[发明专利]多元一步去除钴溶液中杂质元素Fe、Ca、Cu的方法

说明书

技术领域

本发明涉及钴溶液中金属元素的除杂净化，尤其是去除钴溶液中Fe、Ca、Cu这三种杂质元素、获得纯净钴溶液的方法，所得纯净钴溶液可用于制备四氧化三钴，用作锂离子电池核心正极材料以及其它电子材料。

技术背景

锂离子电池是一种新兴电源，它具有电压高、容量大、安全环保等诸多优点，已得到人们广泛接受和使用。四氧化三钴是锂离子电池的核心正极材料，主要由钴溶液制成碳酸钴或草酸钴等钴盐，然后再经过煅烧等工艺处理制得四氧化三钴。如果钴溶液中其它金属元素——特别是Fe、Ca、Cu这三种杂质元素含量较多的话，四氧化三钴的电化学活性将会降低，进而影响锂离子电池当中钴酸锂的电化学性能；而且，钴溶液杂质高必须会增加后续工序的三废处理费用，且带来钴的损失。

现有技术去除钴溶液中Fe、Ca、Cu的方法，是根据Fe、Ca、Cu的性质，在不同的反应容器中分步或分段进行。现有的除铁方法主要是氧化法，有：氯酸钠氧化法、过硫酸钠氧化法、过氧化氢氧化法等。中国专利“除去水中铁元素的方法”(翁林兴，申请号200610038717.0)公开了一种过氧化氢氧化法，通过加入氢氧化钠溶液，调其PH值为7.2～7.4，再加入过氧化氢溶液，使其中的二价铁氧化成三价铁并沉淀。

现有的除钙方法主要有：聚合硫酸法、氟化法等。现有的除铜方法主要有：硫化法、置换法、萃取法等。高祖德“一种去除镍、钴溶液中的铜的方法”(专利申请号98111806.2)揭示，在除铜前液中加入还原剂进行还原反应，再加入硫化剂进行硫化反应，将沉淀物过滤；金川集团有限公司“一种钴电解液的除铜方法”(专利申请号200410056895.7)，采用硫代硫酸钴作除铜剂，加酸调整溶液PH值为0.5～2.0，在70℃～90℃，反应30～40分钟，生成CuS沉淀，过滤分离沉淀。

由于上述方法是在不同容器内分步或分段进行，应用于钴溶液的除杂净化，不仅设备投入大、费时费力，而且需要重复沉淀和过滤，造成钴元素的流失与浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种多元一步去除钴溶液中Fe、Ca、Cu杂质元素的方法，通过在同一反应容器内，先后加入三种除杂剂，分别形成Fe、Ca、Cu的难溶化合物，然后一次性过滤、净化除杂，不仅可以缩短流程、降低钴损失、降低生产成本，而且加入的除杂剂互不影响，除杂效果好。

本发明的技术解决方案是：多元一步去除钴溶液中杂质元素Fe、Ca、Cu的方法，其特征在于：依次包含以下步骤——

a)用去离子水将工业级的钴盐配制成0.5～2.0M/L的钴盐水溶液，检测其中Fe、Ca、Cu三种元素的含量，并用酸液调节PH为0.5～4.5；

b)在反应容器内加入步骤a)配制的钴盐水溶液，加热到20℃～50℃，然后加入计算量的除杂剂A对Fe元素进行沉淀除质，搅拌5～45分钟；

c)搅拌并加热至80℃～90℃，调节溶液PH值为4.5～5.0，加入计算量的除杂剂B对Ca元素进行沉淀除质，保温并搅拌5～60分钟；

d)进一步加入计算量的除杂剂C对Cu元素进行沉淀除质，保温并搅拌5～60分钟；

e)静置6～24小时，过滤即得净化后的钴溶液，其中Fe、Ca、Cu任何一种元素与钴元素的重量含量之比均低于1∶20000。

本发明的目的还可通过以下技术措施来进一步实现：

上述的多元一步去除钴溶液中杂质元素Fe、Ca、Cu的方法，其中：步骤a)中所述钴盐是氯化钴、硝酸钴或硫酸钴，所述酸液是盐酸、硝酸或硫酸；步骤b)中所述除杂剂A是工业级的次氯酸、次氯酸钠、过氧化钠或双氧水；步骤c)中所述除杂剂B是氟化铵、氟化氢铵或氟化钠；步骤d)中所述除杂剂C是硫化钠或硫化铵的水溶液。

更进一步地，上述的多元一步去除钴溶液中杂质元素Fe、Ca、Cu的方法，其中：步骤c)是用2％～25％氢氧化钠水溶液或氨水调节溶液PH值为4.5～5.0。

由此，本发明根据钴溶液中Fe、Ca、Cu这三种杂质的存在形式，分析其浓度，分别选择合适的沉淀剂，先后控制不同的反应条件分别进行沉淀，最后一次性过滤去除，省去了多次过滤的环节，缩短了工艺流程，减少了钴损失，降低了生产成本。该方法操作简便，所用原料均为市售的工业级产品，处理之后得到的钴溶液当中Fe、Ca、Cu任何一种元素与钴元素的重量含量之比均控制在1∶20000以下，除杂效果好。

具体实施方式