1.本發(fā)明屬于電池材料技術領域，具體的，涉及一種常壓處理鈷锍制備電池級四氧化三鈷的工藝。

背景技術：

2.鈷锍中富含鈷、鐵、銅等成分，因此在對鈷锍進行常壓處理提取其中的各主要成分時，需要分步對各成分進行提取，最后才能得到純度較高的鈷，現(xiàn)有技術中一般是通過反應生成碳酸銨，再通過碳酸銨高溫焙燒生成四氧化三鈷，但是這種方法制備出來的四氧化三鈷存在振實密度低，顆粒直徑小的問題，其在電池生產(chǎn)應用中難以制備大顆粒的鈷酸鋰，導致鋰電池的電化學性能無法達到需求，為了解決上述問題，提供一種常壓處理鈷锍制備電池級四氧化三鈷的工藝，本發(fā)明提供了以下技術方案。

技術實現(xiàn)要素：

3.本發(fā)明的目的在于提供一種常壓處理鈷锍制備電池級四氧化三鈷的工藝，解決現(xiàn)有技術中制備的四氧化三鈷存在的振實密度低，顆粒直徑小的問題。

4.本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案實現(xiàn)：

5.一種常壓處理鈷锍制備電池級四氧化三鈷的工藝，包括如下步驟：

6.s1、將鈷锍破碎至200-250目后，向其中加入硫酸與氯酸鈉，反應后固液分離，得到富含鐵的濾渣與富含銅和鈷的濾液；

7.s2、通過p204對步驟s1中的濾液進行萃取處理將銅與鈷進行分離，得到除銅后液，通過p507萃取洗滌除銅后液，得到高純富鈷溶液；

8.s3、將高純富鈷溶液與碳酸氫氨溶液按比例同時加入反應釜中，混合均勻；充分反應后，靜置分層，取出底層沉淀的碳酸鈷漿料；

9.s4、向上一步驟得到的碳酸鈷漿料中加入分散劑，充分混合攪拌均勻之后得到晶種漿料，將高純富鈷溶液、碳酸氫銨溶液與晶種漿料同時均勻的加入空的反應釜中，待反應物料完全加入反應釜后，充分反應后，靜置分層，取出底層沉淀的碳酸鈷漿料；

10.s5、按照步驟s3至步驟s4中的方法重復操作，直至碳酸鈷結(jié)晶粒徑達到要求；

11.s6、將碳酸鈷漿料過濾水洗后，烘干，焙燒，得到四氧化三鈷材料。

12.作為本發(fā)明的進一步方案，步驟s3中高純富鈷溶液中鈷離子與碳酸氫銨的摩爾量之比為0.5-0.6：1。

13.作為本發(fā)明的進一步方案，步驟s3中控制反應溫度為38-55℃，反應體系ph值為6.8-7.2，反應過程中反應釜的攪拌轉(zhuǎn)速為80-120r/min。

14.作為本發(fā)明的進一步方案，所述分散劑為聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯吡咯烷酮與碳酸鈷漿料的干重比為0.04-0.2：1。

15.作為本發(fā)明的進一步方案，步驟s4中控制反應溫度為38-55℃，反應體系ph值為6.8-7.2，反應過程中反應釜的攪拌轉(zhuǎn)速為80-120r/min。

16.作為本發(fā)明的進一步方案，步驟s3與步驟s4中參與反應的高純富鈷溶液中鈷離子濃度為80-120g/l，碳酸氫銨溶液的質(zhì)量分數(shù)為30％-45％。

17.作為本發(fā)明的進一步方案，步驟s6中在溫度35-80攝氏度的溫度下烘干，然后在260-470℃的溫度下焙燒2-3h，然后提升溫度至650-860℃，繼續(xù)焙燒處理3-6h，得到四氧化三鈷材料。

18.作為本發(fā)明的進一步方案，步驟s4中通過均混裝置將高純富鈷溶液、碳酸氫銨溶液以及晶種漿料均勻混合后進入反應釜中進行結(jié)晶；

19.所述均混裝置包括鈷輸送倉、碳酸氫銨輸送倉以及漿料輸送倉，所述鈷輸送倉通過第二傳輸管道與均混管道連通，漿料輸送倉通過第三傳輸管道與均混管道連通，碳酸氫銨輸送倉通過第一傳輸管道與均混管道連通；

20.第一傳輸管道與第二傳輸管道上均設置有流量控制閥，第三傳輸管道內(nèi)設置有螺旋輸送機；

21.所述均混管道內(nèi)轉(zhuǎn)動設置有攪拌軸；

22.所述第二傳輸管道的出料端以及第三傳輸管道的出料端均處于第一傳輸管道的出料端上方。

23.本發(fā)明的有益效果：

24.(1)本發(fā)明通過將富鈷溶液與碳酸氫銨溶液的反應物結(jié)晶作為下一次反應的晶種，通過反復的操作，能夠有效提升最終得到的碳酸鈷晶體的粒徑，從而提升后續(xù)制備得到的四氧化三鈷的顆粒直徑，提升四氧化三鈷在電池行業(yè)中的應用價值；

25.(2)本發(fā)明通過在反應得到的晶體漿料中加入聚乙烯吡咯烷酮作為分散劑，有效提升晶體的分散性能。從而提升后續(xù)結(jié)晶得到的晶體粒徑分布的均勻性，從而提升最終得到的四氧化三鈷在鋰電池生產(chǎn)的應用價值；

26.(3)本發(fā)明通過均混裝置對高純富鈷溶液、晶種漿料以及碳酸氫銨溶液進行混合，具體首先將晶種漿料均勻混合在鈷溶液中，然后再將混合物與碳酸氫銨溶液均勻混合，能夠減少碳酸氫銨溶液與高純富鈷溶液先混合或者與晶種漿料同時混合導致碳酸氫銨溶液與鈷離子反應生成新的小顆粒晶體的情況，有利于大顆粒晶體的形成，使晶種發(fā)揮效力，另外，混合完成的混合相會直接傳輸進入反應釜中，避免了直接在反應釜中進行混合導致的分散不均勻的情況。

附圖說明

27.下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

28.圖1是本發(fā)明均混裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

29.圖中：1、碳酸氫銨輸送倉；2、鈷輸送倉；3、漿料輸送倉；4、均混管道；5、驅(qū)動電機；11、第一傳輸管道；21、第二傳輸管道；31、第三傳輸管道；51、攪拌軸。

具體實施方式

30.下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它

實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

31.一種常壓處理鈷锍制備電池級四氧化三鈷的工藝，包括如下步驟：

32.s1、將鈷锍破碎至200-250目后，向其中加入硫酸與氯酸鈉，反應后固液分離，得到富含鐵的濾渣與富含銅和鈷的濾液；

33.由于鈷锍原料中主要含金屬鈷、金屬鐵、合金形態(tài)和部分硫化物存在，其中金屬鈷、金屬鐵易與稀酸反應，但合金形態(tài)金屬、硫化物需氧化助溶。根據(jù)物料溶解特征，溶解耗酸而除鐵釋放酸的特點，通過電位儀測定溶液體系中的電位值、溶液的ph值、溫度等參數(shù)，然后向其中補充氯酸鈉來控制反應速度；且得到渣過濾性能好的針鐵礦和黃鈉鐵礬，有利于下一步制鐵紅的工序。

34.s2、通過p204對步驟s1中的濾液進行萃取處理將銅與鈷進行分離，得到除銅后液，通過p507萃取洗滌除銅后液，除去其中的鎂、鎳等雜質(zhì)，得到高純富鈷溶液；

35.s3、對上一步驟制備得到的高純富鈷溶液進行濃縮，使其中的鈷離子濃度達到80-120g/l，然后將其與質(zhì)量分數(shù)為30％-45％的碳酸氫氨溶液按比例同時加入反應釜中，在添加高純富鈷溶液與碳酸氫銨溶液時，不斷對進入反應釜的兩種溶液進行混合攪拌，使其充分的混合均勻；

36.待高純富鈷溶液與碳酸氫銨溶液完全加入反應釜后，繼續(xù)混合攪拌5-15min，使兩者充分反應后，靜置分層，取出底層沉淀的碳酸鈷漿料；

37.其中高純富鈷溶液中鈷離子與碳酸氫銨的摩爾量之比為0.5-0.6：1；

38.反應過程中控制反應溫度為38-55℃，反應體系ph值為6.8-7.2，反應過程中反應釜的攪拌轉(zhuǎn)速為80-120r/min；

39.s4、向上一步驟得到的碳酸鈷漿料中加入分散劑，充分混合攪拌均勻之后得到晶種漿料，將鈷離子濃度為80-120g/l的高純富鈷溶液、質(zhì)量分數(shù)為30％-45％的碳酸氫銨溶液與晶種漿料同時均勻的加入空的反應釜中，反應過程中控制反應溫度為38-55℃，反應體系ph值為6.8-7.2，反應過程中反應釜的攪拌轉(zhuǎn)速為80-120r/min；

40.待反應物料完全加入反應釜后，繼續(xù)混合攪拌5-15min，使兩者充分反應后，靜置分層，取出底層沉淀的碳酸鈷漿料；

41.此處所用的晶種漿料為步驟s4中混合得到所有晶種漿料；

42.所述分散劑為聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯吡咯烷酮與碳酸鈷漿料的干重比為0.04-0.2：1；

43.具體的，本發(fā)明通過均混裝置將高純富鈷溶液、碳酸氫銨溶液以及晶種漿料均勻混合后進入反應釜中進行結(jié)晶；

44.如圖1所示，所述均混裝置包括鈷輸送倉2、碳酸氫銨輸送倉1以及漿料輸送倉3，所述鈷輸送倉2通過第二傳輸管道21與均混管道4連通，漿料輸送倉3通過第三傳輸管道31與均混管道4連通，碳酸氫銨輸送倉1通過第一傳輸管道11與均混管道4連通；

45.第一傳輸管道11與第二傳輸管道21上均設置有流量控制閥，第三傳輸管道31內(nèi)設置有螺旋輸送機，通過螺旋輸送機控制漿料輸送倉3傳輸進入均混管道4中的流量；

46.所述均混管道4內(nèi)轉(zhuǎn)動設置有攪拌軸51，攪拌軸51用于對進入均混管道4的碳酸氫銨溶液、鈷溶液以及晶種漿料進行均勻的混合，攪拌軸51的一端與驅(qū)動電機5的軸伸端連接，攪拌軸51通過驅(qū)動電機5驅(qū)動轉(zhuǎn)動；

47.所述第二傳輸管道21的出料端以及第三傳輸管道31的出料端均處于第一傳輸管道11的出料端上方；

48.均混裝置在工作時，驅(qū)動電機5驅(qū)動攪拌軸51轉(zhuǎn)動，通過第二傳輸管道21向均混管道4中輸入高純富鈷溶液，同時通過第三傳輸管道31向均混管道4中按比例輸入晶種漿料，兩者的混合物在攪拌混合的過程中受重力作用在均混管道4內(nèi)向下傳輸，然后再與第一傳輸管道11輸送的碳酸氫銨溶液均勻混合后向下傳輸至反應釜內(nèi)，該方法通過首先將晶種漿料均勻混合在鈷溶液中，然后再將混合物與碳酸氫銨溶液均勻混合，能夠減少碳酸氫銨溶液與高純富鈷溶液先混合或者與晶種漿料同時混合導致碳酸氫銨溶液與鈷離子反應生成新的小顆粒晶體的情況，有利于大顆粒晶體的形成，使晶種發(fā)揮效力，另外，混合完成的混合相會直接傳輸進入反應釜中，避免了直接在反應釜中進行混合導致的分散不均勻的情況。

49.s5、按照步驟s3至步驟s4中的方法重復操作，直至碳酸鈷結(jié)晶粒徑達到要求；

50.s6、將碳酸鈷漿料過濾水洗后，在溫度35-80攝氏度的溫度下烘干，然后在260-470℃的溫度下焙燒2-3h，然后提升溫度至650-860℃，繼續(xù)焙燒處理3-6h，得到四氧化三鈷材料。

51.本發(fā)明通過將富鈷溶液與碳酸氫銨溶液的反應物結(jié)晶作為下一次反應的晶種，通過反復的操作，能夠有效提升最終得到的碳酸鈷晶體的粒徑，從而提升后續(xù)制備得到的四氧化三鈷的顆粒直徑，提升四氧化三鈷在電池行業(yè)中的應用價值；

52.本發(fā)明還通過在反應得到的晶體漿料中加入聚乙烯吡咯烷酮作為分散劑，有效提升晶體的分散性能，使晶體作為晶種能夠快速均勻的分散在液相中。從而提升后續(xù)結(jié)晶得到的晶體粒徑分布的均勻性，從而提升最終得到的四氧化三鈷在鋰電池生產(chǎn)的應用價值。

53.在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以及特定的方位構(gòu)造和操作，因此，不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，“第一”、“第二”僅由于描述目的，且不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數(shù)量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者多個該特征。本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

54.在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”“相連”“連接”等應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接連接，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

55.以上對本發(fā)明的一個實施例進行了詳細說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。技術特征：

1.一種常壓處理鈷锍制備電池級四氧化三鈷的工藝，其特征在于，包括如下步驟：s1、將鈷锍破碎至200-250目后，向其中加入硫酸與氯酸鈉，反應后固液分離，得到富含鐵的濾渣與富含銅和鈷的濾液；s2、通過p204對步驟s1中的濾液進行萃取處理將銅與鈷進行分離，得到除銅后液，通過p507萃取洗滌除銅后液，得到高純富鈷溶液；s3、將高純富鈷溶液與碳酸氫氨溶液按比例同時加入反應釜中，混合均勻；充分反應后，靜置分層，取出底層沉淀的碳酸鈷漿料；s4、向上一步驟得到的碳酸鈷漿料中加入分散劑，充分混合攪拌均勻之后得到晶種漿料，將高純富鈷溶液、碳酸氫銨溶液與晶種漿料同時均勻的加入空的反應釜中，待反應物料完全加入反應釜后，充分反應后，靜置分層，取出底層沉淀的碳酸鈷漿料；s5、按照步驟s3至步驟s4中的方法重復操作，直至碳酸鈷結(jié)晶粒徑達到要求；s6、將碳酸鈷漿料過濾水洗后，烘干，焙燒，得到四氧化三鈷材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種常壓處理鈷锍制備電池級四氧化三鈷的工藝，其特征在于，步驟s3中高純富鈷溶液中鈷離子與碳酸氫銨的摩爾量之比為0.5-0.6：1。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種常壓處理鈷锍制備電池級四氧化三鈷的工藝，其特征在于，步驟s3中控制反應溫度為38-55℃，反應體系ph值為6.8-7.2，反應過程中反應釜的攪拌轉(zhuǎn)速為80-120r/min。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種常壓處理鈷锍制備電池級四氧化三鈷的工藝，其特征在于，所述分散劑為聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯吡咯烷酮與碳酸鈷漿料的干重比為0.04-0.2：1。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種常壓處理鈷锍制備電池級四氧化三鈷的工藝，其特征在于，步驟s4中控制反應溫度為38-55℃，反應體系ph值為6.8-7.2，反應過程中反應釜的攪拌轉(zhuǎn)速為80-120r/min。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種常壓處理鈷锍制備電池級四氧化三鈷的工藝，其特征在于，步驟s3與步驟s4中參與反應的高純富鈷溶液中鈷離子濃度為80-120g/l，碳酸氫銨溶液的質(zhì)量分數(shù)為30％-45％。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種常壓處理鈷锍制備電池級四氧化三鈷的工藝，其特征在于，步驟s6中在溫度35-80攝氏度的溫度下烘干，然后在260-470℃的溫度下焙燒2-3h，然后提升溫度至650-860℃，繼續(xù)焙燒處理3-6h，得到四氧化三鈷材料。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種常壓處理鈷锍制備電池級四氧化三鈷的工藝，其特征在于，步驟s4中通過均混裝置將高純富鈷溶液、碳酸氫銨溶液以及晶種漿料均勻混合后進入反應釜中進行結(jié)晶；所述均混裝置包括鈷輸送倉(2)、碳酸氫銨輸送倉(1)以及漿料輸送倉(3)，所述鈷輸送倉(2)通過第二傳輸管道(21)與均混管道(4)連通，漿料輸送倉(3)通過第三傳輸管道(31)與均混管道(4)連通，碳酸氫銨輸送倉(1)通過第一傳輸管道(11)與均混管道(4)連通；第一傳輸管道(11)與第二傳輸管道(21)上均設置有流量控制閥，第三傳輸管道(31)內(nèi)設置有螺旋輸送機；所述均混管道(4)內(nèi)轉(zhuǎn)動設置有攪拌軸(51)；所述第二傳輸管道(21)的出料端以及第三傳輸管道(31)的出料端均處于第一傳輸管道(11)的出料端上方。

技術總結(jié)

本發(fā)明公開了一種常壓處理鈷锍制備電池級四氧化三鈷的工藝，通過將富鈷溶液與碳酸氫銨溶液的反應物結(jié)晶作為下一次反應的晶種，通過反復的操作，能夠有效提升最終得到的碳酸鈷晶體的粒徑，從而提升后續(xù)制備得到的四氧化三鈷的顆粒直徑，提升四氧化三鈷在電池行業(yè)中的應用價值；本發(fā)明通過在反應得到的晶體漿料中加入聚乙烯吡咯烷酮作為分散劑，有效提升晶體的分散性能。從而提升后續(xù)結(jié)晶得到的晶體粒徑分布的均勻性，從而提升最終得到的四氧化三鈷在鋰電池生產(chǎn)的應用價值。在鋰電池生產(chǎn)的應用價值。在鋰電池生產(chǎn)的應用價值。

技術研發(fā)人員：鄭良明

受保護的技術使用者：珠海市科立鑫金屬材料有限公司

技術研發(fā)日：2022.03.08

技術公布日：2022/7/15