一种氟化法除杂的高纯硫酸锰脱氟方法及脱氟系统技术方案

本发明专利技术公开了一种氟化法除杂的高纯硫酸锰脱氟方法及脱氟系统。本发明专利技术方法是以氟化法除杂的高纯硫酸锰溶液为原料，以浓硫酸为反应剂，以高温蒸汽为吹脱气，经吹脱塔吹脱后完成氟化法除杂的高纯硫酸锰的脱氟；其中，所述吹脱塔内部为真空环境。而本发明专利技术系统由硫酸锰溶液原料储罐、浓硫酸储罐、吹脱塔、蒸汽分气缸、脱氟后硫酸锰溶液储罐、气体冷凝器、氢氟酸储罐和真空机组组成。本发明专利技术首次将吹脱法用于硫酸锰溶液脱氟，通过本发明专利技术的方法可以实现硫酸锰溶液中的氟的脱除，并且不会出现硫酸锰溶液过饱和以及溶解度降低而结晶的现象，具有工艺简单、处理成本低、脱氟纯度高和无新杂质引入的特点；而本发明专利技术的系统具有设计合理，节能降耗的特点。耗的特点。耗的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种氟化法除杂的高纯硫酸锰脱氟方法及脱氟系统


[0001]本专利技术涉及一种高纯硫酸锰脱氟方法及脱氟系统，特别是一种氟化法除杂的高纯硫酸锰脱氟方法及脱氟系统。

技术介绍

[0002]硫酸锰是用于制备镍钴锰酸锂电池正极材料的前驱体，目前对硫酸锰溶液进行深度除杂，从而生产出适合电池正极材料用的电池级硫酸锰是研究的热点。
[0003]电池级硫酸锰的具体标准是：其中钙镁杂质浓度之和要求≤0.05％。但钙、镁离子的物理化学性质与锰相似，去除难度大。而由于钙、镁离子与氟离子形成的氟化钙、氟化镁的溶解度较低，而氟化锰的溶解度较大，所以目前工业上普遍使用氟化锰作为钙、镁离子除杂剂，完成对硫酸锰溶液中钙、镁杂质的去除。
[0004]但氟化锰除钙、镁的反应条件是：当PH值较小时，溶液中的氢离子会与氟化物发生酸效反应生成HF；当PH≥4之后，反应以形成氟化物沉淀为主，随着PH值的升高，钙、镁离子的净化效果逐渐增大。当氟化锰用量为1.5倍理论用量时，钙、镁离子的沉淀率分别为93％和91％；当用量在2.5倍理论用量时钙、镁离子的沉淀率可以达到99％和98％。
[0005]氟化法虽然达到了硫酸锰溶液中钙、镁杂质去除的目的，但由于超量的氟化锰的加入，导致了氟化法处理的硫酸锰溶液中会引入大量的氟离子，浓度甚至高达3000ppm；而氟离子会腐蚀生产设备，严重影响锂电池的性能，因此，需要对其中的氟进行净化处理。
[0006]目前氟化法处理的硫酸锰溶液常见的除氟工艺技术有：(1)离子交换法，通过氟离子与树脂中的阴离子交换去除氟离子；但该方法树脂维护成本高，溶液中氟浓度超过2000ppm时很难去除；(2)除氟剂法，采用絮凝沉淀的方法去除氟离子；但该方法会带入新的杂质，纯度也只能达到2000ppm；(3)萃取法，除氟效果较好，可达到10ppm；但前期要用除氟剂，降低氟含量到2g/L以下才可以萃取，并且成本非常高。
[0007]吹脱法是化工领域脱氟的一种常见方法，主要是依靠高温气体将溶液中的氟化氢气体蒸发后吹出，从而实现溶液中氟化氢的分离。相对于传统的离子交换法、除氟剂法和萃取法，其具有工艺简单、处理成本低、脱氟纯度高和无新杂质引入等优势，因此，在化工领域脱氟工艺中被广泛使用。
[0008]但由于硫酸锰溶液中的氟不以氟化氢的形式存在，并且吹脱法的吹脱温度高，会将溶液中的部分水分吹脱从而使得溶液浓度过饱和，以及硫酸锰在温度高于105℃之后溶解度急剧下降等因素，从而导致硫酸锰结晶，阻碍整个脱氟工艺的顺畅进行，使得传统的吹脱法并不适用于硫酸锰溶液的脱氟，这也是目前没有看到利用吹脱法对硫酸锰溶液进行脱氟的报道的原因。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于，提供一种氟化法除杂的高纯硫酸锰脱氟方法及脱氟系统。本专利技术首次将吹脱法用于硫酸锰溶液脱氟，通过本专利技术的方法可以实现硫酸锰溶液中的氟的
脱除，并且不会出现硫酸锰溶液过饱和以及溶解度降低而结晶的现象，具有工艺简单、处理成本低、脱氟纯度高和无新杂质引入的特点；而本专利技术的系统具有设计合理，节能降耗的特点。
[0010]本专利技术的技术方案：一种氟化法除杂的高纯硫酸锰脱氟方法，是以氟化法除杂的高纯硫酸锰溶液为原料，以浓硫酸为反应剂，以高温蒸汽为吹脱气，经吹脱塔吹脱后完成氟化法除杂的高纯硫酸锰的脱氟；其中，所述吹脱塔内部为真空环境。
[0011]优选方案中，前述的氟化法除杂的高纯硫酸锰脱氟方法，所述方法具体步骤如下：
[0012](1)分别准备好氟化法除杂的高纯硫酸锰溶液、浓硫酸以及高温蒸汽；
[0013](2)利用抽真空装置将吹脱塔内抽真空；
[0014](3)将氟化法除杂的高纯硫酸锰溶液和浓硫酸同时输出并混合，将混合液送入吹脱塔内部的顶端，混合液在自身重力作用下从吹脱塔内部自上而下飘落；与此同时，从吹脱塔的底部吹入高温蒸汽，高温蒸汽将飘落的混合液中的含氟气体吹脱并排出，而飘落的液体则为脱氟后的高纯硫酸锰溶液，实现了氟化法除杂的高纯硫酸锰溶液的脱氟。
[0015]优选方案中，前述的氟化法除杂的高纯硫酸锰脱氟方法，所述含氟气体吹脱后从吹脱塔顶部排出，并经过冷凝系统冷凝后回收氟。
[0016]优选方案中，前述的氟化法除杂的高纯硫酸锰脱氟方法，所述脱氟后的高纯硫酸锰溶液先送入预热器，用于预热氟化法除杂的高纯硫酸锰溶液原料。
[0017]一种氟化法除杂的高纯硫酸锰脱氟系统，包括硫酸锰溶液原料储罐、浓硫酸储罐、吹脱塔、蒸汽分气缸、脱氟后硫酸锰溶液储罐、气体冷凝器、氢氟酸储罐和真空机组；
[0018]所述硫酸锰溶液原料储罐和浓硫酸储罐并联后连接于吹脱塔的进液口；
[0019]所述蒸汽分气缸连接于吹脱塔的进气口；
[0020]所述脱氟后硫酸锰溶液储罐连接于吹脱塔的排液口；
[0021]所述真空机组和气体冷凝器串联后连接于吹脱塔的排气口；
[0022]所述氢氟酸储罐连接于气体冷凝器的排液口。
[0023]优选方案中，前述的氟化法除杂的高纯硫酸锰脱氟系统，所述硫酸锰溶液原料储罐先串联硫酸锰溶液预热器之后再与所述浓硫酸储罐并联；所述硫酸锰溶液预热器为换热式预热器，其高温溶液通道的进出口分别与吹脱塔的排液口和脱氟后硫酸锰溶液储罐的进液口连接。
[0024]优选方案中，前述的氟化法除杂的高纯硫酸锰脱氟系统，所述脱氟后硫酸锰溶液储罐和吹脱塔之间，或脱氟后硫酸锰溶液储罐与硫酸锰溶液预热器之间还设有硫酸锰溶液冷却塔。
[0025]优选方案中，前述的氟化法除杂的高纯硫酸锰脱氟系统，所述吹脱塔由自上而下依次串联的一级填料式吹脱塔、二级填料式吹脱塔和泡罩塔组成；所述泡罩塔的底部和上部之间经外接管道并联有再沸器。
[0026]优选方案中，前述的氟化法除杂的高纯硫酸锰脱氟系统，所述气体冷凝器的排液口与所述吹脱塔的进液口连接；所述气体冷凝器由串联的一级冷凝器和二级冷凝器组成。
[0027]优选方案中，前述的氟化法除杂的高纯硫酸锰脱氟系统，所述真空机组的出气端连接有尾气处理罐。
[0028]本专利技术的有益效果
[0029]1、本专利技术通过以浓硫酸为反应剂，将硫酸锰溶液中的氟离子转换为氟化氢，然后再以吹脱法对氟化氢进行吹脱，从而实现了氟化法除杂的硫酸锰溶液的脱氟目的。
[0030]2、本专利技术以吹脱法进行脱氟，具有工艺简单、处理成本低、脱氟纯度高和无新杂质引入的优点。经实验验证，本专利技术方法的处理成本仅有传统萃取法的成本的1/3左右。
[0031]3、本专利技术在真空环境下进行吹脱，并以蒸汽作为吹脱气体，一方面真空环境会降低吹脱气体的温度，避免硫酸锰出现高温下溶解度急剧下降而结晶的现象，同时，蒸气在吹脱的同时还会向硫酸锰溶液中补入部分的水分，从而弥补因吹脱而流失的水分，避免硫酸锰溶液过饱和而结晶。也就是说，通过本专利技术的工艺，能够实现硫酸锰溶液脱氟目的的同时，还能保证脱氟工艺的顺利进行，适宜工业化推广。
[0032]4、本专利技术通过以硫酸作为反应剂，可与硫酸锰溶液原料中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氟化法除杂的高纯硫酸锰脱氟方法，其特征在于：是以氟化法除杂的高纯硫酸锰溶液为原料，以浓硫酸为反应剂，以高温蒸汽为吹脱气，经吹脱塔吹脱后完成氟化法除杂的高纯硫酸锰的脱氟；其中，所述吹脱塔内部为真空环境。2.根据权利要求1所述的氟化法除杂的高纯硫酸锰脱氟方法，其特征在于，所述方法具体步骤如下：(1)分别准备好氟化法除杂的高纯硫酸锰溶液、浓硫酸以及高温蒸汽；(2)利用抽真空装置将吹脱塔内抽真空；(3)将氟化法除杂的高纯硫酸锰溶液和浓硫酸同时输出并混合，将混合液送入吹脱塔内部的顶端，混合液在自身重力作用下从吹脱塔内部自上而下飘落；与此同时，从吹脱塔的底部吹入高温蒸汽，高温蒸汽将飘落的混合液中的含氟气体吹脱并排出，而飘落的液体则为脱氟后的高纯硫酸锰溶液，实现了氟化法除杂的高纯硫酸锰溶液的脱氟。3.根据权利要求2所述的氟化法除杂的高纯硫酸锰脱氟方法，其特征在于：所述含氟气体吹脱后从吹脱塔顶部排出，并经过冷凝系统冷凝后回收氟。4.根据权利要求2所述的氟化法除杂的高纯硫酸锰脱氟方法，其特征在于：所述脱氟后的高纯硫酸锰溶液先送入预热器，用于预热氟化法除杂的高纯硫酸锰溶液原料。5.一种氟化法除杂的高纯硫酸锰脱氟系统，其特征在于：包括硫酸锰溶液原料储罐(1)、浓硫酸储罐(2)、吹脱塔(3)、蒸汽分气缸(8)、脱氟后硫酸锰溶液储罐(4)、气体冷凝器(5)、氢氟酸储罐(6)和真空机组(7)；所述硫酸锰溶液原料储罐(1)和浓硫酸储罐(2)并联后连接于吹脱塔(3)的进液口；所述蒸汽分气缸(...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟海波，杨颖，
申请(专利权)人：贵州兰鑫石墨机电设备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：