一种利用菱铁矿制备草酸亚铁的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用菱铁矿制备草酸亚铁的方法，包括以下步骤：将菱铁矿加入无机酸溶液中进行浸出反应，然后固液分离，得到分离液一；在分离液一中加入草酸进行沉淀反应，然后固液分离，得到初级草酸亚铁；将初级草酸亚铁加至草酸溶液中进行制浆，然后加入氧化剂，再固液分离，得到分离液三；将分离液三进行还原处理，然后固液分离，得到的沉淀经洗涤、干燥后，得到草酸亚铁。本发明专利技术以低品位菱铁矿为原料，直接合成电极级草酸亚铁，所得的产物纯度高，副产物少，同时缩短了工艺流程，实现了低品位菱铁矿的高效资源化利用，降低了草酸亚铁的生产成本，此外，本发明专利技术为闭路循环工艺，溶液循环利用，无废水外排，清洁生产水平高，环保效益显著。显著。显著。

【技术实现步骤摘要】
一种利用菱铁矿制备草酸亚铁的方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池正极材料前驱体制备
，具体涉及一种利用菱铁矿制备草酸亚铁的方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、对环境污染小和无记忆效应等诸多优点，成为支持当前电动车用电源发展的重要基础，磷酸铁锂电池在安全性和循环寿命等方面表现优异，成为当前电动车市场的主流电池之一。
[0003]草酸亚铁是制备磷酸铁锂的优质前驱体，目前主要是利用商品化的亚铁盐和草酸盐通过混合沉淀的方式获得，该类技术首先需要将铁锰矿石经过复杂的冶金过程，获得商品化的高纯度亚铁盐和草酸盐，工艺流程长，成本高、副产物和污染物排放量大。菱铁矿是自然界中铁资源的一种重要天然赋存形态，我国菱铁矿资源丰富，但品位低，需要经过焙烧
‑
选矿等一系列的富集过程使铁含量升高，才可用于钢铁冶炼的原料，该过程存在能耗大和污染物排放量大的问题。因此，开发低成本草酸亚铁制备技术和菱铁矿的绿色资源化资源化利用技术，具有重要的现实意义。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种利用菱铁矿制备草酸亚铁的方法，以解决现有技术利用菱铁矿制备草酸亚铁能耗大、纯度低的问题。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种利用菱铁矿制备草酸亚铁的方法，包括以下步骤：
[0006](1)矿石浸出：将菱铁矿加入无机酸溶液中进行浸出反应，然后固液分离，得到分离液一；
[0007](2)草酸沉铁：在分离液一中加入草酸进行沉淀反应，然后固液分离，得到初级草酸亚铁和分离液二；
[0008](3)亚铁氧化：将初级草酸亚铁加至草酸溶液中进行制浆，然后加入氧化剂，再固液分离，得到分离液三；
[0009](4)还原沉铁：将分离液三进行还原处理，然后固液分离，得到的沉淀经洗涤、干燥后，得到草酸亚铁。
[0010]本专利技术的有益效果为：本专利技术以菱铁矿为原料，利用草酸亚铁(二价铁固体沉淀)与草酸铁(溶液态三价铁络合物)的物相转化，实现两次除杂，达到去除碱金属(钾钠)、钙镁和重金属的目的，整个过程中无需额外的净化剂加入，制得的草酸亚铁纯度高，副产物少。
[0011]在上述技术方案中，步骤(1)中矿石浸出过程中，菱铁矿中的碳酸亚铁转化为亚铁离子，其他的金属杂质也转化为金属离子，因此，上述离子经过无机酸浸出后进入分离液一中，其浸出反应的化学式为：
[0012]FeCO3+2H
+
→
Fe
2+
+H2O+CO2↑
[0013]MeCO3+2H
+
→
Me
2+
+H2O+CO2↑
(Me：K、Na、Ca、Mg、重金属)
[0014]步骤(2)中草酸沉铁的过程中，分离液一中的亚铁离子和草酸反应生成沉淀，其沉淀反应的化学式为：
[0015]Fe
2+
+H2C2O4→
FeC2O4↓
+2H
+
[0016]而分离液一中钠、钾离子则不与草酸反应，如此，可以去除分离液一中的钠、钾离子，从而可以得到初级的草酸亚铁沉淀(其含有钙、镁和重金属杂质的草酸盐沉淀)。
[0017]步骤(3)亚铁氧化过程中，初级草酸亚铁和草酸溶液制浆后，亚铁离子被氧化为三价铁离子，三价铁离子和草酸之间以可溶性络合物的形式存在，络合物的形态与三价铁离子和草酸根离子的比例关系决定，其反应化学式为：
[0018]Fe
3+
+C2O
42
‑
→
Fe(C2O4)
+
[0019][0020][0021]而初级草酸亚铁沉淀中混合的钙、镁和重金属杂质仍然以的草酸盐沉淀的形式存在，从而可以去除初级草酸亚铁中混合的钙、镁和重金属杂质。
[0022]步骤(4)还原沉铁过程中，通过将三价铁还原为二价铁，进而产生草酸亚铁沉淀，洗涤干燥后得到电池级草酸亚铁。
[0023]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：
[0024]进一步，步骤(1)中无机酸为硫酸、盐酸和硝酸中至少一种。
[0025]采用上述进一步技术方案的有益效果为：理论上来讲，所有可以与碳酸亚铁反应获得亚铁离子、且不与亚铁离子产生沉淀的酸溶液都可以作为浸出剂，但从从化工生产的角度而言，为了有效降低生产成本，需要在较短时间的反应时间内尽可能的实现亚铁的高效浸出，硫酸、盐酸和硝酸三种无机酸与碳酸亚铁之间的反应速度快，可采用其中的一种或者其中2
‑
3种酸混合溶液作为优选的浸出剂。
[0026]进一步，步骤(1)中无机酸为硫酸。
[0027]采用上述进一步技术方案的有益效果为：在实际生产过程中，盐酸对设备腐蚀性较强、高浓度的硝酸盐溶液在高温条件下容易分解，所以硫酸可作为最优化的浸出剂选择。
[0028]进一步，步骤(1)中菱铁矿的粒度≥100目。
[0029]采用上述进一步技术方案的有益效果为：矿石浸出过程为液固反应，矿石粒径越小，比表面积越大，与浸出剂的接触面积面大，浸出速率越高；但是矿石粒径越小，其粉碎的能耗越高。因此，综合考虑，菱铁矿的粒度不低于100目即可。
[0030]进一步，步骤(1)中浸出反应的温度为70
‑
100℃，浸出时间≥3h。
[0031]采用上述进一步技术方案的有益效果为：浸出反应的反应速率随温度的升高而增大，升高温度可加快亚铁的浸出速率，缩短浸出时间，减小浸出反应器体积，上述温度刚好适中。
[0032]进一步，步骤(1)中无机酸溶液和菱铁矿的液固比为1
‑
10：1。
[0033]采用上述进一步技术方案的有益效果为：菱铁矿浸出过程中，生产相同质量的硫酸亚铁，浸出液中亚铁的浓度越高，所需溶液的流通量越小、生产设备也越小，成本越低；但是浸出液中亚铁的浓度越高，溶液的粘稠度越大，浸出效果越差，使亚铁回收率降低。因此，
把浸出液中的亚铁浓度控制在40
‑
100g/L，按照菱铁矿中铁含量为10
‑
40mt％的范围核算，无机酸溶液与菱铁矿配置成的矿浆液固比为1
‑
10：1时为最优。
[0034]进一步，步骤(1)中无机酸中氢离子和菱铁矿中铁的摩尔比为2.2
‑
3：1。
[0035]采用上述进一步技术方案的有益效果为：菱铁矿浸出过程中，无机酸溶液浓度浓度越高、浸出后氢离子残留量越大，碳酸亚铁浸出越彻底，亚铁浸出率越高，但残余酸浓度越高，设备腐蚀性越大、杂质浸出率越高，且不利于步骤(2)中初级草酸亚铁的生成。因此，综合考虑，无机酸的用量为理论酸耗量(根据酸与碳酸亚铁之间的化学反应方程式，碳酸亚铁全部浸出时所需的酸的总量)的1.1
‑
1.5倍，即无机酸中氢离子和菱铁矿中铁的摩尔比为2.2
‑
3：1。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用菱铁矿制备草酸亚铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)矿石浸出：将菱铁矿加入无机酸溶液中进行浸出反应，然后固液分离，得到分离液一；(2)草酸沉铁：在分离液一中加入草酸进行沉淀反应，然后固液分离，得到初级草酸亚铁和分离液二；(3)亚铁氧化：将初级草酸亚铁加至草酸溶液中进行制浆，然后加入氧化剂，再固液分离，得到分离液三；(4)还原沉铁：将分离液三进行还原处理，然后固液分离，得到的沉淀经洗涤、干燥后，得到草酸亚铁。2.根据权利要求1所述的利用菱铁矿制备草酸亚铁的方法，其特征在于，步骤(1)中无机酸为硫酸、盐酸和硝酸中至少一种。3.根据权利要求1所述的利用菱铁矿制备草酸亚铁的方法，其特征在于，步骤(1)中菱铁矿的粒度≥100目。4.根据权利要求1所述的利用菱铁矿制备草酸亚铁的方法，其特征在于，步骤(1)中无机酸溶液和菱铁矿的液固比为1
‑
10：1。5.根据权利要求1所述的利用菱铁矿制备草酸亚铁的方法，其特征在于，步骤(2)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙维义，苏仕军，丁桑岚，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：