一种红土镍矿中黄铁矾法提取铁制备磷酸铁锂的方法技术

一种红土镍矿中黄铁矾法提取铁制备磷酸铁锂的方法。该方法包括以下步骤：(1)将红土镍矿磨细后与硫酸铵混合焙烧，焙烧熟料经溶出、过滤，得到硅微粉和滤液；(2)溶出滤液经黄氨铁矾除铁后得到镍富集液和黄氨铁矾；(3)黄氨铁矾经过水解、过滤后得到硫酸铵溶液和三氧化二铁；(4)三氧化二铁与碳酸锂、磷酸二氢铵和葡萄糖按照一定比例混合均匀后，在氢气气氛下，750℃，焙烧6h，得到锂离子电池正极材料LiFePO4/C。本发明专利技术针对红土镍矿未能合理利用的现状，开展红土镍矿高附加值综合利用的研究，黄铁矾法提取铁制备锂离子电池正极材料磷酸铁锂，无三废排放，实现Fe元素的高附加值利用。

【技术实现步骤摘要】
一种红土镍矿中黄铁矾法提取铁制备磷酸铁锂的方法
：本专利技术属于红土镍矿湿法冶金
，具体涉及一种红土镍矿中黄铁矾法提取铁制备磷酸铁锂的方法。
技术介绍
：占世界镍资源70％的红土镍矿成为提取镍的主要资源，低品位红土镍矿由于镍品位低(1％左右)、铁含量高(20％左右)，主要采取湿法冶金工艺提取镍等有价元素。相较于火法工艺，湿法工艺简单、成本低，同时可以有效回收红土镍矿中钴元素。湿法工艺根据浸出剂和浸出条件的不同可分为氨浸法、高压酸浸法、常压酸浸法、微生物浸出法等。常压酸浸是目前红土镍矿处理工艺研究较为热门的方向，常压酸浸红土镍矿，镍的浸出率可达93％，铁的浸出率可降低至30％；在浸出温度较低、压力较小的温和条件下，充分回收了镍、钴和镁，较好的解决了镍钴的高效浸出和镁的合理利用问题；采用加压湿法氯化浸出、萃取镍(钴)铁分离、氯化镁高温水解的工艺回收镍、钴、铁、镁，同时实现了盐酸的闭路循环。微生物浸出法是比较环保的红土镍矿处理方法，借助于某些特定微生物的生物活性催化作用使金属元素从矿石中有效地溶解出来，但工业放大过程的浸出率极不稳定，对于浸出率低的矿物须重新进行化学浸出。因此，微生物浸出的工业化受到严重阻碍。湿法新工艺从发展循环经济的角度出发，综合利用了镍、钴、镁等元素，并考虑了原料的循环利用，但低品位红土镍矿中的主要杂质铁元素，除杂后没有得到高附加值的应用。此外，酸法处理工艺矿石中含量较高的硅没有加以利用，也存在着废渣排放问题。正极材料作为锂离子动力电池四大材料的核心材料，对电池的最终性能起着至关重要的作用，动力电池的性能优化往往依托于正极材料的技术突破，因此正极材料的研究成为当前锂离子动力电池最为关注的板块。特别是以磷酸铁锂(LiFePO4)为代表的磷酸盐材料，由于稳定的电化学性能和极高的安全性而受到广泛关注，磷酸铁锂电池已被广泛而大规模应用于电动汽车、规模储能、备用电源等领域。三价铁化合物(如FePO4、Fe2O3)具有原材料来源广、价格低廉、可挥发组分少等优点，因此成为商业化制备LiFePO4的较佳选择。FePO4原料易吸湿，化学组成不稳定，实际为FePO4·xH2O(0<x<2)，在生产使用中不易定量，造成产品不稳定，使用前一般都需要热处理排水工艺，增加能耗，且由于是复合盐，价格较贵。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于解决红土镍矿未能合理利用的问题，提出了黄铁矾法提取铁制备锂离子电池正极材料磷酸铁锂的方法，实现Fe元素的高附加值利用。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种红土镍矿中黄铁矾法提取铁制备磷酸铁锂的方法，包括如下步骤：(1)研磨：红土镍矿经干燥、破碎、磨细至200目以下，得到红土镍矿粉料；(2)混料：按物质的量比，红土镍矿粉料:硫酸铵＝1:(0.8～1.6)，红土镍矿粉料与硫酸铵均匀混合，得到混合物料；(3)焙烧：将混合物料在350℃焙烧2h，550℃焙烧2h，得到焙烧熟料，焙烧过程产生的三氧化硫和氨气用硫酸吸收，得到的硫酸铵溶液蒸发、浓缩、结晶后制备硫酸铵，返回焙烧工序；(4)溶出：将焙烧熟料和水按质量比1:4在95℃下溶出，溶出时间60min；(5)过滤：将步骤(4)中溶出的物料进行过滤分离，得到滤液和滤渣，滤液成分为:Fe3+、Fe2+、Mg2+、NH4+、Al3+、SO42-，滤渣主要成分为二氧化硅；(6)黄氨铁矾法除铁：将步骤(5)中的滤液进行黄氨铁矾法除铁，室温下向溶液中加入双氧水氧化Fe2+，将氧化完全的滤液加热，温度为95℃，加入碱式调节剂控制溶液pH值1.0～2.0，搅拌4h，除铁率达到98％以上，过滤，滤渣为黄氨铁矾，滤液为镍富集溶液；(7)黄氨铁矾水解：按质量比，黄氨铁矾:水＝1:2，黄氨铁矾中加入水，搅拌、加热至50℃以上，加入氨水，调节pH值达到12以上，时间15min，黄氨铁矾发生水解反应，过滤得到三氧化二铁，滤液为(NH4)2SO4溶液，滤液蒸发、结晶、回收(NH4)2SO4；(8)LiFePO4/C前驱体制备：按物质的量比，三氧化二铁:碳酸锂:磷酸二氢铵:葡萄糖＝1:(1.0～1.3):(1.0～1.2):(8～12)，将三氧化二铁与碳酸锂、磷酸二氢铵、葡萄糖混合均匀；(9)LiFePO4/C前驱体焙烧：将步骤(8)中混合好的物料通入氢气气氛进行煅烧，煅烧温度为750℃，时间6h，随炉冷却，冷却后过筛，得到含碳锂离子电池磷酸铁锂正极材料。所述步骤(2)中，红土镍矿粉料和硫酸铵物质的量比，以红土镍矿粉料中氧化镁、氧化铁与硫酸铵完全反应生成盐所消耗的硫酸铵物质的量计为1，红土镍矿粉料:硫酸铵＝1:(0.8～1.6)。所述步骤(6)中，所述碱式调节剂为碳酸铵溶液。所述步骤(7)中，所述加热温度为95℃。所述步骤(8)中，所述三氧化二铁、碳酸锂、磷酸二氢铵、葡萄糖的物质的量比，以三氧化二铁全部生成含碳量5％的磷酸铁锂所用葡萄糖量计为1，三氧化二铁:碳酸锂:磷酸二氢铵:葡萄糖＝1:(1.0～1.3):(1.0～1.2):(8～15)。步骤(2)～(3)主要涉及的化学反应为：MgO+2(NH4)2SO4→(NH4)2Mg(SO4)2+H2O↑+3NH3↑Fe2O3+4(NH4)2SO4→2(NH4)2Fe(SO4)2+H2O↑+4NH3↑NiO+2(NH4)2SO4→(NH4)2Ni(SO4)2+H2O↑+3NH3↑Al2O3+4(NH4)2SO4→2(NH4)2Fe(SO4)2+H2O↑+4NH3↑(NH4)2SO4→2NH3↑+SO3↑+2H2O↑2NH3+SO3+2H2O→(NH4)2SO4步骤(6)黄氨铁矾法除铁发生的化学反应为：6Fe3++2NH4++4SO42-+12H2O→(NH4)2Fe6(SO4)12↓+12H+步骤(7)黄氨铁矾水解发生化学反应：(NH4)2Fe6(SO4)12+22NH3·H2O→3Fe2O3+12(NH4)2SO4+11H2O本专利技术的有益效果：(1)本专利技术的技术方案简单易行，提出了综合利用红土镍矿制备聚阴离子型锂离子电池正极材料LiFePO4/C的新型工艺路线，有效解决低品位红土镍矿中主要杂质铁元素的高附加值应用，为红土镍矿资源高效、高附加值综合利用开辟了一条新途径；(2)本专利技术的工艺核心是在原料中添加超过碳包覆需求量的含碳物，利用含碳物在高温下产生还原性气体，将原料中Fe3+还原为Fe2+，并与锂离子和磷酸根结合形成磷酸铁锂，多余的碳粉包覆在产物的颗粒表面，合成碳包覆磷酸铁锂，改善了材料的导电性。附图说明：图1红土镍矿中黄铁矾法提取铁制备磷酸铁锂的工艺流程图。具体实施方式：下面结合实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术实例中所采用的化学试剂均为分析纯级产品；采用日本NipponJarrell-Ash公司的IRISAdvantage型ICP分析仪测定样品中元素含量(分析精度：0.01wt％)。结合图1的工艺流程图。实施例1所用红土镍矿主要为Fe13.73％、Ni1.24％、MgO25.62％、Al2O34.67％、SiO243.28％，其他11.46％。一种红土镍矿中黄铁矾法提取铁制备磷酸铁锂的方法，包括以下步骤：(1)研磨：红土镍矿经干燥、破碎、磨细至200目以下，得到红土镍矿粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种红土镍矿中黄铁矾法提取铁制备磷酸铁锂的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)研磨：红土镍矿经干燥、破碎、磨细至200目以下，得到红土镍矿粉料；(2)混料：按物质的量比，红土镍矿粉料:硫酸铵＝1:(0.8～1.6)，红土镍矿粉料与硫酸铵均匀混合，得到混合物料；(3)焙烧：将混合物料在350℃焙烧2h，550℃焙烧2h，得到焙烧熟料，焙烧过程产生的三氧化硫和氨气用硫酸吸收，得到的硫酸铵溶液蒸发、浓缩、结晶后制备硫酸铵，返回焙烧工序；(4)溶出：将焙烧熟料和水按质量比1:4在95℃下溶出，溶出时间60min；(5)过滤：将步骤(4)中溶出的物料进行过滤分离，得到滤液和滤渣，滤液成分为Fe3+、Fe2+、Mg2+、NH4+、Al3+、SO42‑，滤渣主要成分为二氧化硅；(6)黄氨铁矾法除铁：将步骤(5)中的滤液进行黄氨铁矾法除铁，室温下向溶液中加入双氧水氧化Fe2+，将氧化完全的滤液升温至95℃，加入碱式调节剂控制溶液pH值1.0～2.0，搅拌4h，除铁率达到98％以上，过滤，滤渣为黄氨铁矾，滤液为镍富集溶液；(7)黄氨铁矾水解：按质量比，黄氨铁矾:水＝1:2，黄氨铁矾中加入水，搅拌、加热至50℃以上，加入氨水，调节pH值达到12以上，时间15min，黄氨铁矾发生水解反应，过滤得到三氧化二铁，滤液为(NH4)2SO4溶液，滤液蒸发、结晶、回收(NH4)2SO4；(8)LiFePO4/C前驱体制备：按物质的量比，三氧化二铁:碳酸锂:磷酸二氢铵:葡萄糖＝1:(1.0～1.3):(1.0～1.2):(8～15)，将三氧化二铁与碳酸锂、磷酸二氢铵、葡萄糖混合均匀；(9)LiFePO4/C前驱体焙烧：将步骤(8)中混合好的物料在氢气气氛下煅烧，温度为750℃，时间6h，随炉冷却，冷却后过筛，得到含碳锂离子电池磷酸铁锂正极材料。...

【技术特征摘要】
1.一种红土镍矿中黄铁矾法提取铁制备磷酸铁锂的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)研磨：红土镍矿经干燥、破碎、磨细至200目以下，得到红土镍矿粉料；(2)混料：按物质的量比，红土镍矿粉料:硫酸铵＝1:(0.8～1.6)，红土镍矿粉料与硫酸铵均匀混合，得到混合物料；(3)焙烧：将混合物料在350℃焙烧2h，550℃焙烧2h，得到焙烧熟料，焙烧过程产生的三氧化硫和氨气用硫酸吸收，得到的硫酸铵溶液蒸发、浓缩、结晶后制备硫酸铵，返回焙烧工序；(4)溶出：将焙烧熟料和水按质量比1:4在95℃下溶出，溶出时间60min；(5)过滤：将步骤(4)中溶出的物料进行过滤分离，得到滤液和滤渣，滤液成分为Fe3+、Fe2+、Mg2+、NH4+、Al3+、SO42-，滤渣主要成分为二氧化硅；(6)黄氨铁矾法除铁：将步骤(5)中的滤液进行黄氨铁矾法除铁，室温下向溶液中加入双氧水氧化Fe2+，将氧化完全的滤液升温至95℃，加入碱式调节剂控制溶液pH值1.0～2.0，搅拌4h，除铁率达到98％以上，过滤，滤渣为黄氨铁矾，滤液为镍富集溶液；(7)黄氨铁矾水解：按质量比，黄氨铁矾:水＝1:2，黄氨铁矾中加入水，搅拌、加热至50℃以上，加入氨水，调节pH值达到12以上，时间15min，黄氨铁矾发生水解反应，过滤得到三氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：常龙娇，刘佳囡，刘连利，王雪娇，徐姝颖，王莉丽，张富胜，
申请(专利权)人：渤海大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21