[發明專利]紅土鎳礦酸焙燒-溶出-堿焙燒提取硅并制備硅酸鐵鋰/碳的方法

在審

• 申請號: 201910052107.3
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN109802116A
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 常龍嬌;劉連利;張富勝;王雪嬌;姚傳剛
• 申請（專利權）人: 渤海大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

一種紅土鎳礦酸焙燒?溶出?堿焙燒提取硅并制備硅酸鐵鋰/碳的方法，包括以下步驟：(1)將紅土鎳礦烘干后磨細；(2)與硫酸銨混合；(3)在350±10℃焙燒后550±10℃焙燒；(4)酸焙燒熟料與水混合一次溶出，過濾分離；(5)濾渣與氫氧化鈉混合后焙燒；(6)堿焙燒熟料與水混合二次溶出；(7)濾液與NaCl溶液混合并加入活性劑再調節pH，靜置熟化；(8)過濾水洗烘干制成納米SiO₂；(9)加入到氫氧化鋰溶液中，攪拌后加入到氯化亞鐵溶液中，加熱至200±10℃水熱反應合成前驅體；(10)將前驅體和蔗糖在氫氣流通條件下，加熱至600～800℃煅燒。本發明的方法有效解決低品位紅土鎳礦中硅元素的高附加值應用。

技術領域

本發明屬于冶金技術領域，具體涉及一種紅土鎳礦酸焙燒-溶出-堿焙燒提取硅并制備硅酸鐵鋰/碳的方法。

背景技術

鎳作為一種重要的戰略金屬，被廣泛應用到鋼鐵工業、磁性工業、軍事、有色金屬、特殊合金、貯氫材料、特種鎳粉、新型涂鎳復合材料、二次電池、醫療衛生等高新技術領域；隨著世界經濟一體化的高速發展，可用的硫化鎳資源已日益枯竭；世界鎳資源70％的紅土鎳礦被認為是世界上最大的鎳資源，是含有鐵、鎂、硅、鎳、鈷等多種元素的礦產資源，鎳的含量較低，一般為1～3％、硅含量高(40％左右)，主要采取濕法冶金工藝提取鎳等有價元素；相較于火法工藝，濕法工藝簡單、成本低，同時可以有效回收紅土鎳礦中鈷元素。

濕法工藝根據浸出劑和浸出條件的不同可分為氨浸法、高壓酸浸法、常壓酸浸法、微生物浸出法等；常壓酸浸是目前紅土鎳礦處理工藝研究較為熱門的方向，常壓酸浸紅土鎳礦具有工藝簡單、能耗低、投資少、操作簡單等優點，但鎳的回收率低、污染嚴重；高壓酸浸法鎳和鈷的浸出率高，只適合處理鎂含量低的紅土鎳礦，且高壓操作也限制了該方法的應用；微生物浸出法是比較環保的紅土鎳礦處理方法，但工業放大過程的浸出率極不穩定，存在生產周期長、微生物培養成本高、有機酸循環利用等問題。

濕法工藝從發展循環經濟的角度出發，綜合利用了鎳、鈷、鎂等元素，并考慮了原料的循環利用，但低品位紅土鎳礦中的硅元素含量高于40％，酸法處理工藝礦石中含量較高的硅沒有加以利用，存在著廢渣排放問題。

正極材料作為鋰離子動力電池四大材料的核心材料，也是區別多種鋰離子電池的依據，占成本的40％以上，正極材料由于其價格偏高、比容量偏低而成為制約鋰離子電池大規模推廣應用的瓶頸；因此，正極材料的研究成為當前鋰離子動力電池最為關注的板塊；與其它正極材料相比，新型聚陰離子型材料以其優良的熱穩定性、安全性及低成本的優勢，成為當前電極材料研究的熱點；特別是以硅酸鐵鋰(Li₂FeSiO₄)為代表的硅酸鹽材料，由于穩定的電化學性能和極高的安全性而受到廣泛關注。

納米SiO₂具有原材料來源廣、價格低廉等優點，成為制備Li₂FeSiO₄的較佳選擇，而低品位紅土鎳礦中硅元素的含量約占40％左右，極具綜合利用價值；利用低品位紅土鎳礦提取SiO₂，進而作為鋰離子電池正極材料Li₂FeSiO₄的原料，目前的研究還較少。

發明內容

本發明的目的是提供一種紅土鎳礦酸焙燒-溶出-堿焙燒提取硅并制備硅酸鐵鋰/碳的方法，以紅土鎳礦為原料，先加入硫酸銨進行酸焙燒，再溶出后加入堿進行減焙燒，提取出納米二氧化硅，作為硅源制備硅酸鐵鋰/碳(Li₂FeSiO₄/C)材料，高效利用紅土鎳礦的同時，制備出可用于鋰電池正極的硅酸鹽材料。

本發明的方法包括以下步驟：

1、將紅土鎳礦烘干去除水分，然后破碎并磨細至200目以下，得到紅土鎳礦粉料；

2、將紅土鎳礦粉料和硫酸銨按質量比1:(1～1.5)均勻混合，得到混合物料；