[发明专利]一种由高锰酸钾锰废渣制备锰酸锂正极材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学电源材料制备技术领域，尤其涉及一种由高锰酸钾废渣制备锰酸锂正极材料的方法。

背景技术

高锰酸钾广泛用于医药、化工、冶金、环保等等行业。世界高锰酸钾年生产能力在8万吨以上，但是生产高锰酸钾产生的废渣对环境污染问题严重。没生产1吨高锰酸钾会产生0.4吨的锰废渣，而现有的锰废渣的大多采用堆码或填埋方式做暂时处理，增加了企业土地征用和场地处置等费用，增加了生产成本，消耗了土地资源，且长期的储存造成严重的环境污染。

生产高锰酸钾产生的锰废渣内主要含有二氧化锰、二氧化硅、三氧化二铁、盐酸溶解总钾、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁、水溶性高价锰等，因此这些锰废渣实际上是一种二次资源。但是，对高锰酸钾废渣采取简易堆放或填埋，而不进行再次利用，且不采取任何防渗、密封和渗滤液处理等治理措施，容易造成资源浪费，环境污染。因此如何对高锰酸钾废渣综合利用，是本领域技术人员的一个研究方向。

因此，本领域亟需一种生产高锰酸钾产生的锰废渣的二次利用方法。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种高锰酸钾锰废渣二次利用的方法，所述方法利用高锰酸钾锰废渣，提取碳酸锰，与锂源反应得到锰酸锂正极材料，实现了高锰酸钾锰废渣的二次利用，提高了其利用率，解决了高锰酸钾锰废渣对环境的污染问题。

本发明通过如下技术方案实现：

一种由高锰酸钾锰废渣制备锰酸锂正极材料的方法，包括如下步骤：

（1）将高锰酸钾锰废渣经离子反应得到碳酸锰；

（2）将所得碳酸锰与锂源混合，进行高温固相反应，制备锰酸锂正极材料。

本发明所述高锰酸钾锰废渣是生产高锰酸钾过程中排出的废渣。

优选地，所述高锰酸钾锰废渣主要含有二氧化锰、高锰酸钾、可溶性盐类、硅酸盐以及金属氧化物，所述金属氧化物的金属选自铁、镁、钙或铝中的任意1种或至少2种的组合；

优选地，所述高锰酸钾锰废渣中，二氧化锰占高锰酸钾锰废渣总重量的35～45%，，如37%、39%、43%、44%等，高锰酸钾占高锰酸钾废渣总重量的3～7%，例如3.1%、3.9%、4.4%、4.8%、5.5%、6.4%、6.8%等。

本发明步骤（1）所述离子反应包括如下步骤：

（1a）粗选：取高锰酸钾锰废渣，加入水，过滤除去高锰酸钾和可溶性盐类，得到滤渣I；

（1b）加入稀盐酸：在滤渣I中加入稀盐酸，静置，过滤，得到滤渣II；

（1c）提取锰：在滤渣II中加入浓盐酸，静置，过滤，得到氯化锰滤液；

（1d）加入碳酸钠：在氯化锰滤液中加入碳酸钠，得到碳酸锰沉淀，之后经洗涤，烘干后得碳酸锰。

其中，步骤（1b）中稀盐酸的温度≤35℃，例如18℃、22℃、27℃、32℃等，优选10～30℃；所述稀盐酸的浓度优选为1～3mol/L。

优选地，步骤（1c）中浓盐酸的温度为50～70℃，优选58.4℃；所述浓盐酸的浓度优选为12～13mol/L。

本发明步骤（1）所述离子反应过程中，步骤（1a）所述水的添加量为高锰酸钾锰废渣质量的5～10倍，例如6倍、7倍、8倍、9倍等，优选6～8倍。

优选地，步骤（1b）所述稀盐酸的添加量为滤渣I质量的2～5倍，例如2.2倍、2.7倍、3.2倍、3.7倍、4倍、4.3倍、4.8倍等，优选2～4倍；所述静置的时间优选为0.5h～3h，例如0.6h、0.8h、1.2h、1.6h、1.8h、2.3h、2.6h、2.9h等，优选1～2h；

优选地，步骤（1c）所述浓盐酸的添加量为滤渣II质量的2～5倍，例如2.2倍、2.7倍、3.2倍、3.7倍、4倍、4.3倍、4.8倍等，优选2～4倍；所述静置的时间优选为0.5h～3h，例如0.6h、0.8h、1.2h、1.6h、1.8h、2.3h、2.6h、2.9h等，优选1～2h。

本发明所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂、醋酸锂、氯化锂中的任意1种或至少2种的组合，所述组合例如碳酸锂和氢氧化锂的组合，草酸锂和氯化锂的组合，草酸锂和醋酸锂的组合，碳酸锂、氢氧化锂和氯化锂的组合等。

本发明步骤（2）所述高温固相法反应中，碳酸锰和锂源按照锰元素和锂元素摩尔比为2:1的比例混合。

本发明所述高温固相法反应的温度为700～850℃，例如702℃、715℃、735℃、750℃、768℃、789℃、806℃、815℃、835℃、845℃、848℃等，反应时间为15～25h，例如16h、17h、19h、21h、22h、24h等。