CN107180999A - 一种废旧磷酸铁锂材料的综合利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废旧磷酸铁锂材料的综合利用方法，其包括如下工艺步骤：1)将废旧磷酸铁锂材料与氯化物混合均匀后进行煅烧；2)通入氯气，反应，将反应后的尾气冷凝；3)将与氯气反应后的混合物料加水浸出后过滤；4)将步骤3)所得的含氯化锂的水溶液进行蒸发、结晶。本发明以废旧磷酸铁锂材料为原料，充分利用磷酸铁锂中磷、铁、锂三种元素及化合物的性质，通过煅烧、通氯气等简单合理的工艺，使磷、铁、锂三种元素全部生成有价值的产品。本发明工艺简单，制备条件可控性强，能耗成本低，所得产品价值高，具有较大的经济效益，是一种理想的废旧磷酸铁锂材料的综合利用方法。

Description

一种废旧磷酸铁锂材料的综合利用方法
技术领域
本发明涉及废旧电池综合利用领域，特别涉及一种废旧磷酸铁锂材料的综合利用方法。
背景技术
磷酸铁锂(LiFePO4)材料具有高安全、高环保、低价格、长寿命等特点，是一种优秀的锂离子动力电池材料，随着新能源汽车行业的迅猛发展，磷酸铁锂电池的产销量也得到大幅度提升，当然与之而来的则是废旧电池的处理问题。
目前关于废旧磷酸铁锂材料回收处理的研究主要可以分为两类。
第一类是采用简单的物理方法将磷酸铁锂正极材料从废旧电池中收集，经过洗涤，烘干等方式对材料进行处理后重复利用，也有在该方法的基础上加入磷，铁，锂盐对材料进行修复处理再利用，这一类方法存在的一个问题是：得到的磷酸铁锂材料无法保证材料的粒度、电性能、循环性能等的一致性，这样的材料是无法在动力电池中应用的。
第二类是采用对磷酸铁锂材料酸溶后，通过调节PH值等方法，制取磷酸铁、碳酸锂等的方法。这一类方法存在的问题是：废弃的磷酸铁锂材料中含有众多杂质如铝、铜、钙、镁、有机溶剂等，这些杂质很难去除，在这样的条件下生产得到的磷酸铁杂质含量高，亦难以作为电池材料使用。且其生产成本高，较难取得经济效益。
综上所述，目前关于废旧磷酸铁锂材料的回收处理的研究在工业化，经济性等指标上还存在有较高的难度。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种废旧磷酸铁锂材料的综合利用方法，其工艺流程合理、生产成本低、能耗低、环境污染小、产品品质稳定、可大规模工业化连续生产。
本发明所采取的技术方案是：一种废旧磷酸铁锂材料的综合利用方法，其包括如下工艺步骤：
1)将废旧磷酸铁锂材料与氯化物混合均匀后进行煅烧；
2)往步骤1)煅烧后经冷却的混合物料中通入氯气，反应；
3)将步骤2)反应后的尾气冷凝，得到凝华的无水三氯化铁产品；
4)将步骤2)反应后的混合物料加水浸出后过滤，得到含氯化锂的水溶液，滤渣为含磷化合物产品；
5)将步骤4)所得的含氯化锂的水溶液进行蒸发、结晶，得到二水氯化锂产品。
作为上述方案的进一步改进，步骤1)中所述的废旧磷酸铁锂材料选自废旧磷酸铁锂电池拆解得到的正极材料或磷酸铁锂电池制造过程中产生的废弃的正极材料。
作为上述方案的进一步改进，步骤1)中所述的氯化物选自氯化镁、氯化钙和氯化钡中的至少一种。
作为上述方案的进一步改进，步骤1)中所述废旧磷酸铁锂材料与氯化物混合的摩尔比值为0.8～2.0。
作为上述方案的进一步改进，步骤1)中所述煅烧过程中温度控制在400～800℃范围内，煅烧时间为0.1～2h。
作为上述方案的进一步改进，步骤2)中所述通入氯气后反应温度控制在400～800℃范围内，反应时间为1～3h。
作为上述方案的进一步改进，步骤2)中所述冷却温度为0～80℃。
作为上述方案的进一步改进，步骤4)中所述的含磷化合物产品选自磷酸钙、磷酸镁、磷酸钡中的至少一种。
本发明的有益效果是：本发明以废旧磷酸铁锂材料为原料，充分利用磷酸铁锂中磷、铁、锂三种元素及化合物的性质，通过煅烧、通氯气等简单合理的工艺，使磷、铁、锂三种元素全部生成有价值的产品。本发明工艺简单，制备条件可控性强，能耗成本低，所得产品价值高，具有较大的经济效益，是一种理想的废旧磷酸铁锂材料的综合利用方法。
附图说明
附图1是本发明中废旧磷酸铁锂材料综合利用的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述发明内容对本发明作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围。同时下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品；未详细提及的工艺步骤或制备方法为均为本领域技术人员所知晓的工艺步骤或制备方法。
实施例1
一种废旧磷酸铁锂材料的综合利用方法，其工艺流程如附图1所示，具体工艺步骤如下：
1)取10kg磷酸铁锂电池制造过程中产生的废弃的正极材料作为废旧磷酸铁锂材料，其中磷酸铁锂含量为98％，将废旧磷酸铁锂材料与7.36kg氯化镁混合均匀后置于反应炉中煅烧2h，煅烧温度为400℃，其中废旧磷酸铁锂材料与氯化镁的摩尔比为0.8；
2)将步骤1)煅烧后的混合物料经冷却至温度为0℃，后往混合物料中通入氯气进行反应，反应温度为400℃，反应时间为3h；
3)将步骤2)反应产生的尾气通入冷却捕集器，在捕集器中收集得到98％的无水三氯化铁10.3kg，即无水三氯化铁产品；
4)步骤2)反应完成后，所剩混合物料固体重量为9.6kg，将所剩混合物料与10L水混合搅拌浸出后，过滤并对滤渣淋洗，淋洗水并入滤液中，过滤完成后得到10L滤液，滤液中氯化锂浓度为258g/L，滤渣重量为10kg，滤渣为磷酸镁产品，主含量为65％，水分含量为30％；
5)将步骤4)所得的含氯化锂的10L滤液进行蒸发浓缩结晶后，得到4.78kg主含量99.5％的二水氯化锂产品。
实施例2
一种废旧磷酸铁锂材料的综合利用方法，其工艺流程如附图1所示，具体工艺步骤如下：
1)取10kg废旧磷酸铁锂电池拆解得到的正极材料作为废旧磷酸铁锂材料，其中磷酸铁锂含量为90％，将废旧磷酸铁锂材料与3.16kg氯化钙混合均匀后置于反应炉中煅烧0.1h，煅烧温度为800℃，其中废旧磷酸铁锂材料与氯化镁的摩尔比为0.2；
2)将步骤1)煅烧后的混合物料经冷却至温度为80℃，后往混合物料中通入氯气进行反应，反应温度为800℃，反应时间为1h；
3)将步骤2)反应产生的尾气通入冷却捕集器，在捕集器中收集得到98％的无水三氯化铁10.3kg，即无水三氯化铁产品；
4)步骤2)反应完成后，所剩混合物料固体重量为9.6kg，将所剩混合物料与10L水混合搅拌浸出后，过滤并对滤渣淋洗，淋洗水并入滤液中，过滤完成后得到10L滤液，滤液中氯化锂浓度为237g/L，滤渣重量为5.1kg，滤渣为磷酸钙产品，主含量为62％，水分含量为28％；
5)将步骤4)所得的含氯化锂的10L滤液进行蒸发浓缩结晶后，得到4.42kg主含量99.5％的二水氯化锂产品。
上述实施例为本发明的优选实施例，凡与本发明类似的工艺及所作的等效变化，均应属于本发明的保护范畴。

Claims (8)

1.一种废旧磷酸铁锂材料的综合利用方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：
1)将废旧磷酸铁锂材料与氯化物混合均匀后进行煅烧；
2)往步骤1)煅烧后经冷却的混合物料中通入氯气，反应；
3)将步骤2)反应后的尾气冷凝，得到凝华的无水三氯化铁产品；
4)将步骤2)反应后的混合物料加水浸出后过滤，得到含氯化锂的水溶液，滤渣为含磷化合物产品；
5)将步骤4)所得的含氯化锂的水溶液进行蒸发、结晶，得到二水氯化锂产品。
2.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂材料的综合利用方法，其特征在于：步骤1)中所述的废旧磷酸铁锂材料选自废旧磷酸铁锂电池拆解得到的正极材料或磷酸铁锂电池制造过程中产生的废弃的正极材料。
3.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂材料的综合利用方法，其特征在于：步骤1)中所述的氯化物选自氯化镁、氯化钙和氯化钡中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂材料的综合利用方法，其特征在于：步骤1)中所述废旧磷酸铁锂材料与氯化物混合的摩尔比值为0.8～2.0。
5.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂材料的综合利用方法，其特征在于：步骤1)中所述煅烧过程中温度控制在400～800℃范围内，煅烧时间为0.1～2h。
6.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂材料的综合利用方法，其特征在于：步骤2)中所述通入氯气后反应温度控制在400～800℃范围内，反应时间为1～3h。
7.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂材料的综合利用方法，其特征在于：步骤2)中所述冷却温度为0～80℃。
8.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂材料的综合利用方法，其特征在于：步骤4)中所述的含磷化合物产品选自磷酸钙、磷酸镁、磷酸钡中的至少一种。
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