用于镍的氧化浸出的连续方法与流程

本发明涉及用于制造硫酸镍的方法。

背景技术：

1、已经发现二次锂离子电池（lib）广泛应用于便携式设备和电动车辆中以及专门的航空航天应用中。可重复使用电池的重要特性包括充电/放电效率、循环耐久性、能量密度和安全性。许多发展集中于改进lib的阴极的性能。

2、除了锂钴氧化物、锂锰氧化物和磷酸铁锂之外，锂镍锰钴氧化物（“nmc”，linixmnycozo2）和锂镍钴铝氧化物（“nca”，linixcoyalzo2）由于其优异的性能而已经受到大量关注。它们可以通过将合适的混合金属前体与合适的锂化合物混合并随后对该混合物进行热处理而容易地获得。进一步的加工步骤被广泛报道，例如用于掺杂另外的元素、提供表面涂层、改善微晶尺寸等。

3、对电动车辆（ev）的日益增长的需求已导致对高纯度镍特别是对高纯度硫酸镍的需求增加。实际上，用于制备高纯度镍的镍精炼被认为对于下一个十年中电池材料的供应是极为重要的。此类镍精炼将需要实现该方法的高容量和高效率以产生所需量和高纯度的所需硫酸镍。因此，需要开发和优化新的方法。在其他方法中，从高纯度镍金属中氧化浸出ni被认为是更有前途的途径之一。

4、在过氧化氢的存在下在硫酸中浸出ni金属的方法根据以下反应进行：

5、ni + h2o2 + h2so4 -> niso4 + 2 h2o

6、该方法也被称为ni金属的氧化浸出，这是一种高度放热的（-423 kj/mol）的过程。

7、wo 2021/105 365描述了一种通过在硫酸水溶液中浸出包含镍的金属颗粒来制造硫酸镍的方法，所述方法包括以下步骤：-将金属颗粒引入硫酸水溶液中；-将过氧化氢水溶液引入含有金属颗粒的硫酸水溶液中，其中将该过氧化氢水溶液逐渐引入含有金属颗粒的硫酸水溶液中。然而，需要新方法以提供允许容易操作、高通量和反应物的优化使用的新方法。jp 2011/126757描述了一种用于生产具有低含量游离硫酸的硫酸镍水溶液的方法。该方法包括将金属镍块填充到金属溶解塔中，从金属溶解塔的上部进料加热的硫酸，同时从金属溶解塔的下部进料空气或氧气。然而，此类方法可能遭受在所产生的工艺输出物中夹带未反应的金属细粒。

技术实现思路

1、本发明通过提供根据权利要求1所述的用于氧化浸出ni的方法来提供针对至少一个上述问题的解决方案。优选地，该方法在塔式反应器中在连续流动条件下进行，其中该氧化浸出溶液中的酸浓度基本上被消耗。更具体地，氧化浸出溶液中的酸被消耗到所得硫酸镍溶液的温度升高到正好低于该溶液沸点的温度的程度。本发明人已经发现，在此类条件下，ni向硫酸镍的转化率被最大化，并且因此塔的容量也被最大化。本发明的方法示意性地显示于图1中。

技术特征：

1.一种在塔式反应器（r）中通过氧化浸出含有镍的金属颗粒来制备硫酸镍溶液（n）的方法，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤ii.中经由所述塔式反应器的底部段将在水中包含硫酸和过氧化氢的所述氧化浸出溶液进料到所述反应段，并且其中在步骤iii.中经由所述塔式反应器的顶部段将所述硫酸镍溶液从所述反应段中排出。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤ii.中获得的所述硫酸镍溶液的硫酸浓度（csa,o）与所述氧化浸出溶液的硫酸浓度（csa,i）的比率在0.70与0.02之间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中由所述塔式反应器中的所述氧化浸出溶液组成的液体体积具有直径dl和高度hl，其中所述高度与所述直径的比率hl:dl在1.0与10.0之间，优选地在1.5与8.0之间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中将所述氧化浸出溶液在50℃至85℃的温度下进料到所述反应器中。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中在90℃至100℃的温度下从所述反应器中除去所述硫酸镍溶液。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中将所述硫酸镍溶液的第一级分φ1从高于90℃的温度冷却至低于85℃的温度，并且其中将所述级分φ1与硫酸和/或过氧化氢混合以形成氧化浸出溶液，然后将所述氧化浸出溶液进料到所述反应器中。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中将所述硫酸镍溶液的第一级分φ1与硫酸和/或过氧化氢混合以形成氧化浸出溶液，然后将所述氧化浸出溶液进料到所述反应器中，其中所述第一级分φ1与所述硫酸镍溶液的总体积的体积比在0.70与0.95之间。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中从所述第一级分φ1的冷却步骤回收的热量至少部分地用于加热所述氧化浸出溶液和/或所述反应器的内容物。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中使所述硫酸镍溶液的第二级分φ2经受纯化步骤以降低在所述第二级分φ2中的一种或多种杂质的浓度，其中所述杂质包含选自包括cu、zn、co、mn、fe、al、f、c、ca、si、p、as、cd、sb和mg的列表的一种或多种。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述含有镍的金属颗粒包含相对于所述金属颗粒的总重量至少96重量%的量的镍。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述氧化浸出溶液包含20g/l至100g/l的量的硫酸。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述氧化浸出溶液包含1.5g/l至30g/l的量的过氧化氢。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中过氧化氢以相对于存在于进料到所述塔式反应器中的所述氧化浸出溶液中的硫酸的量为亚化学计量的量存在于所述氧化浸出溶液中。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中使所述塔式反应器的溢流段中的气体气氛循环通过洗涤器。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中所述氧化浸出溶液与所述金属颗粒在大气压下或在小于0.2个大气压的减压下接触。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中控制所述塔式反应器以确保从所述塔式反应器获得的所述硫酸镍溶液具有在1g/l与20g/l之间的残余硫酸含量（csa,o）。

技术总结本发明提供了一种在塔式反应器中制备硫酸镍溶液的方法，其中使含有镍的金属颗粒与在水中包含硫酸和过氧化氢的氧化浸出溶液发生反应，并且其中该氧化浸出溶液中的酸基本上被消耗。技术研发人员：巴尔特·克拉森,马尔约·维勒肯斯受保护的技术使用者：尤米科尔公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14