一種回收廢舊磷酸鐵鋰正極材料的方法與流程
2023-06-19 21:24:16 5
本發明涉及鋰電池正極材料回收領域，具體涉及一種回收廢舊磷酸鐵鋰正極材料的方法。
背景技術：
磷酸鐵鋰正極材料由於具有超長的壽命，快速充放電、耐高溫、大容量，無記憶、使用安全等特點而成為當前市場最為看好的鋰電池正極材料，成了製造鋰電池的首選。隨著全球資源的枯竭，而作為新興產品的磷酸鐵鋰電池具有無毒、無汙染、原材料來源廣泛，價格便宜，壽命長，是新一代鋰離子電池的理想正極材料，因而成為了關注的焦點。
大多數廢舊的磷酸鐵鋰動力電池的回收以鋰、鐵有價元素作為重點回收，其磷僅僅是以雜質的形式除掉，鐵回收製備成氧化鐵，生產成本較高，經濟價值不高。
申請號201380053323.0的中國專利公布了一種從舊原電池的含有磷酸鐵鋰的級分中溼法冶金回收鋰的方法。該申請保護的方法是將其中最高5％重量的鋁含量和最大150um粒徑的含有磷酸鐵鋰的級分，導入到至少為相對於含有0.5～3mol/l的硫酸中，且固液比在100～750g/l的範圍內，並在25～70℃的溫度下通過添加至少為相對於磷酸鐵鋰中待被氧化的鐵含量的量的過氧化氫使其溶解，將形成的硫酸鋰溶液分離並將剩餘的殘渣洗滌至少兩次，將分離的硫酸鋰溶液和含有硫酸鋰的洗滌液合併，並通過雙極膜的電滲析將其轉化成氫氧化鋰。或者將最高達5重量％的鋁含量和高達500um的粒徑的含磷酸鐵鋰的級分，導入到至少為相對於該含磷酸鐵鋰級分鐘的鋰含量化學計量的量的濃度為0.5～3mol/l的鹽酸中，且固液比在50～450g/l的範圍內，並在30～70℃的溫度下通過添加相當於原料中鋰的含量的量的過氧化氫使其溶解，將形成的硫酸鋰溶液或氯化鋰溶液分離並將剩餘的殘渣洗滌至少兩次，將分離的硫酸鋰溶液和硫酸鋰的洗滌額或者分離的氯化鋰溶液和含有氯化鋰的洗滌液合併，並通過雙極膜的電滲析將其轉化為氫氧化鋰。此法對原料的浸出中鋰的浸出率達到較高的效率，獲得的鋰純度較高，同時對所提取的回收裝置耐腐蝕性要求較低，缺點是此法中酸的用量較高，鋰的回收方法成本過高，鐵磷作為了雜質可能存在二次排放，對環境產生了二次汙染。
申請號200810030494.2的中國專利公布了一種從廢舊的鋰電池回收中酸浸萃取工藝。該工藝是從廢舊鋰電拆分得到鈷酸鋰和碳粉料用硫酸/雙氧水混合液進行多段逆流酸浸，逆流浸出2～4段，使浸出液ph為2～6，浸出液送萃取工序；萃餘液補加硫酸/雙氧水和過濾時的洗水後，返回酸浸工段；萃餘液循環使用，直到萃餘液中鋰富集至濃度2～10g/l後，沉鋰，處理並排放廢水。該申請主要針對廢舊鋰電池中鈷的回收，其採用了多次酸浸萃取的工藝，雖然在浸出部分與本發明較為接近，但分離手段與本發明差別較大，此方法缺點酸量過高，萃取的成本也較高，同時在此方法中有一定的廢水進行排放，可造成環境的汙染。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種回收廢舊磷酸鐵鋰正極材料的方法，該方法耗酸少，成本低，不會對環境造成二次汙染。
為解決現有技術問題，本發明採取的技術方案為：
一種回收廢舊磷酸鐵鋰正極材料的方法，包括以下步驟：
步驟1，配強酸氧化溶液，其中強酸：氧化劑：亞鐵離子的摩爾體積比為(1.05～1.15)：(2～3)：1；
步驟2，按液固比為(2～5)：1將磷酸鐵鋰廢料加入強酸氧化溶液中，邊攪拌邊加熱到25～50℃反應15～120min後分離得磷酸鐵粗品和含鋰浸出液；
步驟3，將磷酸鐵粗品物理除雜後在300～500℃下煅燒後轉入高能球磨機，以20～50rpm的速度磨碎，得到2～6微米的磷酸鐵；
步驟4，將步驟2得到的含鋰浸出液調節ph除去雜質，得到鋰鹽產品。
作為改進的是，步驟1中強酸：氧化劑：亞鐵離子的摩爾體積比為1.1：2.5：1。
作為改進的是，步驟1中所述強酸為鹽酸、硫酸或硝酸，氧化劑為過氧化氫、過氧化鈉或高錳酸鉀。
作為進一步改進的是，步驟1中強酸為硫酸、氧化劑為過氧化氫。
作為改進的是，步驟2中磷酸鐵鋰廢料與強酸氧化溶液的液固比為3：1，攪拌速度為200～500rpm。
有益效果
與現有技術相比，本發明用低酸和低氧化劑回收方法保證了高的鋰提取率、硫酸鐵的高純度，降低了生產成本、簡化了操作步驟，實現了一次性回收磷酸鐵、鋰鹽，不會產生二次汙染，大大提高了經濟效益。
附圖說明
圖1為本發明工藝流程圖。
具體實施方式
實施例1
一種回收廢舊磷酸鐵鋰正極材料的方法，包括以下步驟：
步驟1，配強酸氧化溶液，其中強酸：氧化劑：亞鐵離子的摩爾體積比為1.1：2：1；
步驟2，按液固比為2：1將磷酸鐵鋰廢料加入強酸氧化溶液中，以200～500rpm的轉速邊攪拌邊加熱到25℃反應30min後分離得磷酸鐵粗品和含鋰浸出液；
步驟3，將磷酸鐵粗品物理除雜後在300℃下煅燒後轉入高能球磨機以20～50rpm的速度磨碎至2～6微米的磷酸鐵；
步驟4，調節浸出液ph除去雜質回收得鋰鹽產品。
其中，步驟1中所述強酸為硫酸，氧化劑為過氧化氫。
檢測結果如下表1所示。
實施例2
除步驟1中氧化劑為過氧化鈉外，其他同實施例1。檢測結果如下表2所示。
實施例3
除步驟1中氧化劑為高錳酸鉀外，其他同實施例1。檢測結果如下表3所示。
從實施例1～3可以看出，本發明方法中氧化劑以過氧化氫的回收效果好。
實施例4
除步驟1中強酸為鹽酸外，其他同實施例1。檢測結果如下表4所示。
實施例5
除步驟1中強酸為硝酸外，其他同實施例1。檢測結果如下表5所示。
從實施例1，4～5可知，本發明方法中強酸為硫酸時的回收效果好。
實施例6
除步驟1中強酸：氧化劑：亞鐵離子的摩爾體積比為1.1：2.5：1外，其他步驟同實施例1。
檢測結果如下表6所示。
實施例7
除步驟1中強酸：氧化劑：亞鐵離子的摩爾體積比為1.1：3：1外，其他步驟同實施例1。
檢測結果如下表7所示。
從上述結果中可以看出，在氧化劑為過氧化氫，強酸為硫酸，強酸：氧化劑：亞鐵離子的摩爾體積比為1.1：2.5：1時，回收率最高。
實施例8
除步驟2中液固比為3：1外，其他步驟同實施例6。
檢測結果如下表8所示。
實施例9
除步驟2中液固比為5：1外，其他步驟同實施例6。
檢測結果如下表9所示。
比較實施例6，8～9可知，在保證其他回收條件相同時，當液固比為3：1時，回收率最高。
對比專利201380053323.3一種從舊原電池的含有磷酸鐵鋰的級分中溼法回收鋰的方法相比，其鋰的回收率低於本發明方法，並而原料中的鐵磷僅作為雜質進行去除，所以本發明相比之下減少了二次排放，避免了對環境的二次汙染。另外，當本發明方法中強酸為硫酸，氧化劑為過氧化氫，強酸：氧化劑：亞鐵離子的摩爾體積比為1.1：2.5：1，液固比為3：1時，回收效率最高，鋰的回收率達99％，鐵的回收率達98％，磷的回收率達97％。因此本發明方法具有良好的工業應用前景。