CN113430322A - 磷酸铁锂废旧电池中磷和铁的回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磷酸铁锂废旧电池中磷和铁的回收方法。该方法包括：将磷酸铁渣、碳质还原剂和熔剂置于混料机中进行混料，其中，混料时加入粘结剂，所述磷酸铁渣是通过对磷酸铁锂废旧电池进行处理得到的；将得到的混料加入电炉中进行还原熔炼，熔炼温度为1300～1500℃，得到磷铁、含有P2O5蒸汽的烟气、以及炉渣。本发明采用火法冶炼的方法可从废旧磷酸铁锂电池中有效提取得到磷和铁资源，且产出的炉渣不属于危废渣，且本发明可进行大规模处理，不仅可以带来经济效益，而且可解决废旧磷酸铁锂电池堆放等带来的环境问题。
Description
技术领域
本发明涉及废旧电池回收技术领域，特别是涉及一种磷酸铁锂废旧电池中磷和铁的回收方法。
背景技术
随着新能源汽车的广泛应用，磷酸铁锂废旧电池生成量逐年增加，其中的锂、磷和铁资源需要回收利用。目前磷酸铁锂废旧电池中磷资源和铁资源的回收主要是湿法提取。
例如：中国申请CN201110147698.6公开的一种从电动汽车磷酸铁锂动力电池中回收锂和铁的方法，中国申请CN201810460794.8公开的一种磷酸铁锂废料的综合回收方法，中国申请CN201510773893.8公开的一种磷酸铁锂动力电池的回收利用方法。
上述申请均采用的是湿法提取铁、锂等元素，随着磷酸铁锂电池用量日益增加，湿法冶炼工艺将无法满足报废电池的处理，并且湿法冶金处理磷酸铁锂废旧电池，会产生大量危废渣，影响环境安全。
发明内容
基于此，本发明的目的在于提供一种磷酸铁锂废旧电池中磷和铁的回收方法，本发明采用火法冶炼的方法从废旧磷酸铁锂电池中提取得到磷和铁资源，产出的炉渣不属于危废渣，且本发明可进行大规模处理，本发明不仅可以带来经济效益，而且可解决废旧磷酸铁锂电池堆放等带来的环境问题。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
根据本发明的一个方面，本发明提供的一种磷酸铁锂废旧电池中磷和铁的回收方法，包括：
将磷酸铁渣、碳质还原剂和熔剂置于混料机中进行混料，其中，混料时加入粘结剂，所述磷酸铁渣是通过对磷酸铁锂废旧电池进行处理得到的；
将混料加入电炉中进行还原熔炼，还原熔炼温度为1300～1500℃，得到磷铁、含有P2O5蒸汽的烟气、以及炉渣。
可选地，所述碳质还原剂包括：焦炭、无烟煤、石油焦、碎煤、活性炭等的一种或多种。
可选地，所述熔剂包括：石英、石灰、铝土矿、氧化镁矿、萤石中的一种或多种。
可选地，每炉次的熔炼时间为1h～6h。
可选地，所述粘结剂的加入量为磷酸铁渣、碳质还原剂和熔剂总重量的1％～10％。
可选地，所述粘结剂为水。
可选地，电炉还原熔炼工艺渣型为CaO-FeO-SiO2-Al2O3-MgO-CaF2渣型。
可选地，所述方法还包括：采用所述含有P2O5蒸汽的烟气进行磷酸制备；以及将所述炉渣进行水碎，得到水碎渣，可进行售卖。
可选地，在混料前，所述方法还包括：按照磷酸铁渣、碳质还原剂、熔剂的用量比为1：(0.1～0.4)：(0.05～0.2)进行配料。
与现有技术相比，本发明磷酸铁锂废旧电池中磷和铁的回收方法，采用高温火法冶炼的方法，由磷酸铁锂废旧电池中提取磷和铁，可用于处理大规模废旧电池，例如处理10万吨规模以上的磷酸铁锂废旧电池；本发明回收得到磷和铁元素，且产出的炉渣不属于危废渣，具有环保效益和经济效益；本发明具有工艺流程简单，生产成本低，磷和铁元素回收率高的优点。
附图说明
图1是本发明磷酸铁锂废旧电池中磷和铁的回收方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种磷酸铁锂废旧电池中磷和铁的回收方法，采用的是火法冶炼方法，可以包括：对磷酸铁锂废旧电池进行处理，得到磷酸铁渣；将磷酸铁渣、碳质还原剂和熔剂置于混料机中进行混料，混料时加入粘结剂；将混料加入电炉中进行还原熔炼，熔炼温度为1300～1500℃，得到磷铁、含有P2O5蒸汽的烟气、以及炉渣(该炉渣不属于危废渣)。其中，所述磷酸铁渣是采用本领域常规方法将磷酸铁锂废旧电池进行处理得到的，例如经常规的破碎处理和分选处理得到的。
图1示意性地示出了磷酸铁锂废旧电池中磷和铁的回收方法的一种工艺流程。如图1所示，本发明提供的一种磷酸铁锂废旧电池中磷和铁的回收方法，具体可以包括：
步骤S1，将磷酸铁锂废旧电池经常规处理得到的磷酸铁渣、以及碳质还原剂和熔剂进行配料。其中，配料时，可按照磷酸铁渣、碳质还原剂、熔剂三者用量比为1：(0.1～0.4)：(0.05～0.2)进行配料，有利于提高磷铁回收率。进一步地，配比可以为1：(0.1～0.4)：(0.05～0.1)，可获得更大的经济效益。
所述碳质还原剂可以包括：焦炭、无烟煤、石油焦、碎煤(即粒煤)、活性炭等的一种或多种。例如，可以采用碎煤作为碳质还原剂，既具有环保效益又降低了生产成本。
所述熔剂可以包括：石英(砂)、石灰、铝土矿、氧化镁矿、萤石中的一种或多种。例如，可以选择石英砂、石灰、铝土矿以及氧化煤矿，比例可以为2:(1～2):2:(1～2)，可以进一步提高磷铁回收率，且产出对环境友好。
步骤S2，将配料置于混料机中，例如圆筒混料机中，进行混料，混料时可加入水作为粘结剂，但不限于此，例如也可以为废蔗糖水等。其中，所述粘结剂的用量一般为物料加入量的1％～10％，所述物料是指磷酸铁渣、碳质还原剂和熔剂的总重量。
步骤S3，将混料加入电炉中进行还原熔炼，还原熔炼温度可以为1300～1500℃，每炉次的熔炼时间可以为1h～6h，经电炉熔炼后得到磷铁、炉渣、烟气，所述烟气为含有P2O5蒸汽的烟气。其中，得到的磷铁可以直接售卖；得到的炉渣进行水碎，得到水碎渣，然后进行外卖即可；得到的烟气进行余热回收，烟气应用于制磷酸工艺中，以生产得到磷酸。本发明中电炉还原熔炼工艺的渣型为CaO-FeO-SiO2-Al2O3-MgO-CaF2渣型。本发明中选择该渣型的有益效果为炉渣熔点低，冶炼温度低。本发明通过在1300～1500℃电炉中进行火法冶炼可以有效回收磷酸铁锂废旧电池中的磷和铁，且产出无污染。
下面结合具体实施例对本申请的技术方案进行详细说明。显然，以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
实施例1和实施例2中，磷酸铁锂废旧电池成分如表1所示。
表1磷酸铁锂废旧电池成分(wt％)
实施例1
首先称取1t磷酸铁渣、300kg粒煤、20kg石英砂、10kg石灰、20kg氧化镁矿、20kg铝土矿，将所有原料加入圆筒混料机中进行混料，混料时加入水作为粘结剂，加入量50kg，然后将混料加入电炉中进行还原熔炼，冶炼温度为1500℃左右，每炉次熔炼时间为1h。
试验结果证明，磷铁成分为：Fe％＝74.34，P％＝24.86；磷铁产量为387.12kg，烟气生成量为530.46Nm3，烟气中P2O5的体积含量为5.35％。
实施例2
首先称取1t磷酸铁渣、280kg粒煤、20kg石英砂、20kg石灰、20kg氧化镁矿、20kg铝土矿，将所有原料加入圆筒混料机中进行混料，混料时加入水作为粘结剂，加入量50kg，然后将混料加入电炉中进行还原熔炼，冶炼温度为1450℃左右，每炉次熔炼时间为1h。
试验结果证明，磷铁成分为：Fe％＝74.34，P％＝24.86；磷铁产量为373.12kg，烟气生成量为516.58Nm3，烟气中P2O5的体积含量为5.29％。
需要说明的是，上述两个实施例中碳质还原剂均采用了粒煤，显然，其对本发明的保护范围并不具有限制性，本发明中其他碳质还原剂或其组合均可以得到实现本发明的技术效果。
综上，本发明通过优化磷酸铁渣、碳质还原剂和熔剂的配比，采用火法冶炼方法将磷酸铁渣、碳质还原剂和熔剂置于圆筒混料机中混料后加入电炉中进行还原熔炼，在1300～1500℃的高温作用下，磷酸铁渣与还原剂和熔剂发生反应，产出磷铁、含有P2O5蒸汽的烟气和高温炉渣，其中，磷和铁元素的回收率高，产出的磷铁可直接外售，P2O5蒸汽用于生产磷酸，炉渣不属于危废渣经处理后还可外卖，不仅实现了磷和铁的高回收率提取，还具有环保效益和经济效益；另外，本发明火法冶炼回收方法可进行大规模废旧电池的处理，例如，可处理10万吨规模以上的磷酸铁锂废旧电池。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (9)
1.一种磷酸铁锂废旧电池中磷和铁的回收方法，其特征在于，包括：
将磷酸铁渣、碳质还原剂和熔剂置于混料机中进行混料，其中，混料时加入粘结剂，所述磷酸铁渣是通过对磷酸铁锂废旧电池进行处理得到的；
将得到的混料加入电炉中进行还原熔炼，还原熔炼温度为1300～1500℃，得到磷铁、含有P2O5蒸汽的烟气、以及炉渣。
2.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述碳质还原剂包括：焦炭、无烟煤、石油焦、碎煤、活性炭等的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述熔剂包括：石英、石灰、铝土矿、氧化镁矿、萤石中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，每炉次的熔炼时间为1h～6h。
5.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述粘结剂的加入量为磷酸铁渣、碳质还原剂和熔剂总重量的1％～10％。
6.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述粘结剂为水。
7.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，电炉还原熔炼工艺的渣型为CaO-FeO-SiO2-Al2O3-MgO-CaF2渣型。
8.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述方法还包括：
采用所述含有P2O5蒸汽的烟气进行磷酸制备；
将所述炉渣进行水碎，得到水碎渣。
9.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，在混料前，所述方法还包括：按照磷酸铁渣、碳质还原剂、熔剂的用量比为1：(0.1～0.4)：(0.05～0.2)进行配料。
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