【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及磷酸鐵制備，特別涉及一種紅土鎳礦與磷礦短流程制備磷酸鐵的方法。
技術介紹
1、近年來，新能源汽車行業迅速崛起，鋰電池作為電動汽車的動力來源以及核心配件，擁有非常龐大的市場。而磷酸鐵鋰作為動力和儲能電池的正極儲能材料是各大新能源電池公司的重點研究對象，市場對于磷酸鐵鋰的需求也造就了磷酸鐵價格的水漲船高。目前制備磷酸鐵常用的方法包括銨法、鈉法、鐵法。但是這些方法都存在使用的原料，必須是較純的工業級的磷酸或磷酸鹽以及較純的鐵鹽產品，這就存在磷礦資源的提純工序、鐵資提純生產鐵鹽工序，造成磷酸鐵制備工藝流程長、工藝復雜、成本高等問題。
2、因此急需一種工藝簡潔、制造成本更低的合成磷酸鐵的新方法，有利于磷酸鐵鋰電池的普及及推廣應用。
技術實現思路
1、本專利技術提供一種紅土鎳礦與磷礦短流程制備磷酸鐵的方法，實現了從紅土鎳礦與磷礦采用硝酸浸出體系，減少了磷酸提純的原輔料成本，以及縮短了磷酸提純的工序直接合成二水磷酸鐵，同時使兩種礦種大量的有價元素都得到了資源化利用，工藝簡潔、生產成本低、工藝綠色低碳環保等，具有極大的社會經濟價值。
2、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、一種紅土鎳礦與磷礦短流程制備磷酸鐵的方法，包括以下步驟：
4、步驟s1、將紅土鎳礦與磷礦破碎混合，得到混合礦料；
5、步驟s2、將步驟s1得到的混合礦料與硝酸混合進行溶解，得到酸浸液和酸浸渣；酸浸液中主要元素為co、ni、fe、al、ca、m
6、步驟s3、將步驟s2得到的酸浸液進行水熱反應，得到粗制二水磷酸鐵和母液；水熱法又稱熱液法，是指在密閉溶液的壓力容器中，以水為溶劑，在高溫高壓的條件下進行的化學反應，離子比較容易按照化學計量反應，晶粒按照結晶習性生長，結晶生成純度高的結晶粉末。反應的主要方程式如下：
7、fe3+?+po43-?=?fepo4↓；
8、步驟s4、將步驟s3得到的粗制二水磷酸鐵加入磷酸水溶液進行洗滌陳化處理后，得到高純二水磷酸鐵和洗水，洗水返回步驟s2配酸后浸出混合礦料；經過水熱法后，磷酸鐵中還夾帶部分鐵、鋁、鈣、鎂、鈷、鎳等元素，其中鐵較其他元素更容易和磷酸發生親核反應，磷酸對鐵選擇性強，加入磷酸洗滌陳化，會使多余的鐵生成磷酸鐵，而未反應完全的其他元素則被洗水帶走。
9、步驟s5、向步驟s3得到的母液中加入單質鐵進行深度除磷，得到除磷后液與磷鐵渣，磷鐵渣作為磷源回用至步驟s1進行破碎混合；深度除磷過程中，加入鐵會使溶液ph短暫升高，生成氫氧化鐵沉淀。得到的磷鐵渣成分包括磷酸鐵、氫氧化鐵和少部分未反應完全的鐵單質。
10、步驟s6、將步驟s5中的除磷后液，采用分段加入氧化鎂，梯級沉淀分離方式，得到副產品及純凈的硝酸鎂溶液，硝酸鎂溶液進行蒸發濃縮、噴霧熱解，得到氮氧化物氣體與氧化鎂產品，氮氧化物氣體通過催化氧化合成得到硝酸循環使用。
11、優選地，步驟s1中，紅土鎳礦原料的主要化學成分包括：co?0.01～0.5wt%，ni?0.5～5.0wt%，fe?20～50wt%，al?3.0～8.0wt%，mn?1.0～3.0wt%，ca?0.06～0.07wt%，mg1～6wt%，cr?1.2～1.5wt%，si?1.0～8.0wt%，s?0.2%～2wt%，其余為不可避免的雜質。所述磷礦選自磷鎂礦、膠磷礦、磷鈣礦、磷鉀礦以及磷鐵渣、磷石膏中的一種或多種，主要化學成分包括：p:5%~32wt%,?ca?0~40wt%,?si?0~20?wt%,?al?0~10wt%,?mg?0~10?wt%,?fe?0~50wt%，其余為不可避免的雜質。
12、優選地，步驟s1中，破碎混合時間為1～5h，紅土鎳礦中鐵元素與磷礦中的磷元素的摩爾比為1～3:1；優選的破碎混合時間為3~5h，紅土鎳礦與磷源的質量比為1～2:1。
13、優選地，步驟s2中，酸浸的反應溫度為40～100℃，反應時間1～8h，液固質量比為2～6:1，酸礦比為1～2.5；優選的，酸浸反應溫度為60~100℃，反應時間2-6h，液固質量比為2~5:1，酸礦比為1.5～2.5。上述酸礦比的含義是硝酸與礦料中有效元素的摩爾比。如硝酸濃度過低會導致磷和鐵的浸出率低，濃度過高則會使混合礦料里面的硅和鈣溶解到酸浸液中。
14、優選地，步驟s3中，水熱反應溫度為80～150℃，反應時間0.5～2h；優選的，反應溫度為110~150℃，反應時間1~1.5h。
15、優選地，步驟s4中，洗滌時液固質量比為4~10:1，磷酸水溶液濃度為1%-10%，陳化時間為0.5~2h；優選的，液固質量比為5~10:1，磷酸水溶液濃度為1%-5%，陳化時間1~2h。洗水返回步驟s2配酸后作為硝酸，浸出混合礦料。
16、優選地，步驟s5中，所述單質鐵為鎳鐵合金、鐵粉、鐵屑中的一種或多種；反應溫度為80～170℃，反應時間0.5h~2h；優選的：反應溫度為80~150℃，反應時間1~2h。
17、優選地，步驟s6中，分段ph范圍為4~12，其中ph?5~6時得到的沉淀物為鋁渣，ph為6.5~8得到的沉淀物為鎳鈷渣，ph為8~12時得到的沉淀物為錳渣，通入二氧化碳得到碳酸鈣沉淀反應，溫度為45~65℃，反應時間0.5~1.5h，優選的，反應溫度為55~65℃，反應時間1~1.5h。
18、優選地，步驟s6中，所述副產品包括氫氧化鋁、氫氧化鎳鈷，錳富集物、碳酸鈣中的至少一種。
19、優選地，步驟s6中，將硝酸鎂溶液蒸發濃縮至溶液比重為1.3-1.42。噴霧熱解溫度為500～1000℃，優選為500~700℃。噴霧熱解得到的氮氧化合物進行催化氧化后合成硝酸，循環使用。
20、本專利技術提供的技術方案優點包括：
21、紅土鎳礦富含有各種稀有元素，包括鎳、鈷、鋁、鈧、錳，及大量的鐵元素資源。硝酸浸出紅土鎳礦具有浸出率高、浸出條件溫和，酸/堿輔料可循環再生利用等優點，是很有潛力的紅土鎳礦處理工藝方法。硝酸浸出液，加入堿性物質調節ph可分別將各稀有元素分離出來，其中硝酸浸液中的鐵元素，可作為磷酸鐵的原料利用；磷礦及含磷物料很容易采用硝酸常壓浸出，紅土鎳礦與磷礦采用硝酸浸出后，得到含有鐵、鎳、鈷、鉻、鈣、鎂、錳等元素的硝酸、磷酸混合溶液，經過調節控制體系的酸度/磷鐵比/溫度/時間等因素，水熱法合成二水磷酸鐵，再通過洗滌/陳化處理后，可以得到滿足電池材料要求的磷酸鐵產品要求。
22、該方法不僅將紅土鎳礦中的鐵元素得到了很好的利用，同時直接使用的磷礦/含磷物料作為磷源，同時實現了兩種礦中其他元素全部資源化利用，酸（硝酸）、堿（氧化鎂）得到循環使用。整體工藝成本低，流流程潔，同時紅土鎳礦及磷礦中的各有價元素都得到了資源化利用，生產成本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種紅土鎳礦與磷礦短流程制備磷酸鐵的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的紅土鎳礦與磷礦短流程制備磷酸鐵的方法，其特征在于，步驟S1中，紅土鎳礦原料的主要化學成分包括：Co?0.01～0.5wt%，Ni?0.5～5.0wt%，Fe?20～50wt%，Al?3.0～8.0wt%，Mn?1.0～3.0wt%，Ca?0.06～0.07wt%，Mg1～6wt%，Cr?1.2～1.5wt%，Si?1.0～8.0wt%，S?0.2%～2wt%，其余為不可避免的雜質；
3.根據權利要求1所述的紅土鎳礦與磷礦短流程制備磷酸鐵的方法，其特征在于，步驟S1中，破碎混合時間為1～5h，紅土鎳礦中鐵元素與磷礦中的磷元素的摩爾比為1～3:1。
4.根據權利要求1所述的紅土鎳礦與磷礦短流程制備磷酸鐵的方法，其特征在于，步驟S2中，酸浸的反應溫度為40～100℃，反應時間1～8h，液固質量比為2～6:1，酸礦比為1～2.5。
5.根據權利要求1所述的紅土鎳礦與磷礦短流程制備磷酸鐵的方法，其特征在于，步驟S3中，水熱反應溫度為80～150℃
6.根據權利要求1所述的紅土鎳礦與磷礦短流程制備磷酸鐵的方法，其特征在于，步驟S4中，洗滌時液固質量比為4~10:1，磷酸水溶液濃度為1%-10%，陳化時間為0.5~2h。
7.根據權利要求1所述的紅土鎳礦與磷礦短流程制備磷酸鐵的方法，其特征在于，步驟S5中，所述單質鐵為鎳鐵合金、鐵粉、鐵屑中的一種或多種；反應溫度為80～170℃，反應時間0.5h~2h。
8.根據權利要求1所述的紅土鎳礦與磷礦短流程制備磷酸鐵的方法，其特征在于，步驟S6中，分段pH范圍為4~12，其中pH?5~6時得到的沉淀物為鋁渣，pH為6.5~8得到的沉淀物為鎳鈷渣，pH為8~12時得到的沉淀物為錳渣，通入二氧化碳得到碳酸鈣沉淀反應，溫度為45~65℃，反應時間0.5~1.5h。
9.根據權利要求1所述的紅土鎳礦與磷礦短流程制備磷酸鐵的方法，其特征在于，步驟S6中，所述副產品包括氫氧化鋁、氫氧化鎳鈷，錳富集物、碳酸鈣中的至少一種。
10.根據權利要求1所述的紅土鎳礦與磷礦短流程制備磷酸鐵的方法，其特征在于，步驟S6中，將硝酸鎂溶液蒸發濃縮至溶液比重為1.3-1.42；噴霧熱解溫度為500～1000℃；噴霧熱解得到的氮氧化合物進行催化氧化后合成硝酸，循環使用。
...【技術特征摘要】
1.一種紅土鎳礦與磷礦短流程制備磷酸鐵的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的紅土鎳礦與磷礦短流程制備磷酸鐵的方法，其特征在于，步驟s1中，紅土鎳礦原料的主要化學成分包括：co?0.01～0.5wt%，ni?0.5～5.0wt%，fe?20～50wt%，al?3.0～8.0wt%，mn?1.0～3.0wt%，ca?0.06～0.07wt%，mg1～6wt%，cr?1.2～1.5wt%，si?1.0～8.0wt%，s?0.2%～2wt%，其余為不可避免的雜質；
3.根據權利要求1所述的紅土鎳礦與磷礦短流程制備磷酸鐵的方法，其特征在于，步驟s1中，破碎混合時間為1～5h，紅土鎳礦中鐵元素與磷礦中的磷元素的摩爾比為1～3:1。
4.根據權利要求1所述的紅土鎳礦與磷礦短流程制備磷酸鐵的方法，其特征在于，步驟s2中，酸浸的反應溫度為40～100℃，反應時間1～8h，液固質量比為2～6:1，酸礦比為1～2.5。
5.根據權利要求1所述的紅土鎳礦與磷礦短流程制備磷酸鐵的方法，其特征在于，步驟s3中，水熱反應溫度為80～150℃，反應時間0.5～2h。
6.根據權利要求1所述的紅土鎳礦...
【專利技術屬性】
技術研發人員：彭昌煒，陸寬偉，但勇，趙頂，何永，高波，趙林，馬林，
申請(專利權)人：四川順應動力電池材料有限公司，
類型：發明
國別省市：
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