一种利用硫铁矿烧渣制备氧化铁的方法及其应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种利用硫铁矿烧渣制备氧化铁的方法及其应用。所述利用硫铁矿烧渣制备氧化铁的方法包括：硫铁矿烧渣和硫酸溶液混合进行预处理，然后固液分离，得到预处理硫铁矿烧渣；预处理硫铁矿烧渣和硫酸溶液混合进行酸浸，得到含铁料浆；含铁料浆与水混合稀释后，向其中加入金属铁并反应，然后调节pH，再固液分离，得到硫酸亚铁溶液；硫酸亚铁溶液、硫酸溶液和氧化剂混合并进行氧化反应后，得到硫酸铁溶液；将硫酸铁溶液加入水中水解，然后固液分离，得到FeOOH沉淀；FeOOH沉淀经烧结后，得到氧化铁。该方法可将硫铁矿烧渣中的铁资源回收利用，不会引入氯离子和氟离子，制得的氧化铁的纯度高。制得的氧化铁的纯度高。制得的氧化铁的纯度高。

【技术实现步骤摘要】
一种利用硫铁矿烧渣制备氧化铁的方法及其应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体而言，涉及一种利用硫铁矿烧渣制备氧化铁的方法及其应用。

技术介绍

[0002]硫铁矿烧渣是指用硫铁矿通过沸腾焙烧生产硫酸过程中产生的一种工业废渣，主要成分为铁氧化物，硅酸盐，硫酸盐等，Fe含量一般为30％～50％。每生产1t硫酸约产生1t烧渣，我国硫酸生产过程每年硫铁矿烧渣排放1000万吨以上。硫铁矿烧渣因其铁含量较高，具有较高的回收价值。目前，我国硫铁矿烧渣利用率低，导致大部分烧渣长期堆存，不仅污染环境，还造成大量的资源浪费。
[0003]近年来，我国储能市场规模稳步增长，2021年新型储能市场产业规模为550亿元，预计2022年产业规模将超千亿，2024年将达到2890.7亿元。其中锂离子电池因循环性能好，能量密度高，倍率性能强等优势在储能市场占据绝对的优势地位，2021年锂电储能装机路线占比超过90％。磷酸铁锂作为电化学储能的主要原材料，市场需求也在持续增加。
[0004]现今工业生产磷酸铁锂路线主要有：磷酸铁路线，氧化铁红路线，以及草酸亚铁路线等。磷酸铁路线因其作为前驱体能同时提供铁源和磷源，同时磷酸铁结构与磷酸铁锂接近，成为目前市场上主流的磷酸铁锂合成路线，但是此路线存在磷酸铁成本较高的问题，目前主要用于动力型磷酸铁锂生产。氧化铁红路线因具有铁源成本低、制备磷酸铁锂工艺绿色环保的优点，主要作为储能型磷酸铁锂生产。草酸亚铁路线因成本较高、废气量大等缺点，已逐渐被市场淘汰。
[0005]例如，专利CN 104109756B中公布了一种高纯氧化铁红湿火一体法装置及高纯氧化铁红的制备方法，其采用的浸出酸为盐酸，且除杂剂选用为氟化铵，此工艺路线引入了大量的氯离子和氟离子，对设备防腐要求远高于硫酸根离子，工业化难度较大。
[0006]专利CN 105523588A中公布了一种制备高纯氧化铁红的方法，其去除了Ca、Al、Mg杂质，但未对硫铁矿烧渣中Zn杂质和As杂质进行去除，制备的铁红产品中存在Zn，As超标的风险。同时，其采用碳酸氢铵作为沉淀剂时，生成的碳酸亚铁煅烧过程中产生大量的二氧化碳气体不利于煅烧过程中二价铁的氧化。
[0007]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0008]本专利技术的第一目的在于提供一种利用硫铁矿烧渣制备氧化铁的方法，使用硫铁矿烧渣作为原料，将硫铁矿烧渣中的铁资源回收利用，有利于环境保护；且该方法不会引入氯离子和氟离子，对设备要求低。另外，该方法可以有效去除硫铁矿烧渣中Zn杂质和As杂质，制得的氧化铁的纯度高。
[0009]本专利技术的第二目的在于提供一种磷酸铁锂的制备方法。
[0010]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供了一种利用硫铁矿烧渣制备氧化铁的方法，包括如下步骤：
[0012](a)、硫铁矿烧渣和质量分数≤15％的硫酸溶液混合进行预处理，去除As杂质和Zn杂质，然后固液分离，得到预处理硫铁矿烧渣(固体物料)；其中，所述硫酸溶液的质量分数包括但不限于15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％、5％中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
[0013]其中，所述硫铁矿烧渣包括采用硫铁矿生产硫酸过程中所产生的废渣，所述硫铁矿烧渣的主要成分包括铁的氧化物(主要是三氧化二铁和四氧化三铁)，以及，As杂质元素、Zn杂质元素、Cu杂质元素、Al杂质元素和Ti杂质元素等，但不限于此。
[0014]在所述预处理的过程中，混合体系中的氢离子浓度较低，这样既可以溶解硫铁矿烧渣中的绝大部分Zn杂质和As杂质，以及，部分Cu杂质和Al杂质；也能够保证铁的氧化物不发生浸出反应，而保留在预处理硫铁矿烧渣中。
[0015]因此，经过预处理和固液分离后，可以溶解、分离出硫铁矿烧渣中的绝大部分Zn杂质和As杂质，使其与铁的氧化物分离。经检测，在所述预处理的过程中，Zn杂质以及As杂质的去除率均在98％以上。
[0016]此外，本专利技术通过采用硫酸作为酸溶液，不仅可以避免因采用盐酸导致的对设备防腐要求高、工业难度大的问题，而且可以避免因采用硝酸导致的易产生氮氧化物而不利于保护环境的问题。
[0017]步骤(a)中所涉及的反应方程式包括：
[0018]2FeAsO4+3H2SO4→
Fe2(SO4)3+2H3AsO4；
[0019]Zn3(AsO4)2+3H2SO4→
3ZnSO4+2H3AsO4；
[0020]Cu3(AsO4)2+3H2SO4→
3CuSO4+2H3AsO4。
[0021]在本专利技术一些具体的实施方式中，所述硫铁矿烧渣中的铁元素的质量分数为50％～65％。
[0022](b)、将步骤(a)中得到的所述预处理硫铁矿烧渣和质量分数≥30％的硫酸溶液混合并进行酸浸，进行提铁，得到含铁料浆。其中，所述硫酸溶液的质量分数包括但不限于35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
[0023]其中，所述预处理硫铁矿烧渣的主要成分包括铁的氧化物(主要是三氧化二铁和四氧化三铁)和少量的Cu、Al和Ti杂质元素。
[0024]通过酸浸，将铁的氧化物溶解，可得到主要成分为硫酸亚铁和硫酸铁并含有部分杂质(Cu、Al和Ti元素)的含铁料浆。
[0025](c)、将步骤(b)中得到的所述含铁料浆与水混合稀释后，向其中加入金属铁(铁单质)并反应，待反应完成后调节体系(混合物料)的pH，去除Cu杂质元素、Al杂质元素和Ti杂质元素，再固液分离，得到(精制)硫酸亚铁溶液(液体物料)。
[0026]所述稀释的目的是防止硫酸亚铁结晶。
[0027]加入金属铁后，单质铁会与三价铁反应生成二价铁。便于后续调节pH，以去除Cu、Al和Ti杂质。
[0028]并且，单质铁会与铜离子反应而置换出单质铜。
[0029]在本专利技术一些具体的实施方式中，加入碱调节所述pH。所述碱例如包括氢氧化钠、
氢氧化钾和氨水等，但不限于此。
[0030]步骤(c)中所涉及的反应方程式包括：
[0031]2Fe
3+
+Fe
→
3Fe
2+
；
[0032]Fe+Cu
2+
→
Cu+Fe
2+
；
[0033]Al
3+
+3OH
‑
→
Al(OH)3；
[0034]Ti
4+
+3H2O
→
TiO(OH)2+4H
+
。
[0035]上述产生的单质铜、氢氧化铝和偏钛酸可通过固液分离后去除。
[0036](d)、将步骤(c)中得到的所述硫酸亚铁溶液、硫酸溶液和氧化剂混合并进行氧化反应后，得到硫酸铁溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用硫铁矿烧渣制备氧化铁的方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)、硫铁矿烧渣和质量分数≤15％的硫酸溶液混合进行预处理，去除As杂质和Zn杂质，然后固液分离，得到预处理硫铁矿烧渣；其中，所述硫铁矿烧渣包括采用硫铁矿生产硫酸过程中所产生的废渣，所述硫铁矿烧渣的主要成分包括铁的氧化物以及As、Zn、Cu、Al和Ti杂质元素；(b)、所述预处理硫铁矿烧渣和质量分数≥30％的硫酸溶液混合并进行酸浸，得到含铁料浆；(c)、所述含铁料浆与水混合稀释后，向其中加入金属铁并反应，然后调节pH，去除Cu、Al和Ti杂质，再固液分离，得到硫酸亚铁溶液；(d)、所述硫酸亚铁溶液、硫酸溶液和氧化剂混合并进行氧化反应后，得到硫酸铁溶液；(e)、将所述硫酸铁溶液加入水中，进行水解，然后固液分离，得到FeOOH沉淀；所述FeOOH沉淀经烧结后，得到氧化铁。2.根据权利要求1所述的利用硫铁矿烧渣制备氧化铁的方法，其特征在于，步骤(a)中，所述硫酸溶液的体积与所述硫铁矿烧渣的质量之比为3～6：1；优选地，步骤(a)中，所述硫酸溶液的质量分数为10％～15％；优选地，步骤(a)中，所述预处理的过程中，混合物料的温度为60～90℃；优选地，步骤(a)中，所述预处理的时间为0.5～3h。3.根据权利要求1所述的利用硫铁矿烧渣制备氧化铁的方法，其特征在于，步骤(b)中，所述硫酸溶液的质量与所述预处理硫铁矿烧渣的质量之比为6～10：1；优选地，步骤(b)中，所述硫酸溶液的质量分数为30％～50％；优选地，步骤(b)中，所述酸浸的过程中，混合物料的温度为85～95℃；优选地，步骤(b)中，所述酸浸的时间为3～6h。4.根据权利要求1所述的利用硫铁矿烧渣制备氧化铁的方法，其特征在于，步骤(c)中，所述含铁料浆和所述水的质量比为1：0.8～1.5；优选...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐善皖，郭米艳，张伟，
申请(专利权)人：湖北虹润高科新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：