CN106910959B - 一种从磷酸铁锂废料中选择性回收锂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用直接氧化法从磷酸铁锂废料中选择性回收锂的方法。其特征在于，将磷酸铁锂废料加入到水溶液中，同时加入氧化剂并进行搅拌，磷酸铁锂与氧化剂发生反应生成磷酸铁，锂离子则进入到溶液中，从而得到纯净的含锂溶液与磷酸铁固体。使用的氧化剂包括：过硫酸盐、臭氧、氧气、次氯酸盐、过氧化氢中的一种或混合物，氧化剂的摩尔量为磷酸铁锂摩尔量的0.6～20倍。含锂溶液可直接制备高纯锂产品。本发明方法只需加入一定量的氧化剂即可实现锂的高效、选择性浸出，反应条件温和，流程简短、设备简单。

Description

一种从磷酸铁锂废料中选择性回收锂的方法
技术领域
本发明涉及一种从磷酸铁锂废料中选择性回收锂的方法，属于电子废弃物回收处理、资源化领域。
背景技术
近年来，在绿色环保的时代背景下，我国新能源汽车出现快速增长。磷酸铁锂动力电池由于具有优异的安全性、稳定性和循环性能，同时其价格低、无污染，因此在动力汽车、储能电站等领域广泛应用。随着产能的不断提高，废旧磷酸铁锂电池日益增多，由此引发的资源短缺和环境问题日益严峻。因此，开发清洁、高效地处理磷酸铁锂电池废料的方法，具有重要的现实意义。
处理磷酸铁锂废料较为传统的工艺是采用无机酸与双氧水将废料中的Li、Fe全部浸出，之后再用碱回调，通过控制一定的pH使铁以磷酸铁的形式沉淀，而锂则保留在溶液中，从而分别得到锂产品和磷酸铁。该方法的缺点在于试剂消耗量较大，并且过程中会产生含盐废水。
中国专利CN105937038A将磷酸铁锂作为正极，金属或碳类电极作为负极，水性溶液作为电解质，施加电势使锂电池正极材料中的锂离子迁入电解质水溶液中形成含锂溶液，锂的迁出率达到90％以上。但该方法需要将失效的磷酸铁锂废料重新涂布在极片上，工序较为复杂。中国专利CN106340692A提出了一种使用H3PO4-H2O2体系处理失效磷酸铁锂电池正极材料的方法，在该体系中控制pH值为2.0～4.5，使锂以磷酸二氢锂的形式选择性地浸出，而滤渣为磷酸铁及碳粉。但是得到的浸出液中含有磷酸根，增大了后续高纯锂产品制备的难度。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本方法提供了一种清洁回收磷酸铁锂中锂的方法。在不破坏磷酸铁结构的条件下，在水溶液中加入氧化剂将磷酸铁锂直接氧化为磷酸铁，从而将锂释放到溶液中，实现锂的选择性浸出。锂的浸出率可达98％以上，而Fe、Al等几乎不浸出，得到的含锂浸出液无需净化，可直接制备锂产品。
为达到此目的，本发明采取的具体技术方案为：
一种从磷酸铁锂废料中选择性回收锂的方法，其特征在于，将磷酸铁锂废料加入到水溶液中，加入氧化剂并进行搅拌，磷酸铁锂与氧化剂发生反应生成磷酸铁，锂离子则进入到溶液中，待反应结束后过滤，分别得到纯净的含锂溶液与磷酸铁固体，含锂溶液用于制备锂产品；使用的氧化剂包括：过硫酸盐、臭氧、氧气、次氯酸盐、过氧化氢中的一种或混合物，氧化剂的摩尔量为磷酸铁锂摩尔量的0.6～20倍，优选为1.5～5倍。如使用过硫酸盐或次氯酸盐作为氧化剂，则得到的含锂溶液加入碳酸钠溶液或鼓入CO2，得到碳酸锂产品，如使用臭氧或氧气或过氧化氢作为氧化剂，也可直接蒸发结晶制得氢氧化锂产品。
氧化反应过程中应控制溶液pH为2.0～11.0，以避免在过酸的条件下浸出铁以及在过碱条件下生成磷酸锂；若废料中含有铝，则应控制溶液pH为6.0～11.0，以避免铝的浸出。同时还需控制的条件为：氧化反应时间为0.5～10小时，优选为1～3小时；氧化反应温度为5～95℃，优选为20～50℃；磷酸铁锂废料与水溶液的固液比为1:2～1:30kg/L，优选为1:3～1:10。
该方法可处理的磷酸铁锂废料包括经简单破碎的废旧磷酸铁锂全电池、拆解后的正极材料、锂电池生产过程中产生的正极边角料、锂电池生产过程中产生的正极废料。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)只需加入一定量的氧化剂即可实现锂的高效浸出，试剂成本低。
(2)锂的浸出率可达98％以上，Fe、Al等杂质几乎不浸出，得到的含锂溶液可制备电池级锂产品，磷酸铁渣可进一步综合利用。
(3)常温下即可进行，反应条件温和，流程简短、设备简单。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，但这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
将158g失效的磷酸铁锂正极粉末加入到水中调浆，随后在水溶液中加入0.6mol的过硫酸钠并进行机械搅拌，反应条件控制为：固液比1:2kg/L，反应温度25℃，时间1小时，过程中pH在2.5左右，无需添加酸、碱进行控制。反应结束后过滤得到含锂水溶液和磷酸铁固体，溶液中锂的浓度为21.9g/L，浸出率为99.3％。在浸出液中加入200g/L的Na2CO3溶液进行沉锂，沉淀物经过滤、洗涤、烘干后得到白色结晶，其碳酸锂纯度达99.5％。
实施例2
将废旧的磷酸铁锂电池软包进行放电、破碎，称取1000g(含有磷酸铁锂粉末289g)加入到水中调浆随后在水溶液中通入氧气，并进行机械搅拌，反应条件控制为：氧气流量1L/min、固液比1:1.5kg/L，反应温度38℃，时间10小时，pH 10.0左右。反应结束后过滤得到含锂水溶液和磷酸铁固体，溶液中锂的浓度为8.4g/L，浸出率为98.4％。对浸出液进行加热蒸发提高其中的锂浓度后通入CO2进行沉锂，沉淀物经过滤、洗涤、烘干后得到白色结晶，其碳酸锂纯度达99.6％。
实施例3
将废旧的磷酸铁锂正极片破碎至1cm以下，称取800g(含磷酸铁锂450g)加入到水中调浆随后在水溶液中通入臭氧，并进行机械搅拌，反应条件控制为：臭氧流量1mol/h、固液比1:5kg/L，反应温度50℃，时间5小时，pH 11.0左右。反应结束后过滤得到含锂水溶液和磷酸铁固体，溶液中锂的浓度为4.9g/L，浸出率为98.3％。对浸出液进行加热蒸发，得到的结晶产物经过滤、洗涤、烘干后为含氢氧化锂98.6％的产品。
实施例4
将500g磷酸铁锂边角废料加入到水中调浆，随后在水溶液中加入5mol的次氯酸钠并进行机械搅拌，反应条件控制为：固液比1:4kg/L，反应温度70℃，时间2小时，pH 10.0左右。反应结束后过滤得到含锂水溶液和磷酸铁固体，溶液中锂的浓度为11.0g/L，浸出率为99.3％。在浸出液中加入240g/L的Na2CO3溶液进行沉锂，沉淀物经过滤、洗涤、烘干后得到白色结晶，其碳酸锂纯度达99.2％。
实施例5
将200g失效的磷酸铁锂正极粉末加入到水中调浆，随后在水溶液中逐滴加入30％的过氧化氢溶液并进行机械搅拌，反应条件控制为：过氧化氢加入量5mol，固液比1:3kg/L，反应温度25℃，时间4小时，pH 10.0左右。反应结束后过滤得到含锂水溶液和磷酸铁固体，溶液中锂的浓度为7.98g/L，浸出率为98.2％。对浸出液进行加热蒸发提高其中的锂浓度后，加入200g/L的Na2CO3溶液进行沉锂，沉淀物经过滤、洗涤、烘干后得到白色结晶，其碳酸锂纯度达99.3％。

Claims (3)

1.一种从磷酸铁锂废料中选择性回收锂的方法，其特征在于，将磷酸铁锂废料加入到水溶液中，加入氧化剂并进行搅拌，磷酸铁锂与氧化剂发生反应生成磷酸铁，锂离子则进入到溶液中，待反应结束后过滤，分别得到含锂溶液与磷酸铁固体，含锂溶液用于制备锂产品；使用的氧化剂包括：过硫酸盐、臭氧、氧气、次氯酸盐、过氧化氢中的一种或混合物；使用的氧化剂摩尔量为磷酸铁锂摩尔量的1.5~5倍；
磷酸铁锂与氧化剂发生反应过程中应控制溶液pH为10.0~11.0，无需添加酸、碱进行控制，以避免在过酸的条件下浸出铁以及在过碱条件下生成磷酸锂；若废料中含有铝，则应控制溶液pH为6.0~11.0，以避免铝的浸出；
氧化反应时间为0.5~10小时，反应温度为5~95℃，磷酸铁锂废料与水溶液固液比为1:1.5~1:30kg/L。
2.根据权利要求1所述的从磷酸铁锂废料中选择性回收锂的方法，其特征在于，氧化反应时间为1~3小时，反应温度为20~50℃，磷酸铁锂废料与水溶液固液比为1:3~1:10kg/L。
3.根据权利要求1所述的从磷酸铁锂废料中选择性回收锂的方法，其特征在于，所述的磷酸铁锂废料包括经简单破碎的废旧磷酸铁锂全电池、拆解后的正极材料、锂电池生产过程中产生的正极边角料、锂电池生产过程中产生的正极废料。
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