CN114852983A - 一种从回收废旧锂电池的副产物磷铁废渣中提取电池级磷酸铁的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂离子电池回收技术领域,具体涉及一种从回收废旧锂电池的副产物磷铁废渣中提取电池级磷酸铁的方法。该方法包括步骤:1)将磷铁废渣粉末浸入氢氧化钠溶液中进行反应以除铝;2)将除铝以后的磷铁废渣放在马弗炉中,在空气气氛中高温煅烧以除碳;3)将除铝和除碳以后的磷铁废渣粉末加入低浓度酸液加热进行反应以除去铜杂质;4)向除铜后的磷铁废渣粉末中加入酸液,并加热进行浸出反应,过滤得到酸浸液;5)调节酸浸液pH值,并依次进行过滤、洗涤、干燥,得到水合磷酸铁,将水合磷酸铁在高温下煅烧,得到电池级磷酸铁。本发明可解决目前磷铁废渣无法实现高附加值资源回收利用的问题。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池回收技术领域,具体涉及一种从回收废旧锂电池的副产物磷铁废渣中提取电池级磷酸铁的方法。
背景技术
近年来,随着新能源汽车市场的快速发展,动力电池的生产量和装车量都在飞速上升。磷酸铁锂电池因为其价格便宜,安全性好等优点,被广泛应用于新能源汽车上和储能行业。新能源汽车使用年限通常为5-8年,最早推行的新能源汽车已经迎来了退役狂潮。对磷酸铁锂的回收,通常通过选择性浸出回收,但在此同时,也带来大量的磷铁废渣副产物,因为其利用价值低,往往被用作生态砖,但此举又带来了大量有价值资源的浪费。
因此,如何实现磷铁废渣高附加值资源回收利用,成为了我们工业领域首要解决的问题。
发明内容
为解决现有技术的不足,本发明提供了一种从回收废旧锂电池的副产物磷铁废渣中提取电池级磷酸铁的方法,以解决目前磷铁废渣无法实现高附加值资源回收利用的问题。
本发明所提供的技术方案如下:
一种从回收废旧锂电池的副产物磷铁废渣中提取电池级磷酸铁的方法,包括以下步骤:
1)将磷铁废渣粉末浸入氢氧化钠溶液中进行反应,再过滤、干燥,得到除铝后的磷铁废渣粉末;
2)将除铝以后的磷铁废渣放在马弗炉中,在空气气氛中高温煅烧,除去包覆碳、导电剂、PVDF;
3)将除铝和除碳以后的磷铁废渣粉末加入低浓度酸液加热进行反应,除去铜杂质,过滤、干燥得到除铜后的磷铁废渣粉末;
4)向除铜后的磷铁废渣粉末中加入酸液,并加热进行浸出反应,过滤得到酸浸液;
5)调节酸浸液pH值,并依次进行过滤、洗涤、干燥,得到水合磷酸铁,将水合磷酸铁在高温下煅烧,得到电池级磷酸铁。
上述技术方案中:
步骤1)中,通过将含有氢氧化钠与铝反应得到的偏铝酸盐的溶液进行过滤,达到除去铝的效果,而除铝后的磷铁废渣粉末主要为磷酸铁和铜;
步骤2)中,通过高温煅烧,即可以除去包覆碳、导电剂、PVDF,又可以将铜氧化为氧化铜;
步骤3)中,通过酸与氧化铜的反应,将铜转化为铜离子溶液,再通过过滤,即可除去铜;
步骤4)中,通过浸出反应,可将磷酸铁溶解;
步骤5)中,通过将溶液中的磷酸根和铁离子进行沉淀反应,可得到高纯度的水合磷酸铁,进而可得到高纯度的电池级磷酸铁。
具体的,步骤1)中,氢氧化钠的pH值为8-13,浸泡时间为60-300min。
具体的,步骤2)中,煅烧温度为500-800℃,煅烧时间为2-6h。
具体的,步骤3)中,使用的酸性溶液为硫酸、硝酸、盐酸中的一种,浓度为0.1-1mol/L,反应时间为30-300min,温度为40-100℃。
具体的,所述步骤4)中,使用的酸液为硫酸、硝酸、盐酸、磷酸中的一种,浓度为1-4mol/L,反应时间为60-300min,温度为40-100℃。
具体的,所述步骤5)中,调节pH范围为1-4。
具体的,所述步骤5)中,使用氢氧化钠、氨水、碳酸钠、碳酸氢钠中至少一种调节pH。
具体的,所述步骤5)中:煅烧温度为500-800℃,煅烧时间为2-8h。
本发明的有益效果:
1)本发明可除去一般不易除去的铜和铝,而所采用的试剂可以只为常用的无机酸、碱,并且无有害废气排放。
2)本发明先通过沉淀反应,可制备得到高纯度的水合磷酸铁,从而可制备得到高纯度的电池级磷酸铁。
3)本发明所制备的电池级磷酸铁中,各杂质元素的含量均小于0.4%。
附图说明
图1是本发明实施条例的工艺流程图。
图2是本发明的实施例1中得到的二水合磷酸铁和电池级磷酸铁的XRD表征及磷酸铁标准卡片29-0715的谱图。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述,所举实施例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
实施例1
从废旧磷酸铁锂电池回收中产生副产物磷铁废渣中回收电池级磷酸铁的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将磷铁废渣粉末浸入pH=11氢氧化钠溶液中,浸泡120min,过滤、干燥得到除铝后的磷铁废渣粉末;
2)将除铝以后的磷铁废渣放在马弗炉中,在空气气氛中煅烧2h,650℃下加热2h,除去包覆碳、导电剂、PVDF。
3)将除铝和除碳以后的磷铁废渣粉末加入0.2moL/L硫酸加热进行出反应,除去铜杂质,过滤、干燥得到除铜后的磷铁废渣粉末;
4)将预处理除杂以后的磷铁废渣粉末中加入2moL/L硫酸加热进行浸出反应,过滤得到酸浸液;
5)调节浸出液pH值为2,过滤、洗涤、干燥得到水合磷酸铁,将水合磷酸铁在空气气氛中,650℃煅烧4小时,得到电池级磷酸铁。
本发明的工艺路线图如图1所示。图2为制备的电池级磷酸铁的XRD表征,制备所得的磷酸铁与标准卡片29-0715一致,衍射峰尖锐,特征峰明显,结晶度好。
表1 为制备磷酸铁的产品质量以及《HG/T 4701-2014电池用磷酸铁》标准要求。
实施例2
从废旧磷酸铁锂电池回收中产生副产物磷铁废渣中回收电池级磷酸铁的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将磷铁废渣粉末浸入pH=12氢氧化钠溶液中,浸泡120min,过滤、干燥得到除铝后的磷铁废渣粉末;
2)将除铝以后的磷铁废渣放在马弗炉中,在空气气氛中煅烧2h,650℃下加热2h,除去包覆碳、导电剂、PVDF。
3)将除铝和除碳以后的磷铁废渣粉末加入0.2moL/L硫酸加热进行出反应,除去铜杂质,过滤、干燥得到除铜后的磷铁废渣粉末;
4)将预处理除杂以后的磷铁废渣粉末中加入3moL/L硫酸加热进行浸出反应,过滤得到酸浸液;
5)调节浸出液pH值为1.5,过滤、洗涤、干燥得到水合磷酸铁,将水合磷酸铁在空气气氛中,700℃煅烧6小时,得到电池级磷酸铁。
实施例3
从废旧磷酸铁锂电池回收中产生副产物磷铁废渣中回收电池级磷酸铁的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将磷铁废渣粉末浸入pH=12氢氧化钠溶液中,浸泡120min,过滤、干燥得到除铝后的磷铁废渣粉末;
2)将除铝以后的磷铁废渣放在马弗炉中,在空气气氛中煅烧2h,650℃下加热2h,除去包覆碳、导电剂、PVDF。
3)将除铝和除碳以后的磷铁废渣粉末加入0.3moL/L硫酸加热进行出反应,除去铜杂质,过滤、干燥得到除铜后的磷铁废渣粉末;
4)将预处理除杂以后的磷铁废渣粉末中加入2.5moL/L硫酸加热进行浸出反应,过滤得到酸浸液;
5)调节浸出液pH值为1,过滤、洗涤、干燥得到水合磷酸铁,将水合磷酸铁在空气气氛中,650℃煅烧6小时,得到电池级磷酸铁。
实施例4
从废旧磷酸铁锂电池回收中产生副产物磷铁废渣中回收电池级磷酸铁的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将磷铁废渣粉末浸入pH=13氢氧化钠溶液中,浸泡120min,过滤、干燥得到除铝后的磷铁废渣粉末;
2)将除铝以后的磷铁废渣放在马弗炉中,在空气气氛中煅烧2h,700℃下加热2h,除去包覆碳、导电剂、PVDF。
3)将除铝和除碳以后的磷铁废渣粉末加入0.5moL/L硫酸加热进行出反应,除去铜杂质,过滤、干燥得到除铜后的磷铁废渣粉末;
4)将预处理除杂以后的磷铁废渣粉末中加入4moL/L硫酸加热进行浸出反应,过滤得到酸浸液;
5)调节浸出液pH值为1,过滤、洗涤、干燥得到水合磷酸铁,将水合磷酸铁在空气气氛中,750℃煅烧4小时,得到电池级磷酸铁。
实施例5
从废旧磷酸铁锂电池回收中产生副产物磷铁废渣中回收电池级磷酸铁的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将磷铁废渣粉末浸入pH=10氢氧化钠溶液中,浸泡180min,过滤、干燥得到除铝后的磷铁废渣粉末;
2)将除铝以后的磷铁废渣放在马弗炉中,在空气气氛中煅烧2h,650℃下加热2h,除去包覆碳、导电剂、PVDF。
3)将除铝和除碳以后的磷铁废渣粉末加入0.2moL/L硫酸加热进行出反应,除去铜杂质,过滤、干燥得到除铜后的磷铁废渣粉末;
4)将预处理除杂以后的磷铁废渣粉末中加入2moL/L硫酸加热进行浸出反应,过滤得到酸浸液;
5)调节浸出液pH值为2.5,过滤、洗涤、干燥得到水合磷酸铁,将水合磷酸铁在空气气氛中,650℃煅烧4小时,得到电池级磷酸铁。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种从回收废旧锂电池的副产物磷铁废渣中提取电池级磷酸铁的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将磷铁废渣粉末浸入氢氧化钠溶液中进行反应,再过滤、干燥,得到除铝后的磷铁废渣粉末;
2)将除铝以后的磷铁废渣放在马弗炉中,在空气气氛中高温煅烧,除去包覆碳、导电剂和PVDF;
3)将除铝和除碳以后的磷铁废渣粉末加入低浓度酸液加热进行反应,除去铜杂质,过滤、干燥得到除铜后的磷铁废渣粉末;
4)向除铜后的磷铁废渣粉末中加入酸液,并加热进行浸出反应,过滤得到酸浸液;
5)调节酸浸液pH值,并依次进行过滤、洗涤、干燥,得到水合磷酸铁,将水合磷酸铁在高温下煅烧,得到电池级磷酸铁。
2.根据权利要求1所述的从回收废旧锂电池的副产物磷铁废渣中提取电池级磷酸铁的方法,其特征在于:所述步骤1)中,氢氧化钠的pH值为8-13,浸泡时间为60-300min。
3.根据权利要求1所述的从回收废旧锂电池的副产物磷铁废渣中提取电池级磷酸铁的方法,其特征在于:所述步骤2)中,煅烧温度为500-800℃,煅烧时间为2-6h。
4.根据权利要求1所述的从回收废旧锂电池的副产物磷铁废渣中提取电池级磷酸铁的方法,其特征在于:所述步骤3)中,使用的酸性溶液为硫酸、硝酸、盐酸中的一种,浓度为0.1-1mol/L,反应时间为30-300min,温度为40-100℃。
5.根据权利要求1所述的从回收废旧锂电池的副产物磷铁废渣中提取电池级磷酸铁的方法,其特征在于:所述步骤4)中,使用的酸液为硫酸、硝酸、盐酸、磷酸中的一种,浓度为1-4mol/L,反应时间为60-300min,温度为40-100℃。
6.根据权利要求1所述的从回收废旧锂电池的副产物磷铁废渣中提取电池级磷酸铁的方法,其特征在于:所述步骤5)中,调节pH范围为1-4。
7.根据权利要求1所述的从回收废旧锂电池的副产物磷铁废渣中提取电池级磷酸铁的方法,其特征在于,所述步骤5)中:
使用氢氧化钠、氨水、碳酸钠、碳酸氢钠中至少一种调节pH;
煅烧温度为500-800℃,煅烧时间为2-8h。
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