CN112551498A - 一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,属于锂电池材料回收领域。针对现有废旧磷酸铁锂提锂后磷铁渣处理困难且回收价值低的问题,本发明提供了一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,它包括将磷铁渣加水制浆后加入碱性溶液过滤得到第一滤液和滤饼;第一滤液除杂后加入磷酸和三价铁源合成电池级磷酸铁;第一滤饼除杂后得到第二滤饼;第二滤饼焙烧粉碎后得到高纯高比表面积铁红。本发明通过碱性溶液的加入优先选择性提取磷铁渣中的磷酸根并将磷酸根用于制备电池级磷酸铁,同时碱性溶液与磷铁渣反应生成氧化铁即铁红,整个过程中磷铁渣中磷酸根和铁离子的利用率高,反应过程温和,产品价值高,易于工业大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于锂电池回收再利用领域,更具体地说,涉及一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法。
背景技术
近年来,随着新能源汽车不断得到重视和发展,替代传统汽车已经成为必然的趋势。根据统计,2018年我国的新能源电动汽车的全年销售量超过200万辆,同比增长722%。新能源汽车创造绿色出行的同时,也带来相应的难题,作为新能源汽车“心脏”的锂离子动力电池的寿命只有平均5年,而到2020年,我国电动汽车动力电池累计报废量将达12万-17万吨的规模。而由于锂离子动力电池复杂的结构,回收的高成本,工艺的不完善,回收利用一直处于低迷状态,其中磷酸铁锂电池因其制备成本较低,安全性能高,近些年来受到广泛的应用,其用量有超越三元用量的趋势,而磷酸铁锂的报废量近几年呈现倍数增长的趋势,因此对于废旧铁锂电池的回收已经迫在眉睫。目前废旧磷酸铁锂工业化的回收方法为从正极片中以选择性提锂的方式回收碳酸锂。
如中国专利申请号CN109534372A,公开日为2019年3月29日,该专利公开了一种利用磷酸铁锂废料制备碳酸锂的方法,包括以下步骤:A、次钠混合;B、加酸氧化反应;C、过滤淋洗;D、浓缩除杂;E、碱化除杂;F、纯碱沉锂。该专利的不足之处在于:该方法针对磷酸铁锂废料,通过震动混合、加酸氧化反应、过滤淋洗、浓缩除杂、碱化除杂、纯碱沉锂获得碳酸锂产品,但对淋洗得到的铁磷渣未做回收方法说明。
又如中国专利申请号CN111646447A,公开日为2020年9月11日,该专利公开了一种从磷酸铁锂电池提锂后的铁磷渣中回收磷酸铁的方法,先将磷酸铁锂电池提锂后的铁磷渣与水混合调浆后,与酸反应,固液分离后,获得含铁磷离子的浸出液,再经过加铁置换除铜、树脂除铝后得到净化液,通过添加七水磷酸铁或磷酸调配磷铁比,获得一定P∶Fe的合成原液,加入双氧水和氨水,调节pH获得磷酸铁前驱体沉淀,经过后处理,得到电池级磷酸铁前驱体产品。该专利的不足之处在于:该方法虽然能够回收处理磷铁废渣,但是除杂过程中用树脂净化,除杂成本较高,另外并没有针对于废渣中的钙镁离子进行除杂,因此制备成的磷酸铁钙镁离子含量较高,很难达到电池级磷酸铁的要求,回收工艺有待完善。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有废旧磷酸铁锂提锂后磷铁渣处理困难且回收价值低的问题,本发明提供了一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法。本发明通过碱性溶液的加入优先选择性提取磷铁渣中的磷酸根并将磷酸根用于制备电池级磷酸铁,同时碱性溶液与磷铁渣反应生成氧化铁即铁红,整个过程中磷铁渣中磷酸根和铁离子的利用率高,反应过程温和,产品价值高,易于工业大规模生产。
2、技术方案
为解决上述问题,本发明采用如下的技术方案。
一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,包括以下步骤:
S1:将磷酸铁锂提锂后的磷铁渣加水制浆后加入碱性溶液,反应结束后过滤得到第一滤液和滤饼,滤饼洗涤后得到第一滤饼;
S2:将第一滤液加入用于调节第一滤液pH的酸性溶液,除杂后加入磷酸得到预混液,预混液和三价铁源反应得到磷酸铁浆料,处理后得到电池级磷酸铁;
S3:将第一滤饼加水制浆后加入用于调节溶液pH的酸性溶液,除杂、过滤、洗涤得到第二滤饼;
S4:将第二滤饼焙烧粉碎得到铁红。
更进一步的,所述步骤S1中磷铁渣加水制浆时固液质量比为1:(2.0~5.0),加入碱性溶液后反应温度为50-100℃,反应时间为0.5~3.0h。
更进一步的,所述碱性溶液的质量分数为20-40%,碱性溶液加入的质量为磷铁渣质量的0.75-1.1倍。
更进一步的,所述步骤S2中酸性溶液为磷酸溶液,且磷酸溶液的加入使得第一滤液中的pH范围保持在8.0-10.0。
更进一步的,所述步骤S2中磷酸总的加入质量为磷铁渣质量的1.0-2.0倍。
更进一步的,所述步骤S2中三价铁源为硫酸铁,氯化铁,氢氧化铁中的一种或者几种。
更进一步的,所述步骤S2中三价铁源铁的加入摩尔量为预混液中磷酸根摩尔量的0.7-0.95倍,三价铁源中铁离子的摩尔浓度为0.8-2.5mol/L。
更进一步的,所述步骤S2中反应温度为70-90℃,反应时间为2-4h,得到的磷酸铁浆料经洗涤、过滤、干燥、焙烧处理后得到电池级磷酸铁。
更进一步的,所述步骤S3中酸性溶液为硫酸,磷酸,盐酸中一种或者几种,且溶液的pH保持在4.0-5.5。
更进一步的,所述步骤S4中焙烧温度为600-900℃,焙烧时间为2-5h。
3、有益效果
相比于现有技术,本发明的有益效果为:
(1)本发明先通过将磷铁渣加水制浆方便后续反应,通过加入碱性溶液使得磷铁渣中的所有磷酸根都能与碱性溶液反应从而保留在第一滤液中,保证磷酸根离子不会进入到滤饼中;同时在第一滤液中加入酸性溶液进行除杂并且加入磷酸溶液进行电池级磷酸铁的制备;碱性溶液的加入使其与磷铁渣反应生成氧化铁即铁红,氧化铁和其它固体杂质一同作为滤饼进行后续反应,对滤饼进行加水制浆后加入酸性溶液调节溶液的pH,除去溶液中的钙离子和镁离子等杂质,因滤饼内没有磷酸根,且进行除杂,有效保证后续制备的铁红产品纯度;整个过程中由于碱性溶液的加入使得磷铁渣中磷酸根和铁离子的利用率高,反应过程温和,产品价值高,易于工业大规模生产;
(2)本发明解决了目前废旧磷酸铁锂选择性提锂后磷铁渣的综合利用困难的问题,采用氢氧化钠作为碱性溶液优先选择性提取磷酸根的方式回收得到高纯的磷酸钠溶液,并且用于制备高纯电池级磷酸铁的磷源,磷酸根回收利用率达到99.5%以上,磷酸铁的制备成本大大降低;且通过精确控制过程中氢氧化钠的加入量以及反应温度和时间,在温和的水溶液条件下将磷铁渣的铁转化成氧化铁,转化率大于99.9%,且过程为液相中固相转化成固相的方式,反应速率相比于常规溶液法制氧化铁而言更加缓慢,氧化铁粒径更小,比表面积更大,产品性能更加优越;
(3)本发明将步骤二中用于调节第一滤液pH的酸性溶液采用磷酸溶液,磷酸溶液不会产生杂质离子,并且可以与三价铁源反应生成磷酸铁,磷酸溶液的加入将第一滤液处于碱性环境使得第一滤液中的杂质铝离子能够得以沉淀,制备的磷酸铁中没有杂质离子,满足电池级的要求;另外除杂后第一滤液需加入磷酸溶液与三价铁源反应得到磷酸铁浆料,此时的磷酸溶液是为了保证在制备磷酸铁的过程中溶液pH处于一个较为合适的磷酸铁沉淀范围,避免了在磷酸铁制备过程中额外酸碱的加入,减少磷酸铁制备成本;
(4)本发明将步骤三中的滤饼加水制浆后加入酸性溶液,因滤饼内含有一定的钙离子和镁离子等杂质离子,加入酸性溶液使得整个溶液处于酸性环境,溶液的pH保持在4.0-5.5,钙离子和镁离子等形成的沉淀在该pH下彻底溶解,而铁红在pH4.0以上基本不溶解,从而达到去除钙镁杂质的目的,进一步保证制备的铁红纯度。
附图说明
图1为实施例1中脱水磷酸铁的电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。
一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,包括以下步骤:
S1:将磷酸铁锂提锂后的磷铁渣加水制浆后加入碱性溶液,反应结束后过滤得到第一滤液和滤饼,滤饼洗涤后得到第一滤饼;在这里进行说明的是所述碱性溶液即为既能溶解磷铁渣,而且保留在磷酸盐溶液中的阳离子在后续磷酸铁洗涤过程中能够容易洗涤掉。在本说明书中碱性溶液可优选为钾、钠、锂、铵根这几个离子的碱性溶液。磷铁渣即为FePO4渣,其中还含有铝、碳以及少量的钙离子和镁离子等杂质。在该步骤中,先将磷铁渣进行加水制浆,使磷铁渣形成混合均匀的浆料,便于后续反应。并且为了磷铁渣与水混合均匀,保证磷铁渣完全溶解,将磷铁渣的质量与水的质量比控制在1:(2.0~5.0)。
该步骤中,碱性溶液一方面与磷铁渣中的磷酸根反应使得磷酸根保留在溶液中,碱性溶液另一方面与磷酸铁渣中铁离子反应生成三氧化二铁即铁红;碱性溶液能够使得生成的铁红中不含有磷酸根离子,保证铁红的纯度更高;优选的,在该步骤中控制碱性溶液的质量分数为20-40%,碱性溶液加入的质量为磷铁渣质量的0.75-1.1倍,在本说明书中因磷铁渣在实际过程中含有水分,因此说明书中的磷铁渣质量指的是纯磷铁渣固体的质量,除去水分的质量。控制碱性溶液的加入量是为了保证磷铁渣中所有的磷酸根都能完全与碱性溶液反应,使得所有磷酸根保留在溶液中;同时控制反应温度为50-100℃,反应时间为0.5~3.0h,合理的反应温度和反应时间使得整个过程中反应更加充分和缓和,使得制备的铁红一致性良好,比表面积大。
S2:将第一滤液加入用于调节第一滤液pH的酸性溶液,除杂后加入磷酸得到预混液,预混液和三价铁源反应得到磷酸铁浆料,处理后得到电池级磷酸铁;
具体的,在该步骤中酸性溶液的加入使得第一滤液中的pH范围保持在8.0-10.0,整个溶液处于一个碱性状态;因在第一滤液中碱性溶液如氢氧化钠与磷铁渣反应生成磷酸钠,磷酸钠在酸性溶液的加入下溶解的偏铝酸钠以氢氧化铝的方式沉淀,从而使得第一滤液中为纯净的磷酸钠溶液。因此步骤中的酸性溶液是为了使得整个第一滤液处于碱性环境,能够有效去除铝离子,保证后续制备的磷酸铁满足电池级的要求;优选的,该步骤中的酸性溶液为磷酸溶液,磷酸溶液不会产生杂质离子,并且可以与三价铁源反应生成磷酸铁,避免引入其它酸还要进行除杂操作;该步骤中后期加入磷酸的目的是为了保证在制备磷酸铁过程中溶液的pH处于一个较为合适的磷酸铁沉淀范围,避免了在磷酸铁制备过程中额外酸碱的加入,减少磷酸铁制备成本。
当调节的酸性溶液采用磷酸时,前后两次加入磷酸的总质量为磷铁渣质量的1.0-2.0倍,既保证铝离子能够完全沉淀又使得整个溶液处于磷酸铁适合沉淀的范围,减少制备成本。同时三价铁源为硫酸铁,氯化铁,氢氧化铁中的一种或者几种,控制三价铁源铁的加入摩尔量为预混液中磷酸根摩尔量的0.7-0.95倍,三价铁源中铁离子的摩尔浓度为0.8-2.5mol/L,保证铁离子充分与磷酸根反应生成磷酸铁。并且将该步骤中反应温度为70-90℃,反应时间为2-4h,得到的磷酸铁浆料经洗涤、过滤、干燥、焙烧处理后得到电池级磷酸铁,对该反应过程中的温度及时间进行精准控制,能够保证制备的磷酸铁性能稳定,且产品纯度高。
S3:将第一滤饼加水制浆后加入用于调节溶液pH的酸性溶液,除杂、过滤、洗涤得到第二滤饼;
因第一滤饼是步骤S1中磷铁渣与碱性溶液反应生成的氧化铁,碱性溶液以氢氧化钠为例,其反应如下:2FePO4+6NaOH→2Na3PO4+3H2O+Fe2O3,氧化铁中包含少量的氢氧化钙、氢氧化镁杂质,将第一滤饼加水制浆后加入酸性溶液,控制溶液的pH保持在4.0-5.5,在该数值范围内,氢氧化钙和氢氧化镁沉淀彻底溶解,而氧化铁在pH4.0以上基本不溶解,从而达到去除钙镁杂质的目的。其中,酸性溶液为硫酸,磷酸,盐酸中一种或者几种,取材方便也不会杂质不易去除的杂质。
S4:将第二滤饼焙烧粉碎得到铁红。
具体的,将S3得到的第二滤饼通过焙烧去除铁红中含有的微量碳粉和部分的结合水,使得制备成的铁红产品纯度更高,得到的产品经过粉碎到一定粒度后可以直接作为软硬磁行业的优质原料。另外一级铁红对二氧化硅杂质含量要求小于80ppm,而磷铁渣中二氧化硅含量小于50ppm,这使得制备得到的铁红纯度更高。
实施例1
一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,包括以下步骤:
S1:取磷铁渣200g(其中水的含量为总质量的25%),加入水250ml制浆,在80℃水浴锅中加入质量分数为20%的氢氧化钠溶液,氢氧化钠溶液的加入过程为1.0h,加入量为600g,期间匀速加入氢氧化钠溶液,保证混合充分;反应3.0h后得到第一滤液,滤饼洗涤后得到第一滤饼;
S2:将第一滤液加入质量分数为20%的磷酸溶液调节第一滤液的pH为8.0,过滤氢氧化铝杂质后,第一滤液加入质量分数为85%磷酸后得到预混液,共加入磷酸250g,在80℃的水浴锅中,加入硫酸铁溶液1.25mol,其中铁离子浓度为1.2mol/L,反应时间为3h,将得到的浆料过滤、洗涤、干燥后在600℃下焙烧2h得到电池级磷酸铁;
S3:将第一滤饼加水制浆后加入硫酸调节溶液pH为4.5,过滤、洗涤得到第二滤饼;
S4:将第二滤饼在800℃下焙烧3h,将焙烧后的产物粉碎到粒径400目得到高纯高比表面积铁红。
实施例2
一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,包括以下步骤:
S1:取磷铁渣200g(其中水的含量为总质量的25%),加入水700ml制浆,在100℃水浴锅中加入质量分数为40%的氢氧化钠溶液,加入过程为1.0h,加入量为375g,匀速缓慢加入氢氧化钠溶液,反应2.5h后得到第一滤液,滤饼洗涤后得到第一滤饼;
S2:将第一滤液加入质量分数为85%的磷酸溶液调节第一滤液的pH为9.0,过滤氢氧化铝杂质后,第一滤液加入质量分数为35%磷酸后得到预混液,共加入磷酸300g,在90℃的水浴锅中,加入氯化铁溶液3.82mol,其中铁离子浓度为2.5mol/L,反应时间为4h,将得到的浆料过滤、洗涤、干燥后在700℃下焙烧2h得到电池级磷酸铁;
S3:将第一滤饼加水制浆后加入硫酸调节溶液pH为5.5,过滤、洗涤得到第二滤饼;
S4:将第二滤饼在900℃下焙烧2h,将焙烧后的产物粉碎到粒径450目得到高纯高比表面积铁红。
实施例3
一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,包括以下步骤:
S1:取磷铁渣200g(其中水的含量为总质量的25%),加入水550ml制浆,在60℃水浴锅中加入质量分数为30%的氢氧化钠溶液,加入过程为1.0h,加入量为550g,匀速缓慢加入氢氧化钠溶液;反应0.5h后得到第一滤液,滤饼洗涤后得到第一滤饼;
S2:将第一滤液加入质量分数为40%的磷酸溶液调节第一滤液的pH为9.0,过滤氢氧化铝杂质后,第一滤液加入质量分数为35%磷酸后得到预混液,共加入磷酸150g,在85℃的水浴锅中,加入氢氧化铁溶液2.35mol,其中铁离子浓度为2.0mol/L,反应时间为2.5h,将得到的浆料过滤、洗涤、干燥后在500℃下焙烧3h得到电池级磷酸铁;
S3:将第一滤饼加水制浆后加入硫酸调节溶液pH为5.0,过滤、洗涤得到第二滤饼;
S4:将第二滤饼在700℃下焙烧2h,将焙烧后的产物粉碎到粒径500目得到高纯高比表面积铁红。
实施例4
一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,包括以下步骤:
S1:取磷铁渣200g(其中水的含量为总质量的25%),加入水400ml制浆,在70℃水浴锅中加入质量分数为25%的氢氧化钠溶液,加入过程为1.0h,加入量为480g,匀速缓慢加入氢氧化钠溶液;反应1.0h后得到第一滤液,滤饼洗涤后得到第一滤饼;
S2:将第一滤液加入质量分数为45%的磷酸溶液调节第一滤液的pH为9.5,过滤氢氧化铝杂质后,第一滤液加入质量分数为45%磷酸后得到预混液,共加入磷酸225g,在75℃的水浴锅中,加入氢氧化铁溶液2.62mol,其中铁离子浓度为1.8mol/L,反应时间为3.0h,将得到的浆料过滤、洗涤、干燥后在600℃下焙烧2h得到电池级磷酸铁;
S3:将第一滤饼加水制浆后加入硫酸调节溶液pH为4.9,过滤、洗涤得到第二滤饼;
S4:将第二滤饼在600℃下焙烧3h,将焙烧后的产物粉碎到粒径450目得到高纯高比表面积铁红。
实施例5
一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,包括以下步骤:
S1:取磷铁渣200g(其中水的含量为总质量的25%),加入水550ml制浆,在80℃水浴锅中加入质量分数为30%的氢氧化钠溶液,加入过程为1.0h,加入量为525g,匀速缓慢加入氢氧化钠溶液;反应1.5h后得到第一滤液,滤饼洗涤后得到第一滤饼;
S2:将第一滤液加入质量分数为60%的磷酸溶液调节第一滤液的pH为9.8,过滤氢氧化铝杂质后,第一滤液加入质量分数为55%磷酸后得到预混液,共加入磷酸240g,在80℃的水浴锅中,加入氯化铁和硫酸铁溶液各1.35mol,其中铁离子浓度为2.0mol/L,反应时间为4h,将得到的浆料过滤、洗涤、干燥后在800℃下焙烧3h得到电池级磷酸铁;
S3:将第一滤饼加水制浆后加入硫酸调节溶液pH为5.2,过滤、洗涤得到第二滤饼;
S4:将第二滤饼在800℃下焙烧2h,将焙烧后的产物粉碎到粒径400目得到高纯高比表面积铁红。
对比例1
其与实施例1进行对比,一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,包括以下步骤:
S1:取磷铁渣200g(其中水的含量为总质量的25%),加入水250ml制浆,在80℃水浴锅中加入质量分数为20%的氢氧化钠溶液,加入过程为1.0h,加入量为400g,匀速缓慢加入氢氧化钠溶液;反应3.0h后得到第一滤液,滤饼洗涤后得到第一滤饼;
S2:将第一滤液加入质量分数为20%的磷酸溶液调节第一滤液的pH为8.0,过滤氢氧化铝杂质后,第一滤液加入质量分数为85%磷酸后得到预混液,共加入磷酸250g,在80℃的水浴锅中,加入硫酸铁溶液1.25mol,其中铁离子浓度为1.2mol/L,反应时间为3h,将得到的浆料过滤、洗涤、干燥后在600℃下焙烧2h得到电池级磷酸铁;
S3:将第一滤饼加水制浆后加入硫酸调节溶液pH为4.5,过滤、洗涤得到第二滤饼;
S4:将第二滤饼在800℃下焙烧3h,将焙烧后的产物粉碎到粒径400目得到高纯高比表面积铁红。
相比于实施例1改变的条件:氢氧化钠加入的质量小于磷铁渣质量的0.75倍。对比例的不足之处在于:当步骤S1中氢氧化钠加入量过少时,磷铁渣中磷酸根不能够全部选择性的浸出,一方面导致磷酸根的回收率较低,另一方面导致制备的铁红中磷酸根杂质过量,铁红的活性会下降。
对比例2
其与实施例1进行对比,一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,包括以下步骤:
S1:取磷铁渣200g(其中水的含量为总质量的25%),加入水250ml制浆,在80℃水浴锅中加入质量分数为20%的氢氧化钠溶液,加入过程为1.0h,加入量为600g,匀速缓慢加入氢氧化钠溶液;反应3.0h后得到第一滤液,滤饼洗涤后得到第一滤饼;
S2:将第一滤液加入质量分数为20%的磷酸溶液调节第一滤液的pH为12.0,过滤氢氧化铝杂质后,第一滤液加入质量分数为85%磷酸后得到预混液,共加入磷酸250g,在80℃的水浴锅中,加入硫酸铁溶液1.25mol,其中铁离子浓度为1.2mol/L,反应时间为3h,将得到的浆料过滤、洗涤、干燥后在600℃下焙烧2h得到电池级磷酸铁;
S3:将第一滤饼加水制浆后加入硫酸调节溶液pH为4.5,过滤、洗涤得到第二滤饼;
S4:将第二滤饼在800℃下焙烧3h,将焙烧后的产物粉碎到粒径400目得到高纯高比表面积铁红。
相比于实施例1改变的条件:S2中加入磷酸除铝时控制溶液pH不在8.0-10.0范围之内。对比例的不足之处在于:当除铝时溶液pH过高时,铝离子很难完全沉淀出来,导致制备得到的磷酸铁中的铝离子杂质含量可能会超标,且铝离子不能够以纯净的氢氧化铝得以回收也是一种资源浪费。
对比例3
其与实施例1进行对比,一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,包括以下步骤:
S1:取磷铁渣200g(其中水的含量为总质量的25%),加入水250ml制浆,在80℃水浴锅中加入质量分数为20%的氢氧化钠溶液,加入过程为1.0h,加入量为600g,匀速缓慢加入氢氧化钠溶液;反应3.0h后得到第一滤液,滤饼洗涤后得到第一滤饼;
S2:将第一滤液加入质量分数为20%的磷酸溶液调节第一滤液的pH为8.0,过滤氢氧化铝杂质后,第一滤液加入质量分数为85%磷酸后得到预混液,共加入磷酸250g,在80℃的水浴锅中,加入硫酸铁溶液1.25mol,其中铁离子浓度为1.2mol/L,反应时间为3h,将得到的浆料过滤、洗涤、干燥后在600℃下焙烧2h得到电池级磷酸铁;
S3:将第一滤饼加水制浆后加入硫酸调节溶液pH为4.5,过滤、洗涤得到第二滤饼;
S4:将第二滤饼在100℃下烘干3h,将焙烧后的产物粉碎到粒径400目得到高纯高比表面积铁红。
相比于实施例1改变的条件:S4中第二滤饼由焙烧改为对比例中烘干。对比例的不足之处在于:仅仅将S3制备得到的铁红滤饼烘干时,由于磷铁渣中含有少量的碳,而这些碳在除杂过程中没法得到去除会留在铁红中,这样使得铁红产品不纯,产品性能不佳。
对比例4
其与实施例1进行对比,一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,包括以下步骤:
S1:取磷铁渣200g(其中水的含量为总质量的25%),加入水250ml制浆,在80℃水浴锅中加入质量分数为60%的氢氧化钠溶液,加入过程为1.0h,加入量为400g,匀速缓慢加入氢氧化钠溶液;反应3.0h后得到第一滤液,滤饼洗涤后得到第一滤饼;
S2:将第一滤液加入质量分数为20%的磷酸溶液调节第一滤液的pH为8.0,过滤氢氧化铝杂质后,第一滤液加入质量分数为85%磷酸后得到预混液,共加入磷酸250g,在80℃的水浴锅中,加入硫酸铁溶液1.25mol,其中铁离子浓度为1.2mol/L,反应时间为3h,将得到的浆料过滤、洗涤、干燥后在600℃下焙烧2h得到电池级磷酸铁;
S3:将第一滤饼加水制浆后加入硫酸调节溶液pH为4.5,过滤、洗涤得到第二滤饼;
S4:将第二滤饼在800℃下焙烧3h,将焙烧后的产物粉碎到粒径400目得到高纯高比表面积铁红。
相比于实施例1改变的条件:在S1中选择性提取磷酸根时,氢氧化钠的质量分数过高,大于范围20%-40%。对比例的不足之处在于:当氢氧化钠的质量分数过高时,在加入到磷铁渣的浆料中时,会导致局部碱性过强,滴加瞬间就有铁红生成,这使得铁红产品比表降低,铁红硬度增加,产品活性下降。
本发明将上述实施例以及对比例中的铁红物理参数进行对比分析,得到如下表1:
表1:各实施例和对比例中制备出的铁红物理参数对比
通过上述表1可以发现,采用本发明所述的磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法制备出来的铁红粒径小,比表面积更大,产品性能更加优越。并且整个过程磷铁渣中磷酸根和铁离子的利用率高,反应过程温和,产品价值高,易于工业大规模生产。
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明构思和范围进行限定,在不脱离本发明设计思想的前提下,本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进,均应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1:将磷酸铁锂提锂后的磷铁渣加水制浆后加入碱性溶液,反应结束后过滤得到第一滤液和滤饼,滤饼洗涤后得到第一滤饼;
S2:将第一滤液加入用于调节第一滤液pH的酸性溶液,除杂后加入磷酸得到预混液,预混液和三价铁源反应得到磷酸铁浆料,处理后得到电池级磷酸铁;
S3:将第一滤饼加水制浆后加入用于调节溶液pH的酸性溶液,除杂、过滤、洗涤得到第二滤饼;
S4:将第二滤饼焙烧粉碎得到铁红。
2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,其特征在于:所述步骤S1中磷铁渣加水制浆时固液质量比为1:(2.0~5.0),加入碱性溶液后反应温度为50-100℃,反应时间为0.5~3.0h。
3.根据权利要求2所述的一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,其特征在于:所述碱性溶液的质量分数为20-40%,碱性溶液加入的质量为磷铁渣质量的0.75-1.1倍。
4.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,其特征在于:所述步骤S2中酸性溶液为磷酸溶液,且磷酸溶液的加入使得第一滤液中的pH范围保持在8.0-10.0。
5.根据权利要求4所述的一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,其特征在于:所述步骤S2中磷酸总的加入质量为磷铁渣质量的1.0-2.0倍。
6.根据权利要求1或4所述的一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,其特征在于:所述步骤S2中三价铁源为硫酸铁,氯化铁,氢氧化铁中的一种或者几种。
7.根据权利要求6所述的一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,其特征在于:所述步骤S2中三价铁源铁的加入摩尔量为预混液中磷酸根摩尔量的0.7-0.95倍,三价铁源中铁离子的摩尔浓度为0.8-2.5mol/L。
8.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,其特征在于:所述步骤S2中反应温度为70-90℃,反应时间为2-4h,得到的磷酸铁浆料经洗涤、过滤、干燥、焙烧处理后得到电池级磷酸铁。
9.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,其特征在于:所述步骤S3中酸性溶液为硫酸,磷酸,盐酸中一种或者几种,且溶液的pH保持在4.0-5.5。
10.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂提锂后磷铁渣的回收方法,其特征在于:所述步骤S4中焙烧温度为600-900℃,焙烧时间为2-5h。
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