CN103204544B - 利用液体二氧化硫与低品位二氧化锰制备硫酸锰的方法 - Google Patents

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本发明涉及一种利用液体二氧化硫与低品位二氧化锰制备硫酸锰的方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)配浆:将低品位二氧化锰矿粉,加水或硫酸锰溶液制成矿浆;(2)二氧化硫和二氧化锰反应:搅拌下在步骤(1)所得二氧化锰矿浆中加入等摩尔液体二氧化硫,产品固液分离;(3)补充反应:将步骤(2)固液分离所得液相部分加入过量二氧化锰矿粉补充反应,固液分离;(4)除杂:将步骤(3)固液分离所得液相部分加入硫化锰搅拌反应,固液分离;(5)结晶:将步骤(4)固液分离所得液相部分蒸发结晶制得硫酸锰产品。本发明采用液体二氧化硫与低品位二氧化锰进行固液反应,不受SO2烟气的制约,反应条件温和,设备简单,处理量大,为大量低品位二氧化锰资源及选矿尾砂综合治理提供了良好途径。

Description

利用液体二氧化硫与低品位二氧化锰制备硫酸锰的方法
技术领域
本发明涉及利用液体二氧化硫与低品位二氧化锰制备硫酸锰的方法。
背景技术
随着锂离子动力电池的发展,锰系正极材料的市场需求急速扩大,作为基础材料的硫酸锰需求也相应增加。生产硫酸锰的方法较多,二矿法需要添加硫铁矿,而且锰收率较低,渣量大;氧化硫烟气制取硫酸锰技术先进,但受到烟气来源的制约,低品位二氧化锰(Mn<12%)运输造成产品生产成本大幅增加,而且氧化硫气体在露点温度下对设备管路等造成强烈腐蚀。
CN101456597A采用SO2气体与MnO2反应,但对MnO2矿的品位要求较高(Mn20~25%),而且SO2气体冷却至90℃以下会引起严重的设备腐蚀。
CN101157481A采用硫酸亚铁还原,溶液中大量的铁会造成严重的压滤分离困难,锰的损失加大;而用硫磺反应需高温高压,设备投资巨大,操作安全性降低。
CN1161936A采用SO2气体鼓泡吸收制备硫酸锰,但要求MnO2具有较高的反应活性,低品位二氧化锰矿粉无法使用,而且一级鼓泡SO2尾气的排放量也达不到国家排放标准。
CN101837959A公开了硫酸锰和硫酸联产的方法,但受到联产及装置的制约,低品位二氧化锰运输会大幅增加产品成本。
CN1537811A采用SO2气体与氧化锰、碳酸锰反应制取硫酸锰,但要求MnO2Mn>20%。
CN101723466A利用中低品位MnO2矿进行烟气脱硫制备MnSO4·H2O,烟气来源受到制约,同时为了接近烟气来源单位,低品位二氧化锰运输造成产品生产成本大幅增加。
因此,急需一种克服含硫烟气制约,锰收率高,所需二氧化锰品位低,运输成本低的制备硫酸锰的方法。
发明内容
本发明采用液体SO2,可利用Mn<12%的低品位二氧化锰资源,解决了资源地大规模低品位二氧化锰利用以及选矿尾砂综合治理问题。
本发明涉及的基本化学反应:
MnO2+SO2/2H2O→MnSO4
MSO4+MnS→MS↓+MnSO4(M:重金属、铁等)
本发明涉及一种利用液体二氧化硫与低品位氧化锰制备硫酸锰的方法,包括以下步骤:
(1)配浆:将全锰含量小于12重量%的低品位二氧化锰矿粉,按照每立方米混合浆料中氧化锰矿粉300~600公斤加水或硫酸锰溶液,优选每立方米混合浆料中450~500kg矿粉的比例制成矿浆;
(2)二氧化硫和二氧化锰反应:搅拌下在步骤(1)所得二氧化锰矿浆中加入等摩尔液体二氧化硫反应,产品固液分离;
(3)补充反应:将步骤(2)固液分离所得液相部分加入过量二氧化锰矿粉补充反应,固液分离;
(4)除杂:将步骤(3)固液分离所得液相部分加入硫化锰在60~90℃,优选75~90℃,最优选90℃进行反应,固液分离;
(5)结晶:将步骤(4)固液分离所得液相部分蒸发结晶制得硫酸锰产品。
优选地,所述步骤(1)配浆步骤利用矿粉中加入步骤(2)固液分离固相的洗涤液配制。
优选地,所述步骤(1)的二氧化锰矿粉的粒径范围的粒径范围为低于124μm~178μm,优选小于150μm。
优选地,所述步骤(2)搅拌反应时间为30~100分钟,优选45~60分钟,最优选60分钟。
优选地,所述步骤(2)的固液分离所得固相能够制作建材。
优选地,所述步骤(3)的加入二氧化锰矿粉的量相对于所述步骤(2)中固液分离得到的固相的二氧化锰的量过量至少20%。
优选地,所述步骤(3)的反应时间为20~40分钟,优选20~30分钟,最优选30分钟。
优选地,所述步骤(3)得到的固体能够用于步骤(1)的矿粉配浆步骤。
优选地,所述步骤(4)液相与硫化锰反应的步骤搅拌1-4小时,优选2~3小时。
优选地,所述步骤(4)加入相对于铁过量50%的硫化锰。
本发明还涉及上述方法制得的硫酸锰产品,硫酸锰含量大于98.5%,铁质量含量小于10ppm,铅、镉和砷的质量含量小于0.1ppm。
本发明采用液体二氧化硫与低品位二氧化锰进行固液反应,不受SO2烟气的制约,可以在资源所在地直接生产,降低了产品成本,反应条件温和,设备简单,处理量大,为大量低品位二氧化锰资源及选矿尾砂综合治理提供了良好途径。
附图说明
图1为本发明采用液体二氧化硫与低品位二氧化锰反应制备硫酸锰的主要工艺流程图。
具体实施方式
以下述的实例详细叙述如下,然而,本领域技术人员应当理解的是,本发明的保护范围不应当局限于此。
结合图1,本发明的利用液体二氧化硫与低品位二氧化锰制备硫酸锰的方法,具体工艺包括以下步骤:
(1)配浆:将二氧化锰矿粉,加水或硫酸锰溶液制成矿浆;
配浆步骤可使用水进行,优选使用硫酸锰溶液,这样可以提高锰的回收率。
对于二氧化锰矿,考虑到成本,优选低品位的,全锰含量小于12%的所有二氧化锰矿,当然高品位的也可以用于本发明,只是采用低品位的矿粉更符合本发明的发明目的。
考虑到反应效率,本发明的低品位二氧化锰优选研磨后通过80~120目泰勒筛的矿粉,即优选粒径为124μm~178μm以下的矿粉,过80目以下的筛效率太低,过120目以上的筛制粉成本增加的幅度较大,因此最优选过100目泰勒筛的矿粉,即矿粉粒径范围最优选小于150μm。用水或硫酸锰溶液按照每立方米混合浆料中氧化锰矿粉(干基)300~600公斤/立方米料浆,优选每立方米混合浆料中450~500公斤的比例制成矿浆。
(2)二氧化锰和二氧化硫反应:搅拌下在步骤(1)所得二氧化锰矿浆中加入等摩尔液体二氧化硫反应,产品固液分离;
二氧化锰矿粉与二氧化硫发生如下反应MnO2+SO2/2H2O→MnSO4,具体按如下步骤进行:在搅拌下缓慢加入与锰等摩尔的液体二氧化硫,于常温常压下搅拌反应30~100分钟,优选45~60分钟,最优选60分钟,停止搅拌,固液分离,液相待用,固相用少量水淋洗待用,洗涤液可回至配浆工序。
二氧化锰和二氧化硫反应生成硫酸锰,全部溶解于滤液中。部分未反应的二氧化锰存在于固相中,对于固相测定其二氧化锰的含量(利用草酸钠还原-高锰酸钾反滴定法),以便补充二氧化锰矿粉使二氧化硫充分反应。
(3)补充反应:将步骤(2)固液分离所得液相部分加入过量二氧化锰矿粉补充反应,固液分离;
步骤(2)固液分离后,由于部分二氧化锰矿粉残存于固相中未参与反应,需要测定固相中的二氧化锰含量,以补充过量的二氧化锰原矿粉(即配浆过程所添加的矿粉)使二氧化硫反应充分,一般过量20%左右,该二氧化锰矿粉的加入除了继续生产硫酸锰外,能够氧化溶液中的铁等杂质,发生以下反应MnO2+Fe2++H2O→Mn2++Fe3++H2O,并且能够减少连二硫酸锰的生成。步骤(2)固液分离得到的渣经洗涤分离后供下游生产建材,例如可以与粘土混合制砖。液相部分加入适量MnO2矿粉进一步氧化处理。这次二氧化锰矿粉与二氧化硫的补充反应在搅拌下进行,时间一般在20~40分钟,优选20~30分钟,最优选30分钟,然后进行产物固液分离,得到的固体可用于矿粉配浆,滤液待用。
(4)除杂:将步骤(3)固液分离所得液相部分加入硫化锰搅拌反应,固液分离;
补充反应固液分离得到的液相部分,其中存在大量的金属杂质,例如Fe,Pb,Cd,As等,此时需要对其进行除杂,本发明的除杂步骤利用硫化锰进行,发生MSO4+MnS→MS↓+MnSO4的反应,原因是多数杂质元素的硫化物均为难溶物,例如硫化铁,硫化铅,硫化镉,硫化砷等,这样就很容易将这些杂质除去,而且使用硫化锰除杂也不会带入新的杂质。具体除杂步骤为:在液相中加入任意纯度或浓度的硫化锰,加入的硫化锰的量按照溶液中全铁的含量来控制(测定全铁含量一般采用邻菲啰啉比色法),一般加入相对于铁过量50%的硫化锰,于60~90℃,优选75~90℃,最优选90℃,搅拌1-4小时,优选2~3小时,产物固液分离,分离渣另行回收有价金属,滤液待用。
(5)结晶:将步骤(4)固液分离所得液相部分蒸发结晶制得硫酸锰产品。
将除杂之后固液分离得到的滤液,经过蒸发结晶生产一水硫酸锰产品,优选采用多效蒸发。
本发明的所有过程均是近中性的,Ca,Mg溶出得很少,K、Na的含量没有硫化路线低,然而此类产品主要用于氢氧化钠沉淀法三元前驱体的制备,因此对K、Na的含量要求不高。得到的硫酸锰产品完全可用于三元前驱体的制备。
实施例
实施例1
在5000ml烧杯中加入粒径小于178μm以下(通过80目筛)的1800gMn(干基)11.42%,H2O23%,MnO2矿粉,加入低浓度MnSO4溶液至3000ml刻度,搅拌下缓慢加入200g/l液体二氧化硫920ml,维持搅拌45分钟,停止搅拌,吸滤分离,渣用少量水淋洗,洗涤液回至配浆工序,测定渣中MnO2含量0.34%(干基),渣中共含二氧化锰2.4g,浸取率大于98%。
将滤液置于烧杯中,则加入100g过筛后的原矿粉搅拌处理30分钟,吸滤分离,固体用于矿粉配浆,测得滤液中全铁的含量为650ppm,滤液体积1853ml,滤液中加入30gMnS(折百,即扣除水分后的硫化锰的重量),升温至90℃左右搅拌反应2小时,吸滤分离,滤液蒸发获得硫酸锰样品1#
实施例2
在5000ml烧杯中加入粒径150μm以下(通过100目筛)的2000gMn(干基)7.66%,H2O25%,MnO2矿粉,加入低浓度MnSO4溶液至3000ml刻度,搅拌下缓慢加入668ml200g/l液体二氧化硫,维持搅拌60分钟,停止搅拌,吸滤分离,滤渣用少量水淋洗,洗涤液回至配浆工序,测定渣中MnO20.42%(干基),渣中共含二氧化锰4.4g,浸取率大于95%。渣可以与粘土混合制砖。
将滤液置于烧杯中,加入100g原矿粉搅拌处理20分钟,吸滤分离,固体用于矿粉配浆,测得滤液中全铁的含量为470ppm,滤液体积1675ml,滤液中加入30gMnS(折百),升温至75℃左右搅拌反应3小时,吸滤分离,滤液蒸发获得硫酸锰样品2#
实施例3
在5000ml烧杯中加入粒径150μm以下(通过100目筛)的2000gMn(干基)5.01%,H2O25%,MnO2矿粉,加入低浓度MnSO4溶液至5000ml刻度,搅拌下缓慢加入437ml200g/l液体二氧化硫,维持搅拌30分钟,停止搅拌,吸滤分离,滤渣用少量水淋洗,洗涤液回至配浆工序,测定渣中MnO20.47%(干基),渣中共含二氧化锰3.0g,浸取率大于95%。
将滤液置于烧杯中,加入100g原矿粉搅拌处理20分钟,吸滤分离,固体用于矿粉配浆,测得滤液中全铁的含量为360ppm,滤液体积1720ml,滤液中加入30gMnS(折百),升温至60℃左右搅拌反应4小时,吸滤分离,滤液蒸发获得硫酸锰样品3#
实施例4
在5000ml烧杯中加入粒径150μm以下(通过100目筛)的1800gMn(干基)8.79%,H2O25%,MnO2矿粉,加入低浓度MnSO4溶液至3000ml刻度,搅拌下缓慢加入690ml200g/l液体二氧化硫,维持搅拌100分钟,停止搅拌,吸滤分离,滤渣用少量水淋洗,洗涤液回至配浆工序,测定渣中MnO20.35%(干基),渣中共含二氧化锰2.2g,浸取率大于98%。
将滤液置于烧杯中,加入100g原矿粉搅拌处理30分钟,吸滤分离,固体用于矿粉配浆,测得滤液中全铁的含量为370ppm,滤液体积1604ml,滤液中加入30gMnS(折百),升温至90℃左右搅拌反应3小时,吸滤分离,滤液蒸发获得硫酸锰样品4#
实施例5
在5000ml烧杯中加入1800gMn(干基)7.66%,H2O25%,MnO2矿粉,加入低浓度MnSO4溶液至2250ml刻度,搅拌下缓慢加入620ml200g/l液体二氧化硫,维持搅拌100分钟,停止搅拌,吸滤分离,滤渣用少量水淋洗,洗涤液回至配浆工序,测定渣中MnO20.43%(干基),渣中共含二氧化锰4.7g,浸取率大于95%。
将滤液置于烧杯中,加入100g原矿粉搅拌处理40分钟,吸滤分离,固体用于矿粉配浆,测得滤液中全铁的含量为366ppm,滤液体积1452ml,滤液中加入30gMnS(折百),升温至90℃左右搅拌反应1小时,吸滤分离,滤液蒸发获得硫酸锰样品5#
效果评价
实施例的各个样品的参数测定结果见下表所示。
项目 样品1# 样品2# 样品3# 样品4#样品5#
Mn% 32.17 32.05 32.02 32.1232.08
Fe ppm <10 <10 <10 <10<10
Pb ND ND ND NDND
Cd ND ND ND NDND
As ND ND ND NDND
测定方法:
各比较参数的测定或计算方法简要描述如下:
MnO2的含量测定方法:草酸钠还原-高锰酸钾反滴定法。
Mn%测定方法及条件:采用国家标准GB/T1622-86规定的硝酸铵氧化法;
溶液中Fe含量(全铁)测定:采用邻菲啰啉比色法,测定仪器为上海清华科技的722s分光光度计。
硫酸锰产品中Fe、Pb、Cd、As杂质含量测定:电感耦合等离子体(ICP)原子发射光谱法,IRISIntrepidIIXSP型电感耦合等离子体原子发射光谱仪,美国热电公司制。
结果分析:
由以上比较可以得出,本发明的各实施例中的硫酸锰样品均达到了较高纯度,硫酸锰纯度均高于98.5%,杂质含量很低,铁含量均不足10ppm,Pb,Cd,As含量均未检出。而其中,实施例1和4的方案得到的产品参数较优,硫酸锰的纯度高于98.8%,尤其是实施例1的硫酸锰的纯度达到98.95%。

Claims (19)

1.一种利用液体二氧化硫与低品位二氧化锰制备硫酸锰的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)配浆:将全锰含量小于12重量%的低品位二氧化锰矿粉,所述重量为干基重量,按照每立方米混合浆料中氧化锰矿粉300~600公斤加水或硫酸锰溶液;
(2)二氧化硫和二氧化锰反应:搅拌下在步骤(1)所得二氧化锰矿浆中加入等摩尔液体二氧化硫反应,产品固液分离;
(3)补充反应:将步骤(2)固液分离所得液相部分加入过量二氧化锰矿粉补充反应,固液分离;
(4)除杂:将步骤(3)固液分离所得液相部分加入硫化锰在60~90℃进行反应,固液分离;
(5)结晶:将步骤(4)固液分离所得液相部分蒸发结晶制得硫酸锰产品;
其中,所述步骤(3)的加入二氧化锰矿粉的量相对于所述步骤(2)中固液分离得到的固相的二氧化锰的量过量至少20%;
上述步骤均是在近中性条件下进行的。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(1)配浆步骤是按照每立方米混合浆料中450~500kg矿粉的比例制成矿浆。
3.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述步骤(4)中的反应在75~90℃下进行。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,所述步骤(4)中的反应在90℃下进行。
5.如权利要求1或4所述的方法,其特征在于,所述步骤(1)配浆步骤利用矿粉中加入步骤(2)固液分离固相的洗涤液配制。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,所述步骤(1)的矿粉是通过80-120目泰勒筛的二氧化锰矿粉。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述步骤(1)的矿粉是通过100目泰勒筛的二氧化锰矿粉。
8.如权利要求1或7所述的方法,其特征在于,所述步骤(2)搅拌反应时间为30~100分钟。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述步骤(2)搅拌反应时间为45~60分钟。
10.如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述步骤(2)搅拌反应时间为60分钟。
11.如权利要求1或9所述的方法,其特征在于,所述步骤(2)的固液分离所得固相能够制作建材。
12.如权利要求11所述的方法,其特征在于,所述步骤(3)的反应时间为20~40分钟。
13.如权利要求12所述的方法,其特征在于,所述步骤(3)的反应时间为20~30分钟。
14.如权利要求12所述的方法,其特征在于,所述步骤(3)的反应时间为30分钟。
15.如权利要求1或12所述的方法,其特征在于,所述步骤(3)得到的固体能够用于步骤(1)的矿粉配浆步骤。
16.如权利要求15所述的方法,其特征在于,所述步骤(4)液相与硫化锰反应的步骤搅拌1-4小时。
17.如权利要求16所述的方法,其特征在于,所述步骤(4)液相与硫化锰反应的步骤搅拌2~3小时。
18.如权利要求1或17所述的方法,其特征在于,所述步骤(4)加入相对于铁过量50%的硫化锰。
19.如权利要求1~18任一项的方法制得的硫酸锰产品,其特征在于,硫酸锰含量大于98.5%,铁质量含量小于10ppm,铅、镉和砷的质量含量小于0.1ppm。
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