下,反应10min,分相后得第一有机相与萃余液;
(2)将所得萃余液进行除杂、富集后回收镍钴,可得电池级硫酸镍/钴。将所得第一有机相与浓度为[H+]=1mol/L的盐酸溶液混合进行洗涤,分相后得第二有机相;
(3)将所得第二有机相与[H+]=8mol/L的磷酸溶液按相比O/A=1/1进行混合,于温度25℃混合反应30min,分相后得第三有机相和反萃料液,将所得反萃料液进行固液分离,滤液补酸后循环使用,滤渣用纯水进行洗涤至洗液中性,于90℃烘干,即得电池级磷酸铁。
实施例3
本实施例提供了一种由红土镍矿提取制备电池级磷酸铁的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将红土镍矿调浆,加入盐酸进行常压浸出,酸矿质量比为2.5:1,反应温度80℃,反应时间3h。将所得浸出后的浆料进行固液分离,得浸出液,并将浸出液进行氧化。将浓度为25%的N235萃取剂以相比O/A=3:1与上述浸出液进行混合,于温度30℃下,反应10min,分相后得第一有机相与萃余液;
(2)将所得萃余液进行除杂、富集后回收镍钴,可得电池级硫酸镍/钴。将所得第一有机相与浓度为[H+]=0.5mol/L的硫酸溶液混合进行洗涤,分相后得第二有机相;
(3)将所得第二有机相与[H+]=6mol/L的磷酸溶液按相比O/A=1/1进行混合,于温度30℃混合反应15min,分相后得第三有机相和反萃料液,将所得反萃料液进行固液分离,滤液补酸后循环使用,滤渣用纯水进行洗涤至洗液中性,于90℃烘干,即得电池级磷酸铁。
实施例4
本实施例提供了一种由红土镍矿提取制备电池级磷酸铁的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将红土镍矿调浆,加入硝酸进行常压浸出,酸矿质量比为2.2:1,反应温度80℃,反应时间4h。将所得浸出后的浆料进行固液分离,得浸出液,并将浸出液进行氧化,将浓度为20%的P204萃取剂用氢氧化钠进行皂化,皂化率为30%,然后将皂化后的萃取剂以相比O/A=6:1与上述浸出液进行混合,于温度30℃下,反应10min,分相后得第一有机相与萃余液;
(2)将所得萃余液进行除杂、富集后回收镍钴,可得电池级硫酸镍/钴,将所得第一有机相与浓度为[H+]=1mol/L的盐酸溶液混合进行洗涤,分相后得第二有机相;
(3)将所得第二有机相与[H+]=5mol/L的磷酸溶液按相比O/A=2/1进行混合,于温度30℃混合反应20min,分相后得第三有机相和反萃料液。将所得反萃料液进行固液分离,滤液补酸后循环使用,滤渣用纯水进行洗涤至洗液中性,于110℃烘干,即得电池级磷酸铁。
对比例1
本对比例采用CN106987728A实施例1所述方法。
性能测试:
对实施例1-4和对比例1得到的磷酸铁进行测试,测试结果如表1所示:
表1
Fe含量/% | 纯度/% | Fe/P | |
实施例1 | 29.85 | 99.85 | 0.99 |
实施例2 | 29.86 | 99.88 | 1 |
实施例3 | 28.94 | 99.82 | 0.99 |
实施例4 | 29.83 | 99.78 | 0.99 |
对比例1 | 22.95 | 90.8 | 0.98 |
由表1可以看出,由实施例1-4可得,本发明所述方法制备磷酸铁纯度可达99%以上。
由实施例1和对比例1对比可得,本发明利用萃取剂在不同酸度条件下对金属离子的萃取分离能力不同,选用对Fe3+具有较强萃取分离能力的萃取剂从众多金属离子中选择性提取Fe,然后再反萃沉淀为高纯磷酸铁,实现对红土镍矿中铁的高值利用。
申请人声明,以上所述仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,所属技术领域的技术人员应该明了,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (16)
1.一种由红土镍矿提取制备电池级磷酸铁的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)对红土镍矿调浆后进行酸浸处理,固液分离后得到浸出液,将浸出液与萃取剂混合,经萃取反应后得到第一有机相和萃余液;
(2)对步骤(1)得到的萃余液进行除杂富集处理后,得到电池级硫酸镍和硫酸钴,对第一有机相进行酸洗处理,得到第二有机相;
(3)将步骤(2)得到的第二有机相和磷酸溶液混合进行反萃处理,得到第三有机相和反萃料液,将所述反萃料液固液分离后得到电池级磷酸铁;
步骤(1)所述酸浸处理使用的酸包括硫酸、盐酸或硝酸中的任意一种或至少两种的组合,所述酸和红土镍矿的质量比为1.25~2.5:1,所述萃取剂包括P204、P538或N235中的任意一种或至少两种的组合,所述萃取反应前对所述浸出液进行氧化处理,所述萃取反应的相比O/A为(1~20)/1,所述萃取反应的温度为20~60℃,步骤(2)所述酸洗处理的洗涤剂中氢离子的摩尔浓度为0.5~1mol/L,步骤(3)所述磷酸溶液中氢离子的摩尔浓度为5~8mol/L,所述反萃处理的相比O/A为(0.1~10)/1,所述反萃处理的温度为20~60℃。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述酸浸处理的温度为60~100℃。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述酸浸处理的时间为1~6h。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述萃取剂的质量浓度为10~40%。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述萃取剂的稀释剂包括煤油。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述P204和P538在使用前进行皂化处理。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述皂化处理的皂化剂包括氢氧化钠溶液和/或氨水。
8.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述皂化处理的皂化率为10~40%。
9.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述萃取反应的时间为5~20min。
10.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)所述除杂富集处理的方法包括化学沉淀法和萃取法。
11.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)所述酸洗处理的洗涤剂包括硫酸和/或盐酸。
12.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述反萃处理的时间为10~30min。
13.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(3)所述固液分离后进行洗涤和干燥处理。
14.如权利要求13所述的方法,其特征在于,所述洗涤的洗涤剂包括纯水。
15.如权利要求13所述的方法,其特征在于,所述洗涤的标准为洗涤至中性。
16.如权利要求13所述的方法,其特征在于,所述干燥处理的温度为80~120℃。
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