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從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法

2849   編輯:吉利娜   來源:廣西銀億高新技術研發有限公司  
2022-04-20 16:33:26

權利要求

1.從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法,其特征在于,包括以下步驟: (1)取鎳鐵合金,先加入蒸餾水,再加入硫酸進行攪拌浸出,得到硫酸鎳和硫酸亞鐵混合浸出液和浸出渣; (2)將步驟(1)的混合浸出液進行蒸發結晶,過濾,得到六水硫酸鎳和七水硫酸亞鐵混合結晶,以及結晶后液; (3)向步驟(2)的混合結晶中加入助劑,攪拌均勻后進行焙燒,得到結晶焙燒熟料; (4)向步驟(3)的結晶焙燒熟料中加入蒸餾水進行攪拌溶出,過濾得到硫酸鎳溶液和氧化鐵渣。2.根據權利要求1所述的從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法,其特征在于,所述步驟(1)中,蒸餾水和鎳鐵合金的液固比為5~20:1,浸出方式為常溫堆浸或25~100℃水浴加熱攪拌浸出。 3.根據權利要求1所述的從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法,其特征在于,所述步驟(1)還包括:浸出渣用蒸餾水反復洗滌,過濾后洗液返回鎳鐵浸出段用于鎳鐵合金的浸出。 4.根據權利要求1所述的從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法,其特征在于,步驟(2)中,所述蒸發為加熱減壓蒸發或加熱常壓蒸發,所述結晶后液返回鎳鐵浸出段用于鎳鐵合金的浸出。 5.根據權利要求1所述的從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法,其特征在于,步驟(3)中,所述助劑為硫酸鹽。 6.根據權利要求5所述的從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法,其特征在于,步驟(3)中,所述硫酸鹽的用量為所述混合結晶重量的5-10%。 7.根據權利要求1所述的從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法,其特征在于,步驟(3)中,所述助劑為硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸銨中的或兩種以上混合物。 8.根據權利要求1所述的從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法,其特征在于,步驟(3)中,所述焙燒溫度為500~800℃,焙燒時間為1~5h。 9.根據權利要求1所述的從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法,其特征在于,步驟(4)中,蒸餾水與結晶焙燒熟料以液固比1~10:1混合,在25~100℃溫度下攪拌浸出0.5~3h,過濾后得到硫酸鎳溶液和氧化鐵渣,氧化鐵渣用蒸餾水反復洗滌,洗液返回結晶熟料溶出段用于結晶焙燒熟料的溶出。

說明書

從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法

技術領域

本發明屬于濕法冶金技術領域,具體涉及從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法。

背景技術

近年來,隨著印尼禁礦政策的實施,我國紅土鎳礦進口量明顯下降,鎳原料短缺、產能逐漸出現供應不足的現象。就目前市場分析來看,隨著國內鋰電產業鏈的快速壯大,部分企業存在原材料供應無法保障的問題,布局上游金屬資源成為三元正極/前驅體行業的趨勢。三元正極材料的上游為鎳、鈷、鋰等金屬資源,其為構成正極的直接材料,占正極總成本約90%?,F今受下游新能源汽車銷量終端的拉動,對于鎳等金屬資源的需求量呈上升趨勢,鎳原材料掣肘,開發新的鎳原料來源,是整個電池行業急需解決的問題。

從成本上看,相比價格昂貴的單質鎳,鎳鐵合金不僅供應豐富,而且價格較低,但因其含有大量的鐵雜質,鎳鐵的化學性質相近,分離較為困難,需要消耗大量的輔料,技術上一直沒有很好的突破。對于高鎳鐵含量的鎳鐵合金,采用濕法分離和提取鎳鐵的技術方法一直在不斷研究中。

相關技術公開了使用硫酸對鎳鐵合金進行酸溶,得到鎳鐵濃度較高的酸性鎳鐵溶液后,使用鐵粉將溶液中的鎳離子置換為海綿鎳,同時得到的沉鎳母液經過氧化后生成氫氧化鐵渣;海綿鎳經過酸溶、除雜、蒸發結晶,得到電池級硫酸鎳晶體。此工藝需要加入大量的鐵粉、氧化劑等輔料,成本高,置換效率低,生成的氫氧化鐵渣過濾困難。

在有色冶金領域,公開了一種粗制鎳鐵合金的回收方法和應用,粗制鎳鐵合金經過破碎、球磨,加入銨鹽和氨水混合攪拌,升溫加壓進行氨浸反應,過濾,即得鎳絡合物浸出液和鐵渣;在鐵渣中加入還原劑,進行還原焙燒,得到鐵精礦;在鎳絡合物浸出液中調pH至堿性反應,加熱蒸氨后可直接得到高價值的Ⅰ類六水硫酸鎳和高品位可出售的精鐵粉。此方法能得到高品質產品,但過程技術較為復雜,高壓酸浸能耗較高,加入輔料多,成本高。

發明內容

本發明的目的就是針對上述現有技術的不足,提供一種從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法,該方法通過使用硫酸對鎳鐵合金進行浸出,得到混合浸出液進行蒸發結晶,得到混合結晶后加入一定量的助劑,混合均勻后進一步焙燒溶出硫酸鎳,硫酸亞鐵氧化分解生成氧化鐵留在渣中,從而實現了鎳鐵合金中鎳和鐵的高效分離。

為達到上述目的,本發明是通過以下技術方案實現的:

一種從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法,包括以下步驟:

(1)取鎳鐵合金,先加入蒸餾水,再加入硫酸進行攪拌浸出,得到硫酸鎳和硫酸亞鐵混合浸出液和浸出渣;

(2)將步驟(1)的混合浸出液進行蒸發結晶,過濾,得到六水硫酸鎳和七水硫酸亞鐵混合結晶,以及結晶后液;

(3)向步驟(2)的混合結晶中加入助劑,攪拌均勻后進行焙燒,得到結晶焙燒熟料;

(4)向步驟(3)的結晶焙燒熟料中加入蒸餾水進行攪拌溶出,過濾得到硫酸鎳溶液和氧化鐵渣。

進一步地,所述步驟(1)中,蒸餾水和鎳鐵合金的液固比為5~20:1,浸出方式為常溫堆浸或25~100℃水浴加熱攪拌浸出。

進一步地,所述步驟(1)還包括:浸出渣用蒸餾水反復洗滌,過濾后洗液返回鎳鐵浸出段用于鎳鐵合金的浸出。

進一步地,步驟(2)中,所述蒸發為加熱減壓蒸發或加熱常壓蒸發,所述結晶后液返回鎳鐵浸出段用于鎳鐵合金的浸出。

進一步地,步驟(3)中,所述助劑為硫酸鹽,優選為金屬(Me)硫酸鹽,硫酸鎳和硫酸亞鐵混合結晶在高溫焙燒時,加入硫酸鹽起到催化劑的作用,硫酸鹽的作用機理源于MeS 27的生成,促進了SO 3從Fe 2(SO 43向MeO的轉移,伴隨著MeS 27的合成及分解,起到了SO 3緩沖池的作用,對提高SO 3利用率起到積極的作用。同時,在一定的高溫焙燒過程中,MeSO 4和NiSO 4能形成固溶體,從而提高鎳的溶出率。

其中涉及的反應方程式如下:

優選地,步驟(3)中,所述硫酸鹽的用量為所述混合結晶重量的5-10%。

更優選地,步驟(3)中,所述助劑為硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸銨中的一種或兩種以上混合物。

進一步地,步驟(3)中,所述焙燒溫度為500~800℃,焙燒時間為1~5h。

進一步地,步驟(4)中,蒸餾水與結晶焙燒熟料以液固比1~10:1混合,在25~100℃溫度下攪拌浸出0.5~3h,過濾后得到硫酸鎳溶液和氧化鐵渣,氧化鐵渣用蒸餾水反復洗滌,洗液返回結晶熟料溶出段用于結晶焙燒熟料的溶出。

本發明中,所述液固比為液體體積與固體質量的比值,單位為ml/g。

由于采用上述技術方案,本發明的有益效果為:

本發明提供了一種從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法,全程添加輔料只有蒸餾水、硫酸和助劑,工藝簡單,操作方便,易于實現工業化;鎳回收率高,達到98%以上;由于助劑的加入,使得結晶焙燒段硫酸亞鐵分解更充分,且硫酸鎳基本不分解,鎳鐵分離效率高,結晶熟料溶出液中鎳、鐵濃度比達到100:1以上。

具體實施方式

下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例,而不是全部的實施例?;诒景l明中的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發明保護的范圍。

實施例1

一種從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法,包括以下步驟:

(1)稱200g鎳鐵合金(Ni:37.32%,Fe:60.45%),按液固比10:1加入蒸餾水,再加入鎳、鐵理論耗酸量1.2倍濃硫酸,98℃水浴加熱攪拌反應8h,攪拌速率為300r/min;反應結束后過濾,得到鎳鐵浸出液、洗液和濾渣,洗液返回浸出段補水,浸出段Ni浸出率為99.15%,Fe浸出率為99.28%;

(2)將步驟(1)得到的浸出液進行減壓蒸發結晶,得到硫酸鎳和硫酸亞鐵混合結晶,以及結晶后液,結晶后液可返回鎳鐵浸出段用于鎳鐵合金的浸出;

(3)往步驟(2)得到的混合結晶中加入10%的硫酸鈉,混合均勻后在650℃條件下焙燒4h,得到結晶焙燒熟料;

(4)將步驟(3)得到的結晶焙燒熟料按液固比5:1加入蒸餾水,在90℃水浴條件下攪拌溶出1h,過濾,得到硫酸鎳溶出液和氧化鐵渣,氧化鐵渣用蒸餾水按液固比3:1洗滌三次,洗液可返回結晶熟料溶出段用于結晶焙燒熟料的溶出。

經測定,步驟(4)得到的硫酸鎳溶出液中Ni濃度為28.43g/l,Fe濃度為0.15g/l,溶出液中Ni/Fe=189.5;Ni溶出率為98.53%,Fe溶出率為0.17%。

實施例2

一種從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法,包括以下步驟:

(1)稱200g鎳鐵合金(Ni:37.32%,Fe:60.45%),按液固比5:1加入蒸餾水,再加入鎳、鐵理論耗酸量1.1倍濃硫酸,25℃攪拌反應10h,攪拌速率為300r/min;反應結束后過濾,得到鎳鐵浸出液、洗液和濾渣,洗液返回浸出段補水,浸出段Ni浸出率為98.16%,Fe浸出率為98.78%;

(2)將步驟(1)得到的浸出液蒸發結晶,得到硫酸鎳和硫酸亞鐵混合結晶,以及結晶后液,結晶后液可返回鎳鐵浸出段用于鎳鐵合金的浸出;

(3)往步驟(2)得到的混合結晶中加入5%的硫酸鉀,混合均勻后在600℃條件下焙燒1h,得到結晶焙燒熟料;

(4)將步驟(3)得到的結晶焙燒熟料按液固比2:1加入蒸餾水,在90℃條件下攪拌溶出0.5h,過濾,得到硫酸鎳溶出液和氧化鐵渣,氧化鐵渣用蒸餾水按液固比3:1洗滌三次,洗液可返回結晶熟料溶出段用于結晶焙燒熟料的溶出。

經測定,步驟(4)得到的硫酸鎳溶出液中Ni濃度為71.3g/l,Fe濃度為0.59g/l,溶出液中Ni/Fe=120.8;Ni溶出率為98.21%,Fe溶出率為0.2%。

實施例3

一種從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法,包括以下步驟:

(1)稱200g鎳鐵合金(Ni:37.32%,Fe:60.45%),按液固比20:1加入蒸餾水,再加入鎳、鐵理論耗酸量1.3倍濃硫酸,98℃攪拌反應12h,攪拌速率為300r/min;反應結束后過濾,得到鎳鐵浸出液、洗液和濾渣,洗液返回浸出段補水,浸出段Ni浸出率為99.42%,Fe浸出率為99.37%;

(2)將步驟(1)得到的浸出液蒸發結晶,得到硫酸鎳和硫酸亞鐵混合結晶,以及結晶后液,結晶后液可返回鎳鐵浸出段用于鎳鐵合金的浸出;

(3)往步驟(2)得到的混合結晶中加入8%的硫酸鎂,混合均勻后在800℃條件下焙燒5h,得到結晶焙燒熟料;

(4)將步驟(3)得到的結晶焙燒熟料按液固比10:1加入蒸餾水,在25℃條件下攪拌溶出3h,過濾,得到硫酸鎳溶出液和氧化鐵渣,氧化鐵渣用蒸餾水按液固比3:1洗滌三次,洗液可返回結晶熟料溶出段用于結晶焙燒熟料的溶出。

經測定,步驟(4)得到的硫酸鎳溶出液中Ni濃度為14.56g/l,Fe濃度為0.12g/l,溶出液中Ni/Fe=121.3;Ni溶出率為98.51%,Fe溶出率為0.18%。

實施例4

一種從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法,包括以下步驟:

(1)稱200g鎳鐵合金(Ni:37.32%,Fe:60.45%),按液固比10:1加入蒸餾水,再加入鎳、鐵理論耗酸量1.2倍濃硫酸,98℃攪拌反應12h,攪拌速率為300r/min;反應結束后過濾,得到鎳鐵浸出液、洗液和濾渣,洗液返回浸出段補水,浸出段Ni浸出率為99.12%,Fe浸出率為99.10%;

(2)將步驟(1)得到的浸出液蒸發結晶,得到硫酸鎳和硫酸亞鐵混合結晶,以及結晶后液,結晶后液可返回鎳鐵浸出段用于鎳鐵合金的浸出;

(3)往步驟(2)得到的混合結晶中加入10%的硫酸銨,混合均勻后在620℃條件下焙燒2h,得到結晶焙燒熟料;

(4)將步驟(3)得到的結晶焙燒熟料按液固比5:1加入蒸餾水,在90℃條件下攪拌溶出1h,過濾,得到硫酸鎳溶出液和氧化鐵渣,氧化鐵渣用蒸餾水按液固比3:1洗滌三次,洗液可返回結晶熟料溶出段用于結晶焙燒熟料的溶出。

經測定,步驟(4)得到的硫酸鎳溶出液中Ni濃度為27.62g/l,Fe濃度為0.27g/l,溶出液中Ni/Fe=101;Ni溶出率為98.12%,Fe溶出率為0.23%。

實施例5

一種從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法,包括以下步驟:

(1)稱200g鎳鐵合金(Ni:37.32%,Fe:60.45%),按液固比10:1加入蒸餾水,再加入鎳、鐵理論耗酸量1.2倍濃硫酸,98℃攪拌反應12h,攪拌速率為300r/min;反應結束后過濾,得到鎳鐵浸出液、洗液和濾渣,洗液返回浸出段補水,浸出段Ni浸出率為99.13%,Fe浸出率為99.34%;

(2)將步驟(1)得到的浸出液蒸發結晶,得到硫酸鎳和硫酸亞鐵混合結晶,以及結晶后液,結晶后液可返回鎳鐵浸出段用于鎳鐵合金的浸出;

(3)往步驟(2)得到的混合結晶中加入10%的硫酸鈉和硫酸鉀混合物(其中硫酸鈉和硫酸鉀的質量比為3:1),混合均勻后在630℃條件下焙燒3h,得到結晶焙燒熟料;

(4)將步驟(3)得到的結晶焙燒熟料按液固比5:1加入蒸餾水,在90℃條件下攪拌溶出1h,過濾,得到硫酸鎳溶出液和氧化鐵渣,氧化鐵渣用蒸餾水按液固比3:1洗滌三次,洗液可返回結晶熟料溶出段用于結晶焙燒熟料的溶出。

經測定,步驟(4)得到的硫酸鎳溶出液中Ni濃度為28.56g/l,Fe濃度為0.15g/l,溶出液中Ni/Fe=190.4;Ni溶出率為98.53%,Fe溶出率為0.11%。

對比例1

對比例1與實施例1的區別在于,步驟(3)中不加入硫酸鈉。具體為:

一種從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法,包括以下步驟:

(1)稱200g鎳鐵合金(Ni:37.32%,Fe:60.45%),按液固比10:1加入蒸餾水,再加入鎳、鐵理論耗酸量1.2倍濃硫酸,98℃水浴加熱攪拌反應8h,攪拌速率為300r/min;反應結束后過濾,得到鎳鐵浸出液、洗液和濾渣,洗液返回浸出段補水;

(2)將步驟(1)得到的浸出液進行減壓蒸發結晶,得到硫酸鎳和硫酸亞鐵混合結晶,以及結晶后液,結晶后液可返回鎳鐵浸出段用于鎳鐵合金的浸出;

(3)往步驟(2)得到的混合結晶在650℃條件下焙燒4h,得到結晶焙燒熟料;

(4)將步驟(3)得到的結晶焙燒熟料按液固比5:1加入蒸餾水,在90℃水浴條件下攪拌溶出1h,過濾,得到硫酸鎳溶出液和氧化鐵渣,氧化鐵渣用蒸餾水按液固比3:1洗滌三次,洗液可返回結晶熟料溶出段用于結晶焙燒熟料的溶出。

經測定,步驟(4)得到的硫酸鎳溶出液中Ni濃度為27.36g/l,Fe濃度為1.31g/l,溶出液中Ni/Fe=20.9;Ni溶出率為97.45%,Fe溶出率為1.66%。

對比例2

對比例2與實施例2的區別在于,步驟(3)中不加入硫酸鉀。具體為:

一種從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法,包括以下步驟:

(1)稱200g鎳鐵合金(Ni:37.32%,Fe:60.45%),按液固比5:1加入蒸餾水,再加入鎳、鐵理論耗酸量1.1倍濃硫酸,25℃攪拌反應10h,攪拌速率為300r/min;反應結束后過濾,得到鎳鐵浸出液、洗液和濾渣,洗液返回浸出段補水;

(2)將步驟(1)得到的浸出液蒸發結晶,得到硫酸鎳和硫酸亞鐵混合結晶,以及結晶后液,結晶后液可返回鎳鐵浸出段用于鎳鐵合金的浸出;

(3)往步驟(2)得到的混合結晶在600℃條件下焙燒1h,得到結晶焙燒熟料;

(4)將步驟(3)得到的結晶焙燒熟料按液固比2:1加入蒸餾水,在90℃條件下攪拌溶出0.5h,過濾,得到硫酸鎳溶出液和氧化鐵渣,氧化鐵渣用蒸餾水按液固比3:1洗滌三次,洗液可返回結晶熟料溶出段用于結晶焙燒熟料的溶出。

經測定,步驟(4)得到的硫酸鎳溶出液中Ni濃度為70.88g/l,Fe濃度為3.83g/l,溶出液中Ni/Fe=18.5;Ni溶出率為98.2%,Fe溶出率為1.82%。

對比例3

對比例3與實施例3的區別在于,步驟(3)中不加入硫酸鎂。具體為:

一種從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法,包括以下步驟:

(1)稱200g鎳鐵合金(Ni:37.32%,Fe:60.45%),按液固比20:1加入蒸餾水,再加入鎳、鐵理論耗酸量1.3倍濃硫酸,98℃攪拌反應12h,攪拌速率為300r/min;反應結束后過濾,得到鎳鐵浸出液、洗液和濾渣,洗液返回浸出段補水,浸出段Ni浸出率為99.42%,Fe浸出率為99.37%;

(2)將步驟(1)得到的浸出液蒸發結晶,得到硫酸鎳和硫酸亞鐵混合結晶,以及結晶后液,結晶后液可返回鎳鐵浸出段用于鎳鐵合金的浸出;

(3)往步驟(2)得到的混合結晶在800℃條件下焙燒5h,得到結晶焙燒熟料;

(4)將步驟(3)得到的結晶焙燒熟料按液固比10:1加入蒸餾水,在25℃條件下攪拌溶出3h,過濾,得到硫酸鎳溶出液和氧化鐵渣,氧化鐵渣用蒸餾水按液固比3:1洗滌三次,洗液可返回結晶熟料溶出段用于結晶焙燒熟料的溶出。

經測定,步驟(4)得到的硫酸鎳溶出液中Ni濃度為14.43g/l,Fe濃度為0.88g/l,溶出液中Ni/Fe=16.4;Ni溶出率為98.23%,Fe溶出率為1.95%。

由上述實施例可以看出,本發明通過在混合結晶中加入助劑,使得結晶焙燒段硫酸亞鐵分解更充分,且硫酸鎳基本不分解,鎳鐵分離效率高,結晶熟料溶出液中鎳、鐵濃度比達到100:1以上(對比例1-3均低于20.9:1)。

上述說明是針對發明較佳可行實施例的詳細說明,但實施例并非用以限定本發明的專利申請范圍,凡本發明所提示的技術精神下所完成的同等變化或修飾變更,均應屬于本發明所涵蓋專利范圍。

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聲明:
“從鎳鐵合金中高效分離鎳和鐵的方法” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究,如用于商業用途,請聯系該技術所有人。
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