CN112158819A - 一种钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法,包含如下步骤:S1、将钢厂废酸水过滤,取滤液加热并加入铁粉,调节pH=6‑7,然后浓缩,结晶,干燥得到硫酸亚铁;S2、将硫酸亚铁配制成水溶液,吸附除去重金属离子得到溶液A;将溶液A与磷酸二氢锂、氢氧化锂和葡萄糖混匀,进行水热反应,然后过滤,洗涤滤饼,干燥得磷酸铁锂。本发明制备方法简单,且能减少钢厂废酸水污染,使得资源合理化应用,变废为宝,符合当前节能环保的要求。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域,尤其涉及一种钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法。
背景技术
近年来,随着新能源汽车市场的快速增长,动力锂离子电池市场获得了飞速发展。其中磷酸铁锂材料环境友好,市场需求不断上升。新能源面临降成本压力较大,研究者们纷纷开发降成本的方法。
在钢材的加工过程中,需对其表面进行酸洗除锈处理。产生的酸洗废液具有强酸性且含有高浓度金属离子,不经处理直接排放,既污染环境又浪费资源。同时处理该废水工艺所需设备要求高,不但资源没有得到有效的回收利用,产生的渣量也较大。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法,本发明制备方法简单,且能减少钢厂废酸水污染,使得资源合理化应用,变废为宝,符合当前节能环保的要求。
本发明提出的一种钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法,包含如下步骤:
S1、将钢厂废酸水过滤,取滤液加热并加入铁粉,调节pH=6-7,然后浓缩,结晶,干燥得到硫酸亚铁;
S2、将硫酸亚铁配制成水溶液,吸附除去重金属离子得到溶液A;将溶液A与磷酸二氢锂、氢氧化锂和葡萄糖混匀,进行水热反应,然后过滤,洗涤滤饼,干燥得磷酸铁锂。
优选地,在S1中,加热温度为50-90℃。
优选地,在S1中,浓缩至硫酸亚铁含量为60-80wt%。
优选地,在S1中,结晶温度为5-30℃。
优选地,在S1中,用无烟煤、陶粒、石英砂、活性炭中的至少一种过滤钢厂废酸水。
优选地,在S1中,用多介质过滤器进行过滤。
优选地,在S2中,吸附材料为多孔碳。
优选地,多孔碳由粒径为2-15μm的多孔碳和粒径为5-15nm的多孔碳按重量比为5:1组成。
优选地,在S2中,铁元素、锂元素、磷元素的摩尔比为0.98-1:1-1.01:1。
优选地,在S2中,葡萄糖和硫酸亚铁的重量比为1:50-150。
优选地,在S2中,水热反应的温度为160-200℃,反应时间为8-24h。
所得磷酸铁锂与葡萄糖球磨混匀,在惰性气体氛围中烧结得到碳包覆磷酸铁锂作为正极材料使用;优选地,葡萄糖的重量为磷酸铁锂重量的10-15wt%,烧结温度为500-700℃,烧结时间为2-8h。
上述水均为去离子水。
有益效果:
针对钢铁行业酸洗废水含有大量铁元素的特点,本发明成功地开发了一套钢厂酸洗废液制备磷酸铁锂的方法;本发明通过多层过滤去除部分大颗粒、污泥、油污等粗杂质,又经过浓缩、结晶除去其他金属离子杂质,最后通过多孔碳去除微量金属离子杂质,整个除杂过程基本可以除去铁以外的镍铬等金属离子杂质,除杂工艺简单、除杂效果好;本发明还有效利用了廉价的铁粉,解决了铁粉作为铁源制备磷酸铁锂杂质高的难题,且成本低廉;本发明采用水热法可以避免溶液中痕量金属离子杂质残留的影响,添加适量的葡萄糖可以起到还原作用,防止因部分氧化导致三价铁存在磷酸铁锂体系中,有利于制备出纯相磷酸铁锂,且制备工艺简单。
本发明既实现了废物利用,又能够减少钢厂废酸水污染,使得资源合理化应用,变废为宝,符合当前节能环保的要求。
附图说明
图1为实施示例4制备的磷酸铁锂的XRD图。
图2为实施示例4碳包覆磷酸铁锂制备的锂离子电池的0.5C循环性能图。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法,包含如下步骤:
S1、将钢厂废酸水经过多介质过滤器过滤,取滤液圆底烧瓶内,搅拌加热至50℃,缓慢加入铁粉至pH=7,然后于90℃减压浓缩至硫酸亚铁含量为70wt%,搅拌并缓慢降温至10℃结晶,抽滤,洗涤滤饼,真空干燥得到硫酸亚铁,其中,多介质过滤器中自上而下的过滤介质为无烟煤、陶粒、石英砂、活性炭;
S2、将硫酸亚铁与水、多孔碳(多孔碳重量为硫酸亚铁重量的1wt%)混匀,搅拌2h吸附除去微量重金属离子,过滤取滤液得到溶液A;向溶液A中加入磷酸二氢锂、氢氧化锂和葡萄糖混匀,然后转移至动态水热釜内160℃反应24h,过滤,洗涤滤饼,于80℃干燥10h得磷酸铁锂,其中,多孔碳由粒径为2-15μm的多孔碳和粒径为5-15nm的多孔碳按重量比为5:1组成,铁元素、锂元素、磷元素的摩尔比为0.98:1.01:1,葡萄糖和硫酸亚铁的重量比为1:100。
取实施例1制得的磷酸铁锂100g与葡萄糖13.5g置于球磨机内,球磨混合3h,球料分离后,混合料置于氮气炉内,700℃烧结3h得到碳包覆磷酸铁锂记为LiFePO4@C。
实施例2
一种钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法,包含如下步骤:
S1、将钢厂废酸水经过多介质过滤器过滤,取滤液圆底烧瓶内,搅拌加热至50℃,缓慢加入铁粉至pH=6.5,然后于90℃减压浓缩至硫酸亚铁含量为70wt%,搅拌并缓慢降温至10℃结晶,抽滤,洗涤滤饼,真空干燥得到硫酸亚铁,其中,多介质过滤器中自上而下的过滤介质为无烟煤、陶粒、石英砂、活性炭;
S2、将硫酸亚铁与水、多孔碳(多孔碳重量为硫酸亚铁重量的1wt%)混匀,搅拌2h吸附除去微量重金属离子,过滤取滤液得到溶液A;向溶液A中加入磷酸二氢锂、氢氧化锂和葡萄糖混匀,然后转移至动态水热釜内180℃反应8h,过滤,洗涤滤饼,于80℃干燥10h得磷酸铁锂,其中,多孔碳由粒径为2-15μm的多孔碳和粒径为5-15nm的多孔碳按重量比为5:1组成,铁元素、锂元素、磷元素的摩尔比为0.98:1:1,葡萄糖和硫酸亚铁的重量比为1:150。
取实施例2制得的磷酸铁锂100g与葡萄糖13.5g置于球磨机内,球磨混合3h,球料分离后,混合料置于氮气炉内,600℃烧结3h得到碳包覆磷酸铁锂记为LiFePO4@C。
实施例3
一种钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法,包含如下步骤:
S1、将钢厂废酸水经过多介质过滤器过滤,取滤液圆底烧瓶内,搅拌加热至50℃,缓慢加入铁粉至pH=7,然后于90℃减压浓缩至硫酸亚铁含量为60wt%,搅拌并缓慢降温至10℃结晶,抽滤,洗涤滤饼,真空干燥得到硫酸亚铁,其中,多介质过滤器中自上而下的过滤介质为无烟煤、陶粒、石英砂、活性炭;
S2、将硫酸亚铁与水、多孔碳(多孔碳重量为硫酸亚铁重量的1wt%)混匀,搅拌2h吸附除去微量重金属离子,过滤取滤液得到溶液A;向溶液A中加入磷酸二氢锂、氢氧化锂和葡萄糖混匀,然后转移至动态水热釜内180℃反应12h,过滤,洗涤滤饼,于80℃干燥10h得磷酸铁锂,其中,多孔碳由粒径为2-15μm的多孔碳和粒径为5-15nm的多孔碳按重量比为5:1组成,铁元素、锂元素、磷元素的摩尔比为0.98:1:1,葡萄糖和硫酸亚铁的重量比为1:100。
取实施例3制得的磷酸铁锂100g与葡萄糖13.5g置于球磨机内,球磨混合3h,球料分离后,混合料置于氮气炉内,700℃烧结2h得到碳包覆磷酸铁锂记为LiFePO4@C。
实施例4
一种钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法,包含如下步骤:
S1、将钢厂废酸水经过多介质过滤器过滤,取滤液圆底烧瓶内,搅拌加热至50℃,缓慢加入铁粉至pH=6.8,然后于90℃减压浓缩至硫酸亚铁含量为60wt%,搅拌并缓慢降温至10℃结晶,抽滤,洗涤滤饼,真空干燥得到硫酸亚铁,其中,多介质过滤器中自上而下的过滤介质为无烟煤、陶粒、石英砂、活性炭;
S2、将硫酸亚铁与水、多孔碳(多孔碳重量为硫酸亚铁重量的1wt%)混匀,搅拌2h吸附除去微量重金属离子,过滤取滤液得到溶液A;向溶液A中加入磷酸二氢锂、氢氧化锂和葡萄糖混匀,然后转移至动态水热釜内180℃反应12h,过滤,洗涤滤饼,于80℃干燥10h得磷酸铁锂,其中,多孔碳由粒径为2-15μm的多孔碳和粒径为5-15nm的多孔碳按重量比为5:1组成,铁元素、锂元素、磷元素的摩尔比为1:1.01:1,葡萄糖和硫酸亚铁的重量比为1:100。
取实施例4制得的磷酸铁锂进行检测,结果如图1所示,图1为实施示例4制备的磷酸铁锂的XRD图,其中,PDF#40-1499为磷酸铁锂的对照XRD图。
由图1可以看出,制得的磷酸铁锂无杂质峰出现,表明制得了纯相的磷酸铁锂。
取实施例4制得的磷酸铁锂100g与葡萄糖13.5g置于球磨机内,球磨混合3h,球料分离后,混合料置于氮气炉内,700℃烧结3h得到碳包覆磷酸铁锂记为LiFePO4@C。
用实施例4制得的LiFePO4@C制备锂离子电池,具体制备方法为:将正极材料(LiFePO4@C)、导电剂SP、聚偏氟乙烯按重量比8:1:1合浆、涂布、冲片得到正极片,金属锂片作为对电极负极,1mol/L的LiPF6电解液,在手套箱中装配制成CR2032扣式电池,并检测电池性能,结果如图2所示,图2为实施示例4碳包覆磷酸铁锂制备的锂离子电池的0.5C循环性能图。
由图2可以看出,制备的电池0.5C放电容量152mAh/g,放电50周容量基本无衰减。
实施例5
一种钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法,包含如下步骤:
S1、将钢厂废酸水经过多介质过滤器过滤,取滤液圆底烧瓶内,搅拌加热至50℃,缓慢加入铁粉至pH=6,然后于90℃减压浓缩至硫酸亚铁含量为80wt%,搅拌并缓慢降温至10℃结晶,抽滤,洗涤滤饼,真空干燥得到硫酸亚铁,其中,多介质过滤器中自上而下的过滤介质为无烟煤、陶粒、石英砂、活性炭;
S2、将硫酸亚铁与水、多孔碳(多孔碳重量为硫酸亚铁重量的1wt%)混匀,搅拌2h吸附除去微量重金属离子,过滤取滤液得到溶液A;向溶液A中加入磷酸二氢锂、氢氧化锂和葡萄糖混匀,然后转移至动态水热釜内200℃反应24h,过滤,洗涤滤饼,于80℃干燥10h得磷酸铁锂,其中,多孔碳由粒径为2-15μm的多孔碳和粒径为5-15nm的多孔碳按重量比为5:1组成,铁元素、锂元素、磷元素的摩尔比为1:1:1,葡萄糖和硫酸亚铁的质量比为1:120。
取实施例2制得的磷酸铁锂100g与葡萄糖13.5g置于球磨机内,球磨混合3h,球料分离后,混合料置于氮气炉内,700℃烧结8h得到碳包覆磷酸铁锂记为LiFePO4@C。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法,其特征在于,包含如下步骤:
S1、将钢厂废酸水过滤,取滤液加热并加入铁粉,调节pH=6-7,然后浓缩,结晶,干燥得到硫酸亚铁;
S2、将硫酸亚铁配制成水溶液,吸附除去重金属离子得到溶液A;将溶液A与磷酸二氢锂、氢氧化锂和葡萄糖混匀,进行水热反应,然后过滤,洗涤滤饼,干燥得磷酸铁锂。
2.根据权利要求1所述钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法,其特征在于,在S1中,加热温度为50-90℃。
3.根据权利要求1或2所述钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法,其特征在于,在S1中,浓缩至硫酸亚铁含量为60-80wt%。
4.根据权利要求1-3任一项所述钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法,其特征在于,在S1中,结晶温度为5-30℃。
5.根据权利要求1-4任一项所述钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法,其特征在于,在S1中,用无烟煤、陶粒、石英砂、活性炭中的至少一种过滤钢厂废酸水。
6.根据权利要求1-5任一项所述钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法,其特征在于,在S1中,用多介质过滤器进行过滤。
7.根据权利要求1-6任一项所述钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法,其特征在于,在S2中,吸附材料为多孔碳。
8.根据权利要求7所述钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法,其特征在于,多孔碳由粒径为2-15μm的多孔碳和粒径为5-15nm的多孔碳按重量比为5:1组成。
9.根据权利要求1-8任一项所述钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法,其特征在于,在S2中,铁元素、锂元素、磷元素的摩尔比为0.98-1:1-1.01:1;优选地,在S2中,葡萄糖和硫酸亚铁的重量比为1:50-150。
10.根据权利要求1-9任一项所述钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法,其特征在于,在S2中,水热反应的温度为160-200℃,反应时间为8-24h。
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