CN110615420B - 一种红土镍矿浸出渣制备磷酸铁的方法 - Google Patents

一种红土镍矿浸出渣制备磷酸铁的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种红土镍矿浸出渣制备磷酸铁的方法，属于红土镍矿高值化综合利用技术领域。包括：将红土镍矿浸出渣进行磷酸氧化浸出，浸出剂为磷酸，浓度为2～5mol/L，氧化剂为过氧化氢，反映过程中利用氨水调节反应pH在2～3.5范围内，反应结束后固液分离，滤饼经真空干燥后得到二水磷酸铁，二水磷酸铁在氩气氛围下焙烧4～6h，焙烧温度为500～750℃，制备得到无水磷酸铁。本方法流程短，成本低，操作简单，铁转化率高，可以制备高纯度的磷酸铁，可用于锂离子电池和陶瓷，催化剂等材料的制备，高值化利用了红土镍矿中的宏量元素铁，不仅解决了红土镍矿浸出渣造成的环境问题，更提高了红土镍矿浸出渣处理的经济效益。

Description

一种红土镍矿浸出渣制备磷酸铁的方法
技术领域
本发明属于红土镍矿高值化综合利用技术领域，具体涉及一种红土镍矿浸出渣制备磷酸铁的方法。
背景技术
红土镍矿是一种重要的镍钴资源。红土镍矿根据赋存状态主要分为三种，褐铁型，镁质型和过渡型。镁质型红土镍矿含铁较低，一般低于30％，而褐铁型红土镍矿的含铁一般高于40％。镁质型红土镍矿主要通过火法冶炼来生产镍铁合金，褐铁型红土镍矿处理的传统工艺为高压酸浸工艺。
目前传统加压酸浸工艺是在高温和高压下，用硫酸作浸出剂，控制浸出条件，使大部分铁、铝、硅等水解进入渣中，镍、钴则进入溶液，实现选择性浸出，然后将浸出液进行中和除杂(Fe、Al)后得到高品质的镍、钴溶液。该工艺的最大优点是浸出选择性好，镍、钴浸出率高，但存在工艺技术复杂，设备要求高、投资大，操作成本高，加压釜结疤严重，浸出渣因铁低硫高而无法实现综合利用等弊端。而硝酸作为浸出剂时，由于硝酸具有强氧化性，红土镍矿中的二价铁均被氧化为三价铁，沉淀转化为赤铁矿进入渣中，能够高效的实现镍钴与铁的分离，浸出渣中铁含量高且不含硫。
目前处理红土镍矿浸出渣的途径主要是直接填埋，这不仅造成了资源的严重浪费，更对环境造成了严重负担，不利于资源节约型和环境友好型社会的建设和可持续发展。铁是红土镍矿中的宏量元素，在红土镍矿浸出渣中，铁的含量最高可达60％，将红土镍矿中铁高效的回收利用才能大大减少铁资源的浪费，实现红土镍矿的高值化综合利用。
磷酸铁主要用于制造磷酸铁锂电池材料、催化剂及陶瓷等。近年来，由于磷酸铁电导率的问题被克服，且磷酸铁具有良好的热稳定性，易循环使用等特性，磷酸铁成为重要的电动汽车电池的电极材料。此外，将磷酸铁粘合到金属表面，可以防止金属被进一步氧化。磷酸铁涂料也主要用作基底涂层，以便增加到铁或钢表面的附着力，且常用于防锈处理。它也可以用于粘接面料、木，或其他材料至上述材料的表面。目前，磷酸铁的传统制备方法是由磷酸盐和铁盐制备，如果能将红土镍矿浸出渣直接制备成磷酸铁，不仅减少了资源的浪费，而且实现了红土镍矿的高值化综合利用。
发明内容
本发明提供了一种红土镍矿浸出渣制备磷酸铁的方法，该方法能实现红土镍矿的高值化利用，大大提升红土镍矿的综合利用效率和经济价值。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
制备步骤如下：
步骤一、磷酸氧化浸出：将磷酸和过氧化氢分别按照一定固液比同时添加到红土镍矿浸出渣中，在一定条件下进行磷酸氧化浸出；
步骤二：二水磷酸铁制备：步骤一磷酸氧化浸出反应结束后，固液分离，滤饼干燥后得到FePO4·2H2O；
步骤三：无水磷酸铁制备：将步骤二得到的FePO4·2H2O在一定温度下焙烧得到无水磷酸铁。
进一步地，步骤一所述红土镍矿浸出渣为酸浸红土镍矿产出，浸出红土镍矿的浸出剂包含硝酸，硫酸和盐酸，浸出方式包含加压和常压浸出。
进一步地，步骤一所述磷酸氧化浸出中红土镍矿浸出渣铁含量为45～60％。
进一步地，步骤一所述磷酸氧化浸出中磷酸浓度为2～5mol/L，固液比为1:3～1:10g/mL，过氧化氢浓度为0.5～3mol/L，固液比为1:0.5～1:2g/mL。
进一步地，步骤一所述磷酸氧化浸出中浸出温度控制在80～95℃，搅拌转速为150～500rpm，浸出时间为1～5h。
进一步地，步骤一所述磷酸氧化浸出中通过氨水维持反应过程中pH范围为2～3.5。
进一步地，步骤二所述二水磷酸铁制备中采用真空干燥，温度为60～120℃，时间为6h。
进一步地，步骤所述三无水磷酸铁制备中焙烧温度为500～750℃，焙烧时间为4～6h，气氛为氩气。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例所提供的一种红土镍矿浸出渣制备磷酸铁的方法流程短，易操作，能够很好地实现红土镍矿中宏量元素铁的高值化综合利用，提高红土镍矿处理的经济效益，解决了废渣堆积，资源浪费等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明提供一种红土镍矿浸出渣制备磷酸铁的流程图。
图2为实施例1硝酸加压浸出渣磷酸浸出产物真空烘干后的物相分析图。
图3为实施例1焙烧产物的物相分析图。
图4为实施例2硫酸加压浸出渣磷酸浸出产物真空烘干后的物相分析图。
图5为实施例2焙烧产物的物相分析图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面对本发明所提供的红土镍矿浸出渣制备磷酸铁的方法进行详细描述。
一种红土镍矿浸出渣制备磷酸铁的方法，包括如下步骤：
步骤一、磷酸氧化浸出：对某红土镍矿浸出渣进行磷酸氧化浸出，该浸出渣中含铁45％～60％，浸出剂为磷酸，浓度为2～5mol/L，固液比为1:3～1:10g/mL，氧化剂为过氧化氢，浓度为0.5～3mol/L H2O2，固液比为2:1～1:2g/mL，浸出温度控制在80～95℃，搅拌转速设定为150～500rpm，浸出时间为1～5h；反应过程中利用氨水调节反应体系pH，维持反应体系pH在2～3.5。。
步骤二、二水磷酸铁制备：磷酸氧化浸出结束后，固液分离，滤饼在60～120℃的真空烘箱中烘干6h，得到FePO4·2H2O。
步骤三、无水磷酸铁制备：将步骤二得到的FePO4·2H2O在氩气气氛、500～750℃条件下焙烧4～6h，得到无水磷酸铁。
由上述技术方案可以看出：本发明所提供的利用红土镍矿浸出渣制备磷酸铁的方案，采用磷酸浸出，通过添加过氧化氢维持氧化氛围，过程中利用氨水调节pH，可制备高纯度磷酸铁，工艺流程简单，铁转化率高，对环境影响小，可以实现红土镍矿浸出渣的高值化综合利用。
本发明所提供的红土镍矿浸出渣制备磷酸铁的方法具有以下优势：
(1)本发明提供的红土镍矿浸出渣制备磷酸铁的方法，实现了红土镍矿中宏量元素铁的高值化利用，同时解决了红土镍矿浸出渣长期堆积，填埋等环境问题。
(2)本发明通过磷酸氧化浸出红土镍矿浸出渣可制备高纯度磷酸铁。
(3)本发明物料损耗少，工艺流程短，操作简单，废物产生少，对环境影响小。
(4)本发明制备得到的磷酸铁可以用于磷酸铁锂电池的制备，具有很高的经济效益。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明所提供的红土镍矿浸出渣制备磷酸铁方法进行详细描述。
实施例1
如图1所示，一种红土镍矿浸出渣制备磷酸铁的方法，包括：将3mol/L的磷酸和1mol/L过氧化氢分别以1:10g/mL和1:1g/mL的固液比同时添加到含铁58.2％的红土镍矿硝酸加压浸出渣中，浸出温度控制为95℃，浸出时间为5h，搅拌转速设定为300rpm，反应过程中通过添加氨水维持pH～2.5；固液分离，滤饼在80℃真空烘箱中烘干6h得到二水的磷酸铁，物相分析见图2；将烘干物料转移至管式炉中，在氩气氛围，650℃条件下焙烧6h，得到无水磷酸铁，物相分析见图3。
实施例2
如图1所示，一种红土镍矿浸出渣制备磷酸铁的方法，包括：将3.5mol/L的磷酸和1mol/L过氧化氢分别以1:8g/mL和2:1g/mL的固液比同时添加到含铁45％的红土镍矿硫酸加压浸出渣中，浸出温度控制为95℃，浸出时间为3.5h，搅拌转速设定为250rpm，反应过程中通过添加氨水维持pH～3；固液分离，滤饼在60℃真空烘箱中烘干6h得到二水的磷酸铁，物相分析见图4；将烘干物料转移至管式炉中，在氩气氛围，650℃条件下焙烧6h，得到无水磷酸铁，物相分析见图5。
实施例3
如图1所示，一种红土镍矿浸出渣制备磷酸铁的方法，包括：将5mol/L的磷酸和3mol/L过氧化氢分别以1:3g/mL和1:1.5g/mL的固液比同时添加到含铁55％的红土镍矿盐酸常压浸出渣中，浸出温度控制为90℃，浸出时间为1h，搅拌转速设定为500rpm，反应过程中通过添加氨水维持pH～3；固液分离，滤饼在120℃真空烘箱中烘干6h得到二水的磷酸铁；将烘干物料转移至管式炉中，在氩气氛围，750℃条件下焙烧5h，得到无水磷酸铁。
实施例4
如图1所示，一种红土镍矿浸出渣制备磷酸铁的方法，包括：将4mol/L的磷酸和0.5mol/L过氧化氢分别以1:5g/mL和1:2g/mL的固液比同时添加到铁60％的红土镍矿硝酸加压浸出渣中，浸出温度控制为80℃，浸出时间为2h，搅拌转速设定为150rpm，反应过程中通过添加氨水维持pH～3.5；固液分离，滤饼在90℃真空烘箱中烘干6h得到二水的磷酸铁；将烘干物料转移至管式炉中，在氩气氛围，500℃条件下焙烧4h，得到无水磷酸铁。
实施例5
如图1所示，一种红土镍矿浸出渣制备磷酸铁的方法，包括：将2mol/L的磷酸和3mol/L过氧化氢分别以1:10g/mL和1:1.5g/mL的固液比同时添加到含铁58.2％的红土镍矿硫酸加压浸出渣中，浸出温度控制为85℃，浸出时间为4h，搅拌转速设定为400rpm，反应过程中通过添加氨水维持pH～3；固液分离，滤饼在90℃真空烘箱中烘干6h得到二水的磷酸铁；将烘干物料转移至管式炉中，在氩气氛围，600℃条件下焙烧5h，得到无水磷酸铁。
综上可见，本发明实施例使用磷酸作为浸出剂处理红土镍矿浸出渣，添加一定量的过氧化氢和氨水后，可制备得到高纯度的二水磷酸铁，焙烧后可制备物相单一，纯度高的无水磷酸铁，本发明实现了红土镍矿中铁资源的高值化综合利用，不仅提高了红土镍矿浸出渣处理工艺的经济效益，更缓解了红土镍矿浸出渣造成的环境压力，为红土镍矿浸出渣的综合利用提供了新思路。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种红土镍矿浸出渣制备磷酸铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、磷酸氧化浸出：将磷酸和过氧化氢分别按照一定固液比同时添加到红土镍矿浸出渣中，在一定条件下进行磷酸氧化浸出；
步骤二：二水磷酸铁制备：步骤一磷酸氧化浸出反应结束后，固液分离，滤饼干燥后得到FePO4·2H2O；
步骤三：无水磷酸铁制备：将步骤二得到的FePO4·2H2O在一定温度下焙烧得到无水磷酸铁；
步骤一所述红土镍矿浸出渣为酸浸红土镍矿产出，浸出红土镍矿的浸出剂包含硝酸，硫酸和盐酸，浸出方式包含加压和常压浸出；
步骤一所述磷酸氧化浸出中磷酸浓度为2～5mol/L，固液比为1:3～1:10g/mL，过氧化氢浓度为0.5～3mol/L，固液比为1:0.5～1:2g/mL；
步骤一所述磷酸氧化浸出中浸出温度控制在80～95℃，搅拌转速为150～500rpm，浸出时间为1～5h；
步骤一磷酸氧化浸出中通过氨水维持反应过程中pH范围为2～3.5；
步骤二所述二水磷酸铁制备中采用真空干燥，温度为60～120℃，时间为6h；
步骤三所述无水磷酸铁制备中焙烧温度为500～750℃，焙烧时间为4～6h，气氛为氩气。
2.根据权利要求1所述的一种红土镍矿浸出渣制备磷酸铁的方法，其特征在于，步骤一所述磷酸氧化浸出中红土镍矿浸出渣铁含量为45～60％。
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