一种以镍铁合金为原料生产电池级硫酸镍的方法与流程

1.本发明属于冶金化工技术领域，特别涉及一种以镍铁合金为原料生产电池级硫酸镍的方法。


背景技术：

2.镍铁合金具有良好的耐腐蚀、耐高温、防锈等性能，广泛应用于不锈钢和合金钢等钢铁领域，用于汽车生产、机车和机器制造等。据报道，全球约三分之二的镍铁合金用于不锈钢的生产。
3.目前，国内外利用镍铁合金生产电池级硫酸镍所采用的工艺路线通常包括：在转炉中向镍铁合金中加入硫化剂，将镍铁合金转化成高冰镍(其中镍以硫化镍形式存在)，然后再依次进行加压氧化浸出、净化除杂，最后经萃取得到硫酸镍产品。该方法工艺成熟、镍回收率高，但合金中的大量铁元素作为杂质被火法吹炼成渣，无法实现资源化利用，造成综合生产成本较高。
4.此外，我国也有少数公司采用镍铁合金直接制备硫酸镍的案例，其中大多采用混酸系统，即用硝酸和硫酸的混酸来氧化溶解镍铁合金。该工艺流程中会有氮氧化物排出，工作环境恶劣，同时所产生的废水中混有硝酸根离子，处理难度大。另外也有采用电溶法生产硫酸镍的工艺，尽管镍铁合金利用率得到提高，但该工艺只适用于电力价格相对较低的地区，具有局限性，并且在电溶过程中需要不断向电解液中补充大量浓硫酸，不仅造成环境污染，还会提高生产成本。
5.因此，开发一种简洁高效、成本低廉、绿色环保的以镍铁合金为原料直接生产电池级硫酸镍的工艺方法具有重要意义，不仅会进一步拓展镍铁合金在电池材料领域的应用，而且具有巨大的经济价值及广泛的市场应用前景。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术中存在的缺陷与不足，本发明提供了一种以镍铁合金为原料生产电池级硫酸镍的方法，该方法首先对镍铁合金进行高温静态溶解，使镍铁合金中镍、铁与稀硫酸反应，生成相应的硫酸镍、硫酸铁进入溶液，然后过滤，调节滤液ph后再通过高温氧压进行除铁，除铁后滤渣含丰富的氧化铁资源，作为炼钢用原料；滤液循环浸出，富集硫酸镍，当溶液中镍含量达到一定要求后，去净化除杂、萃取生产电池级硫酸镍。本发明所公开的方法工艺简洁、设备要求低、生产成本低廉、绿色环保，对原料镍铁合金成分的适用范围广，可处理镍含量在10
‑
90％、铁含量在10
‑
90％的各种镍铁合金，同时生产的硫酸镍产品品质高，可直接用于电池材料的制备。
7.为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
8.一种以镍铁合金为原料生产电池级硫酸镍的方法，包括以下步骤：
9.a、将镍铁合金加入一定量的水中，再向水中加入适量硫酸，在常压下控温溶解，当浸液中h
+
达到一定浓度后，停止反应；
10.b、将步骤a得到的浸液进行过滤，除去产渣及少量未溶解的镍铁合金，调节滤液ph值；
11.c、将步骤b得到的滤液充分搅拌，然后倒入高压釜中进行高温氧化除铁；
12.d、将步骤c所得产物进行过滤，得到的滤渣进行还原焙烧，滤液则返回步骤a中与镍铁合金混合，再次加入硫酸后进行溶解反应，循环步骤a
‑
d；
13.e、当步骤d得到的滤液中的镍达到一定浓度后，去净化除杂、萃取生产电池级硫酸镍。
14.进一步的，步骤a中所述镍铁合金化学元素的质量百分含量包括镍10
‑
90％、铁10
‑
90％。
15.进一步的，步骤a中的水为自来水，所述自来水与所述镍铁合金的质量比为0.5
‑
5:1；向水中加入适量硫酸使硫酸浓度为1.0
‑
3.0mol/l，溶解温度控制在70
‑
110℃；当溶液中h
+
浓度低于0.5mol/l时，结束反应。
16.进一步的，步骤b中使用液碱或纯碱调节滤液ph值至2
‑
5。
17.优选的，步骤b中所述未溶解的镍铁合金返回步骤a中再次进行硫酸溶解。
18.进一步的，步骤c中所述搅拌时间为20
‑
40min；所述高温氧化除铁的反应温度为110
‑
250℃，压强为0.3
‑
0.8mpa，反应时间为2
‑
6h。
19.进一步的，步骤d中所述滤渣为除铁渣，所述还原焙烧的反应温度为400
‑
700℃，时间为1
‑
6h。
20.进一步的，步骤e中当滤液中的镍浓度为20
‑
60g/l时，停止循环。
21.本发明技术方案的实现原理如下：
22.镍铁合金非常坚硬，难以破碎，无法直接投入生产，故本发明采用静置煮沸的方式进行溶解。镍铁合金静置溶解的浸液中含有高浓度的fe
2+
，对镍铁合金的浸出效率有较大影响，故在每次浸出后采用高压氧化的方式将浸液中的fe
2+
转化为fe
3+
，fe
3+
水解生成fe(oh)3沉淀，高压氧化后的浸液由于能产生部分硫酸，故后续在循环富集硫酸镍产品时只需加入少量硫酸即可，减少了硫酸的用量。富集得到的高纯度硫酸镍溶液，通过萃取及蒸发浓缩结晶的方式可得到电池级硫酸镍晶体的产品，同时加压氧化后的浸液将产生大量含铁渣，经过处理后可直接用于钢铁厂的生产。
23.与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果如下：
24.本发明的技术方案能够将镍铁合金中的镍元素进行循环富集，产出纯净的硫酸镍，同时，可得到含铁副产品用于钢铁厂，从而使镍铁合金中的有价金属得到充分的回收利用；并且，本发明的技术方案简洁高效，适合规模化生产。
25.本发明结合企业自身特点及市场需求，利用镍铁合金直接生产硫酸镍，得到纯净的电池级硫酸镍，该硫酸镍产品可直接外售，或配比电池级硫酸钴、电池级硫酸锰，用于三元电池正极材料前驱体的合成生产。
26.通过本发明的技术方案，镍铁合金在浸出后可循环使用，浸出液在高压氧化除铁后可用于循环富集镍元素，提高镍元素的回收效率，同时，高压氧化除铁后可产生部分硫酸，减少了硫酸的使用量，降低生产成本。
27.综上所述，本发明技术方案具有显著的经济效益及社会效益。
附图说明
28.图1为本发明所述的一种以镍铁合金为原料生产电池级硫酸镍的方法的工艺流程图。
具体实施方式
29.下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
30.实施例1
31.按照图1所示工艺流程图，详细步骤如下：
32.a、向1kg镍铁合金中加入500g的水，再加入硫酸使硫酸浓度为1.0mol/l，常压下加热到70℃静置溶解，当溶液中h
+
浓度低于0.5mol/l时反应结束；
33.b、将步骤a得到的浸液进行过滤，除去产渣和没溶解的少量镍铁合金；
34.c、将步骤b所得滤液使用纯碱调节ph至2；
35.d、将步骤c所得溶液搅拌30min，倒入高压釜中，设置温度110℃，氧压0.3mpa，反应2小时；
36.e、将步骤d所得产物进行过滤，滤渣进行还原焙烧，滤液用于循环静置溶解。
37.f、将步骤e所得滤渣(即除铁渣)在400℃条件下进行还原焙烧，还原焙烧时间1小时，所得产品水洗干燥后可用于钢厂。
38.g、将步骤e所得滤液加入镍铁合金中，加入硫酸使硫酸浓度为1.0mol/l，循环步骤a
‑
g，使溶液中镍含量达到20g/l后，去净化除杂、萃取生产电池级硫酸镍。
39.实施例2
40.按照图1所示工艺流程图，详细步骤如下：
41.a、向1kg镍铁合金中加入5000g的水，再加入硫酸使硫酸浓度为3.0mol/l，常压下加热到110℃静置溶解，当溶液中h
+
浓度低于0.5mol/l时反应结束；
42.b、将步骤a得到的浸液进行过滤，除去产渣和镍铁合金；
43.c、将步骤b所得滤液使用纯碱调节ph至5；
44.d、将步骤c所得溶液搅拌30min，倒入高压釜中，设置温度250℃，氧压0.8mpa，反应6小时；
45.e、将步骤d所得产物进行过滤，滤渣进行还原焙烧，滤液用于循环静置溶解。
46.f、将步骤e所得滤渣(即除铁渣)在700℃条件下进行还原焙烧，还原焙烧时间6小时，所得产品水洗干燥后可用于钢厂。
47.g、将步骤e所得滤液加入镍铁合金中，加入硫酸使硫酸浓度为3.0mol/l，循环步骤a
‑
g，使溶液中镍含量达到60g/l后，去净化除杂、萃取生产电池级硫酸镍。
48.实施例3
49.按照图1所示工艺流程图，详细步骤如下：
50.a、向1kg镍铁合金中加入2500g的水，再加入硫酸使硫酸浓度为2.0mol/l，常压下加热到90℃静置溶解，当溶液中h
+
浓度低于0.5mol/l时反应结束；
51.b、将步骤a得到的浸液进行过滤，除去产渣和没溶解的少量镍铁合金；
52.c、将步骤b所得滤液使用纯碱调节ph至3.5；
53.d、将步骤c所得溶液搅拌30min，倒入高压釜中，设置温度180℃，氧压0.55mpa，反应3.5小时；
54.e、将步骤d所得产物进行过滤，滤渣进行还原焙烧，滤液用于循环静置溶解。
55.f、将步骤e所得滤渣(即除铁渣)在550℃条件下进行还原焙烧，还原焙烧时间3.5小时，所得产品水洗干燥后可用于钢厂。
56.g、将步骤e所得滤液加入镍铁合金中，加入硫酸使硫酸浓度为2.0mol/l，循环步骤a
‑
g，使溶液中镍含量达到40g/l后，去净化除杂、萃取生产电池级硫酸镍。
57.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。