一种镍铁水和电池黑粉联合处理制备三元前躯体的方法技术

本发明专利技术公开了一种镍铁水和电池黑粉联合处理制备三元前驱体的方法，该方法是将电池黑粉溶于稀酸中，得到黑粉溶液；将镍铁水经过硫化后，缓慢加入至所述黑粉溶液中，并加入酸液进行浸出，浸出过程中采用电池黑粉和

【技术实现步骤摘要】
一种镍铁水和电池黑粉联合处理制备三元前躯体的方法


[0001]本专利技术涉及一种镍铁水和电池黑粉联合处理的方法，具体涉及一种镍铁水和电池黑粉联合处理制备三元前躯体的方法，属于三元前躯体合成领域
。

技术介绍

[0002]红土矿的处理工艺有着火法和湿法两种
。
就火法冶炼工艺而言
,
目前世界范围内的主流工艺是
:
回转窑焙烧
——
电炉熔炼
(RKEF
法
)
，也有冶炼厂采用回转窑直接还原法
,
还有采用直流电弧炉熔炼的中试厂
。
[0003]红土镍矿火法冶炼的产品是镍铁，镍铁硫化后形成镍锍
。
我国冶炼镍铁的工艺形式主要有高炉熔炼和电弧炉熔炼两种
。
高炉熔炼所得的镍铁合金一般品位较低
,
采用高炉熔炼能够生产含镍8％左右的镍铁合金；电弧炉熔炼得到的合金品位较高
,
一般含镍在
10
％以上
。
目前国内大部分工厂是将品位8～
10
％的镍铁水用于生产不锈钢，然而由于镍铁水生产不锈钢产品能耗高，且杂质多
、
质量波动大
、
产品利润低，没有对镍铁水中高价值的镍进行有效的利用
。
[0004]镍钴锰三元前躯体材料是目前电池行业热门的材料，且市场价格一直高居不下
。
电池回收行业用电池黑粉浸出镍钴锰，湿法冶金制备镍钴锰三元前躯体材料
。
如中国专利
CN112646976 B
，利用废锂离子电池黑粉与硫化镍钴矿协同浸出镍钴锰黑粉，浸出过程中要消耗大量的还原剂和助浸剂，且加热过程消耗大量的燃料成本，加热时间漫长，效率低下
。
部分电池黑粉镍品位低下，浸出完成后还需要额外添加镍源以生产高镍前驱体，且另外添加的硫化镍钴矿不仅增加了生产成本，所得到的浸出液中杂质高，从而导致后续前驱体的合成过程中分离杂质的难度高
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中镍铁水的镍无法有效利用和电池黑粉浸出镍钴锰制备镍钴锰三元前驱体过程中能耗高
、
难以直接得到高纯高镍前驱体等问题，本专利技术的目的是在于提供一种镍铁水和电池黑粉联合处理制备三元前驱体的方法
。
该方法将火法冶金和湿法冶金相结合，利用湿法冶金提取出火法冶金中镍铁水中高价值的镍，提高了体系镍品位；而火法冶金又为湿法冶金提供反应所需热能，减少能耗
。
同时，原位生成的镍锍为高冰镍，高冰镍中较高的镍含量可以用于制备高镍三元前驱体，同时镍的纯度高，镍的化合价均为
+2
价，没有其他杂质影响，生产的前驱体粒径小且均匀，比表面积更大
。
[0006]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种镍铁水和电池黑粉联合处理制备三元前驱体的方法，该方法是将电池黑粉溶于稀酸中，得到黑粉溶液；将镍铁水经过硫化后，缓慢加入至所述黑粉溶液中，并加入酸液进行浸出，浸出过程中采用电池黑粉和
/
或黑粉浸出渣调控浸出终点的
pH
，待浸出完成后，进行水解除杂，再经过调节镍钴锰比后，通过水解共沉淀得到镍钴锰三元前驱体
。
[0007]本专利技术技术方案巧妙的结合火法冶金和湿法冶金相互之间的优点，直接用湿法冶
金提取出火法冶金中镍铁水中的镍，镍铁水补充了额外的镍源，为品位低的电池黑粉生产高镍三元前驱体提供了保障，对镍铁水中高价值的镍进行了更有效的利用，相对现有技术省去后续镍铁合金分离镍的复杂操作，同时火法冶金产生的高温镍铁水，可以为浸出过程提供热量，减少加热成本，且加热时间更快效率更高
。
本专利技术的关键在于首先利用硫源硫化镍铁水原位生成镍锍，该镍锍为高冰镍，含镍量为
26
％左右且纯度高，不仅可以使得制备的三元前驱体的粒径更加均匀
、
增大三元前驱体的比表面积，同时由于其高纯度也不会为三元前驱体中引入杂质
。
而通过先将电池黑粉采用弱酸性溶液溶解再加入硫化后的高温镍铁水，可以起到缓冲作用，防止溶液发生爆沸现象，从而有利于电池黑粉中的镍钴锰在热酸溶液中浸出形成硫酸盐及镍铁水中的镍溶解成硫酸盐
。
而本专利技术的硫源刚开始作为氧化剂硫化镍铁，遇酸生成硫化氢，又作为还原剂来还原黑粉，既提供了氧化剂又提供了还原剂，无需另外加入常规的过氧化氢或二氧化硫等还原剂，将电池黑粉中的镍钴锰还原成二价，既能节省辅料成本，又能加速反应的进行直接得到高纯高镍三元前驱体
。
[0008]作为一种优选的方案，所述电池黑粉为废旧镍钴锰三元电池正极材料黑粉，其含镍量为5～
30
％，含钴量为1～
10
％，含锰量为1～
10
％
。
进一步优选，所述黑粉含镍量
18
～
25
％
。
电池黑粉中含镍量过低则说明黑粉品质过低，无法满足浸出要求；黑粉含镍量太高则对应钴和锰的含量相对偏低，需要额外补充钴源和锰源增加成本
。
[0009]作为一种优选的方案，所述电池黑粉浸出渣为浸出过程中的残次品，不如电池黑粉中的镍钴锰金属品位高
。
[0010]作为一种优选的方案，所述镍铁水为火法冶金生产的温度为
1300
～
1500℃
高温镍铁水，含镍量为5～
15
％；进一步优选，所述镍铁水含镍量9～
12
％
。
该品位的含镍量正好满足了黑粉中镍源的补充需求，过低则镍源含量不够，过高则镍源过剩，需要额外的钴源和锰源以补充镍钴锰比例
。
且温度为
1300
～
1500℃
的高温镍铁水可以让反应无需加热，既有效利用了热能减少了能耗，又可以使得反应速率为正常速率的两倍
。
[0011]作为一种优选的方案，所述黑粉溶液的
pH
范围为2～4，固液比为
1kg:5
～
10L
；进一步优选，所述黑粉溶液的
pH
范围为
2.5
～
3.5。
通过加入稀酸是为了初步溶解电池黑粉，起到缓冲的作用，防止电池黑粉直接加入高温镍铁水中引起爆沸，从而引起镍钴锰的损失和安全隐患
。
[0012]作为一个优选的方案，本专利技术所采用稀酸为稀硫酸
。
[0013]作为一种优选的方案，所述黑粉溶液中电池黑粉和镍铁水的质量比为
(1
～
10)
：
1。
进一步优选，所述黑粉溶液中电池黑粉和镍铁水的质量比为
(5
～
8)
：
1。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种镍铁水和电池黑粉联合处理制备三元前驱体的方法，其特征在于：将电池黑粉溶于稀酸中，得到黑粉溶液；将镍铁水经过硫化后，缓慢加入至所述黑粉溶液中，并加入酸液进行浸出，浸出过程中采用电池黑粉和
/
或电池黑粉浸出渣调控浸出终点的
pH
，待浸出完成后，进行水解除杂，再经过调节镍钴锰比后，通过水解共沉淀得到镍钴锰三元前驱体
。2.
根据权利要求1所述的一种镍铁水和电池黑粉联合处理制备三元前驱体的方法，其特征在于：所述电池黑粉为废旧镍钴锰三元电池正极材料黑粉，其含镍量为5～
30
％，含钴量为1～
10
％，含锰量为1～
10
％；所述镍铁水为火法冶金生产的温度为
1300
～
1500℃
高温镍铁水，含镍量为5～
15
％
。3.
根据权利要求1或2所述的一种镍铁水和电池黑粉联合处理制备三元前驱体的方法，其特征在于：所述黑粉溶液的
pH
范围为2～4，固液比为
1kg:5
～
10L。4.
根据权利要求3所述的一种镍铁水和电池黑粉联合处理制备三元前驱体的方法，其特征在于：所述黑粉溶液中电池黑粉和镍铁水的质量比为
(1
～
10)
：

【专利技术属性】
技术研发人员：徐济康，张正勇，
申请(专利权)人：宁波力勤资源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：