[发明专利]一种由金属镍钴铁粉制备磷酸铁和氢氧化镍钴锰电池前驱体材料的方法

说明书

本发明公开了一种由金属镍钴铁粉制备磷酸铁和氢氧化镍钴锰电池前驱体材料的方法，以金属镍钴铁粉作为原料，加入硫酸和MnO₂浸出，以浸出液为原料，加入磷酸进行选择性沉淀铁同步制备磷酸铁；沉铁后的富Ni、Co、Mn溶液经进一步净化除杂，再加入NaOH溶液沉淀制备氢氧化镍钴锰微纳米片；上述方法制备而得的磷酸铁和氢氧化镍钴锰分别为高性能电池级磷酸铁锂和镍钴锰酸锂的前驱体材料。本发明步骤设计合理，制备工艺简单可控，所得产品性能优良，其为红土镍矿尤其是褐铁矿型红土镍矿的增值利用提供了可行途径，具有极高的推广应用价值。

技术领域

本发明涉及一种由金属镍钴铁粉同时制备两种电池前驱体材料的方法，尤其适用于处理钴含量较高的褐铁矿型红土镍矿。

背景技术

世界陆地镍资源量约8900万吨，其中红土镍矿占总量的70％以上，红土镍矿是目前镍资源开发利用的主体。红土镍矿按其矿床剖面的风化程度由下至上通常可分为腐泥土型、过渡层型和褐铁矿型三种类型，镍含量随之不断降低，而钴含量通常则不断升高。低品位褐铁矿型红土镍矿(＜1.4％Ni)资源量约为4000万吨，占红土镍矿总量的60％左右，同时也是钴提取冶炼的关键原生矿石，钴资源量约为500万吨。

对于高镍低铁型的腐泥土型红土镍矿(＞1.4％Ni)，因其镁、硅含量较高，通常采用回转窑预还原-电炉熔炼(RKEF)工艺生产镍铁，镍铁产品几乎全部用于冶炼不锈钢。而对于上层的低品位褐铁矿型红土镍矿来说，由于含镍低、铁多、硅镁少，而且常伴生有一定量的钴，从节能减耗且综合回收各种有价金属的的角度出发，宜采用湿法浸出工艺。代表性的湿法处理工艺包括：还原焙烧—氨浸工艺、加压酸浸(HPAL)工艺等。根据不同的工艺流程，由湿法流程处理后的最终产品形式亦各不同，还原焙烧-氨浸法是最早用来处理红土镍矿的湿法工艺，工艺中的氨浸液通过蒸氨得到碱式碳酸镍，再经过氢还原或电镍生产金属镍产品。加压酸浸工艺是目前处理褐铁矿型红土镍矿的主流工艺，高压浸出后的浸出液通过硫化沉淀或中和沉淀生成中间产品，最后再经溶解或提纯生产硫酸镍或者电解镍，该工艺的特点在于可以高效综合回收红土镍矿中的镍钴等元素，产品既可以是镍钴金属，也可以是镍和钴的硫酸盐，产品既适用于不锈钢产业也可用于电动汽车产业。但是加压酸浸工艺的投资成本远高于RKEF火法工艺，致使加压酸浸工艺的吨镍成本最高可达RKEF工艺的5倍以上，同时加压酸浸的尾渣排放量高，造成严重的环境污染隐患。

随着全球能源政策的转变，新能源汽车、3C产品等高新技术领域的快速发展，镍、钴在高新技术领域的消耗占比越来越高，因此，低品位红土镍矿的高效开发利用是满足当前及未来镍、钴资源需求的关键。褐铁矿型红土镍矿中除含有镍、钴外，还含有大量的铁、锰、铬等组分，在高压酸浸工艺中通常需要经除杂、分离和净化等工序将其除去，这不仅显著提高了生产的成本，还严重浪费了资源，同时排放的废水、废渣对环境也会造成污染。

为高效开发利用中低品位红土镍矿，本专利发明人所在团队经过持续攻关研究，前期开发了红土镍矿直接制取镍钴铁合金粉的工艺及添加剂(CN200810143862.4、CN200810143854.X)，将红土镍矿矿石破碎、磨矿，加入添加剂混匀、造块，团块干燥后在一定温度下用煤作还原剂，还原产物再经破碎、磨矿后采用弱磁选方法分选，磁性产品即为镍钴铁合金粉。该工艺具有原料适用性强(腐泥土型、过渡层型和褐铁矿型均可适用)，镍、钴、铁综合回收效果好，工艺流程简单，能耗小、投资低等优势，当用于处理褐铁矿型红土镍矿时，因原矿中的钴含量较高，磁选所得的金属镍铁粉中也富集了钴(钴含量通常为0.1～1.0％，随原矿中钴含量而定)。当此类金属镍钴铁粉用于冶炼不锈钢时，利用的关键成分为镍和铁，其中钴组分并未合理使用，因此，开发此类镍钴铁合金粉的增值利用方法，是进一步降低生产成本，全面发挥该工艺优势的有效途径。

发明内容