本發明專利技術公開了一種報廢鋰電池鐵磷渣制備磷酸鐵材料的方法，首先利用有機酸對高鋁雜質鐵磷渣進行鋁選擇性浸出，使鋁與鐵磷分離，得到除鋁鐵磷渣；然后采用無機酸對除鋁鐵磷渣進行浸出，得到鐵磷溶液；再然后將鐵磷溶液與配位強化劑進行配位強化；最后再與沉淀劑沉淀，經過濾、洗滌、干燥后即得到窄粒度分布電池級磷酸鐵。該方法有效解決了報廢鋰電池回收時，鐵磷組分沒有得到高值化利用且其內鋁雜質含量高的問題，通過鋁選擇性浸出除去鋁雜質，再通過配位強化，大幅降低鐵磷溶液沉淀時的磷酸鐵的形核速率，保證制備的磷酸鐵具有窄的粒度分布，使獲得的磷酸鐵顆粒大小分布均勻，產品振實密度高。振實密度高。振實密度高。
【技術實現步驟摘要】
一種報廢鋰電池鐵磷渣制備磷酸鐵材料的方法
[0001]本專利技術涉及報廢鋰電池回收領域，尤其涉及一種報廢鋰電池鐵磷渣制備磷酸鐵材料的方法。
技術介紹
[0002]隨著國內新型能源汽車的快速發展，其中磷酸鐵鋰電池（以下簡稱鋰電池）因具有良好的高溫穩定性和循環使用壽命等特點，在新型能源汽車中的應用廣泛。鋰電池使用量也顯著增大。當鋰電池使用壽命結束后便有大量報廢鋰電池退役且急需回收處理。
[0003]報廢鋰電池中含有大量具有回收價值的鋰、鐵、鋁等金屬，同時電池中電解液、重金屬等若不加以妥善處理均會對人類健康和自然環境造成傷害。因此，從報廢資源循環利用和環境保護的角度考慮，對報廢鋰電池的回收利用進程都非常迫切。
[0004]當前報廢鋰電池主要通過拆解、破碎、浸出、沉鋰等過程進行回收，其經過沉鋰提取鋰元素后，會產生廢鐵磷渣，因廢鐵磷渣中鋁雜質含量高，且磷酸鐵的Ksp值較小，沉淀時鐵磷極易形核，沉淀過程中不斷形成新核并生成細小顆粒，與此同時磷酸鐵顆粒快速沉淀在已形核顆粒上，形成越來越大的顆粒，最終結果是粒度分布變寬，顆粒大小不均勻，導致鐵磷元素回收的附加值低，因此廢鐵磷渣多作為建筑材料的原料使用，鐵磷組分沒有得到高值化利用。
技術實現思路
[0005]本申請實施例通過提供一種報廢鋰電池鐵磷渣制備磷酸鐵材料的方法，解決了現有技術中報廢鋰電池回收時，鐵磷組分沒有得到高值化利用且其內鋁雜質含量高的問題，實現了報廢鋰電池鐵磷渣的高值化回收利用，優選條件下形成可重新用于制備電池正極的電池級磷酸鐵，使得鋰電池回收過程形成閉路循環。
[0006]本申請實施例提供了一種報廢鋰電池鐵磷渣制備磷酸鐵材料的方法，包括如下步驟：1）選擇性鋁浸：利用有機酸對高鋁雜質鐵磷渣進行鋁選擇性浸出，使鋁以離子的形式進入溶液中，與鐵磷分離，得到除鋁鐵磷渣；2）鐵磷浸出：采用無機酸對除鋁鐵磷渣進行浸出，得到鐵磷溶液；3）配位強化：鐵磷溶液與配位強化劑進行配位強化；4）液相沉淀：配位強化后的鐵磷溶液與沉淀劑沉淀，然后經過濾、洗滌、干燥后得到磷酸鐵。
[0007]為實現對雜質鋁的有效去除，同時避免鐵元素的損耗，本專利技術提出有機酸與無機酸聯合浸出，通過有機酸對鐵磷渣的鋁進行優先選擇性浸出，既能實現鋁的浸出，又能避免鐵的浸出，除鋁后的鐵磷渣采用無機酸浸出。
[0008]作為本專利技術實施例的優選，步驟1）所述有機酸包括乙二酸、3
?
羥基丙酸、蘋果酸、古龍酸、琥珀酸中的一種或多種。
[0009]作為本專利技術實施例的優選，步驟1）選擇性除鋁時，有機酸的濃度為3mol/L～8mol/L，有機酸與鐵磷渣的液固比為3：1mL/g～5：1mL/g。浸出時間為2h～8h，浸出溫度為20℃～30℃，選擇性浸出時伴隨攪拌，攪拌線速度為5m/s～10m/s。
[0010]作為本專利技術實施例的優選，步驟2）除鋁后的鐵磷渣進行無機酸浸出時無機酸為鹽酸、硫酸、硝酸中的一種或多種。
[0011]作為本專利技術實施例的優選，步驟2）所述無機酸的濃度為6mol/L～12mol/L，無機酸與除鋁鐵磷渣的液固比為2：1mL/g～5：1mL/g，無機酸浸出的溫度為40℃～70℃，時間為1h～8h，浸出過程中伴隨攪拌，攪拌線速度為5m/s～25m/s。
[0012]作為本專利技術實施例的優選，步驟3）所述配位強化劑包括硫代硫化鈉、乙酰丙酮、草酸、草酸鈉、乳酸、乳酸鈉、磺基水楊酸、磺基水楊酸鈉中的一種或多種混合。
[0013]作為本專利技術實施例的優選，步驟3）中配位強化劑的加入量為鐵磷溶液質量的0.1%～0.5%。配位強化劑加入后，先攪拌0.5h～1h，攪拌線速度為2m/s～5m/s，攪拌完成后對鐵磷溶液進行靜置陳化，陳化時間為1h～3h。
[0014]作為本專利技術實施例的優選，步驟4）沉淀時，沉淀劑為氫氧化鈉、碳酸鈉、氨水、尿素、碳酸氫鈉中的一種或多種，沉淀劑的濃度優選為80g/L～180g/L。
[0015]作為本專利技術實施例的優選，步驟4）液相沉淀包括：41）反應開始前：預先填充反應釜體積5%～10%的沉淀劑溶液作為底液；42）磷酸鐵形核階段：然后將配位強化后的鐵磷溶液加入底液中進入磷酸鐵形核階段，保持溫度為50℃～70℃，攪拌線速度為5m/s～10m/s，調節配位強化后的鐵磷溶液進料速率使得底液pH以每小時下降1的速度下降至pH為3時，磷酸鐵形核階段結束；43）生長階段：磷酸鐵形核結束后進入生長階段，保持溫度為50℃～70℃，攪拌線速度為8m/s～12m/s，將沉淀劑與配位強化后的鐵磷溶液同時加入底液中，調節配位強化后的鐵磷溶液與沉淀劑溶液的進料速率維持底液pH為3
±
0.2，至磷酸鐵中位粒徑為1μm～3μm時，生長階段結束；44）反應完成后：配位強化后的鐵磷溶液與沉淀劑沉淀后形成的磷酸鐵懸浮液經過濾、洗滌、干燥后得到窄粒度分布電池級磷酸鐵。
[0016]為降低鐵磷的形核速率，本專利技術提出對鐵磷溶液進行配位強化，通過鐵與配位強化劑的配位作用，大幅降低后續鐵磷溶液沉淀時的形核速率，保證制備的磷酸鐵顆粒的粒度均勻，即獲得窄粒度分布的磷酸鐵。窄粒度分布指的是一種特殊的非常均勻的物質狀態，具有窄粒度分布的產品具有優異的一致性和穩定性，可以用于制備高性能材料。
[0017]在本專利技術中，配位強化后的鐵磷溶液與沉淀劑沉淀后形成的磷酸鐵懸浮液的過濾、洗滌、干燥方式不做特別的限定，以最終獲得的窄粒度分布電池級磷酸鐵不含任何形式的水為準。
[0018]本申請實施例中提供的一個或多個技術方案，經濟、有效的對報廢鋰電池鐵磷渣進行了處理處置和回收，實現報廢鋰電池鐵磷渣的高值化回收利用，將廢舊鋰電池回收過程中產生的高鋁雜質鐵磷渣制備成了振實密度高，產品一致性好的窄粒度分布電池級磷酸鐵，該磷酸鐵作為前驅體可重新用于制備電池用磷酸鐵鋰，實現鋰電池的閉路循環，具體來說，至少具有如下技術效果或優點：1、由于采用了有機酸與無機酸聯合浸出，通過有機酸對鐵磷渣的鋁進行優先選擇
性浸出，除鋁時僅溶解鋁，避免鐵的溶出，在除鋁后再通過無機酸對除鋁后鐵磷渣進行浸出，進一步獲得電池級磷酸鐵，有效解決了報廢鋰電池回收時，鐵磷組分沒有得到高值化利用且其內鋁雜質含量高的問題，進而實現了雜質鋁的有效去除，同時避免了鐵磷元素的損耗。
[0019]2、為降低鐵磷的形核速率，本申請對鐵磷溶液進行配位強化，通過鐵與配位強化劑的配位作用，大幅降低后續鐵磷溶液沉淀時的形核速率，在優選條件下，保證制備的磷酸鐵顆粒的粒度均勻，即獲得窄粒度分布的磷酸鐵，該磷酸鐵顆粒大小分布均勻，產品振實密度高，有效解決了由于磷酸鐵的Ksp值較小，沉淀時粒度分布變寬，導致磷酸鐵顆粒大小不均勻的問題。
附圖說明
[0020]圖1為本專利技術實施例制備流程示意圖；圖2為本專利技術第四實施例制備出的窄粒度分布電池級磷酸鐵的SEM圖。
實施方式
[0021]本申請實施例將報廢鋰電池的鐵磷渣回收利用制備成了窄粒度分布電池級磷酸鐵前驅體材料，實現了資源的循環利用，解決本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種報廢鋰電池鐵磷渣制備磷酸鐵材料的方法，其特征在于，包括如下步驟：1）選擇性鋁浸：利用有機酸對高鋁雜質鐵磷渣進行鋁選擇性浸出，使鋁以離子的形式進入溶液中，與鐵磷分離，得到除鋁鐵磷渣；2）鐵磷浸出：采用無機酸對除鋁鐵磷渣進行浸出，得到鐵磷溶液；3）配位強化：鐵磷溶液與配位強化劑進行配位強化；4）液相沉淀：配位強化后的鐵磷溶液與沉淀劑沉淀，然后經過濾、洗滌、干燥后得到磷酸鐵。2.根據權利要求1所述的一種報廢鋰電池鐵磷渣制備磷酸鐵材料的方法，其特征在于，步驟1）所述有機酸包括乙二酸、3
?
羥基丙酸、蘋果酸、古龍酸、琥珀酸中的一種或多種。3.根據權利要求2所述的一種報廢鋰電池鐵磷渣制備磷酸鐵材料的方法，其特征在于，步驟1）所述有機酸的濃度為3mol/L～8mol/L，有機酸與鐵磷渣的液固比為3：1mL/g～5：1mL/g，浸出時間為2h～8h，浸出溫度為20℃～30℃，選擇性浸出時伴隨攪拌，攪拌線速度為5m/s～10m/s。4.根據權利要求1所述的一種報廢鋰電池鐵磷渣制備磷酸鐵材料的方法，其特征在于，步驟2）所述無機酸為鹽酸、硫酸、硝酸中的一種或多種。5.根據權利要求4所述的一種報廢鋰電池鐵磷渣制備磷酸鐵材料的方法，其特征在于，步驟2）所述無機酸的濃度為6mol/L～12mol/L，無機酸與除鋁鐵磷渣的液固比為2：1mL/g～5：1mL/g，無機酸浸出的溫度為40℃～70℃，時間為1h～8h，浸出過程中伴隨攪拌，攪拌線速度為5m/s～25m/s。6.根據權利要求1所述的一種報廢鋰電池鐵磷渣制備磷酸鐵材料的方法，其特征在于，步驟3）所述配位強化劑包括硫代硫化鈉、乙酰丙酮、草酸、草酸鈉、乳酸、...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李斌，郭華彬，
申請(專利權)人：贛州市力道新能源有限公司，
類型：發明
國別省市：
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