一种从磷酸铁锂废料中提取锂和磷酸铁的方法技术

本发明专利技术提供了一种从磷酸铁锂废料中提取锂和磷酸铁的方法，其包括如下步骤：(1)将磷酸铁锂粉末用NaOH浸泡，得到除铝料；(2)将除铝料进行有氧焙烧反应，得到焙烧料；(3)将焙烧料冷却后，加入酸进行浸出反应，得到酸浸液和磷酸铁；(4)将酸浸液进行固液分离，得到磷酸铁固体和酸性锂液；(5)将磷酸铁经洗涤、干燥，得到电池级磷酸铁；(6)将酸性锂液调pH值为碱性并过滤，得到净化锂液。本发明专利技术的方法工艺过程简单、对原料没有要求；提取过程中酸碱消耗量很低、副产物少；所得产品磷酸铁品质稳定，达到电池级产品指标要求；对锂、铁、磷元素均进行了有效回收且收率高，易于实现工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种从磷酸铁锂废料中提取锂和磷酸铁的方法
本专利技术属于废料回收利用
，具体涉及一种从磷酸铁锂废料中提取锂和磷酸铁的方法。
技术介绍
锂离子电池是目前应用最为广泛的锂电池，锂离子电池按正极材料划分可分为：磷酸铁锂(LFP)，镍酸锂(LNO)，锰酸锂(LMO)，钴酸锂(LCO)，以及镍钴锰酸三元锂(NCM)，镍钴铝酸三元锂(NCA)等。相对于传统铅酸电池或其它新型的二次电池，锂离子电池优势巨大，主要优势有：①锂离子电池电压平台高；磷酸铁锂单体电池工作电压为3.2V，钴酸锂和锰酸锂单体电池的平均工作电压为3.7V，三元锂离子电池电压可达3.8V，约等于3只镍镉电池或镍氢电池的串联电压，且锂离子电池便于组成电池电源组；②相对传统电池而言，锂离子电池能量密度高。2017年，我国电动车汽车市场锂电装机33.55GWh，同比增长21％，根据GGII发布的《新能源汽车产业链数据库》统计显示，2017年我国新能源汽车生产约81.1万辆，同比增长56％。其中主要是使用磷酸铁锂电池，2017年我国磷酸铁锂总产量已达5.8万吨，未来，随着新能源汽车和储能电池的进一步发展，其产量还在持续增长中。磷酸铁锂电池有其显著的优势：①安全性能好：适用温度范围宽，热峰值可达350℃-500℃，而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右；②容量大：同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3，重量是铅酸电池的1/3；③成本便宜：原材料铁和磷在自然界广泛存在，易于提取和制备。但是，随着磷酸铁锂电池的使用寿命到期，必然要对其进行回收。磷酸铁锂中的锂是宝贵的可再生资源，如不加以回收，不但导致锂资源被浪费掉，而且还导致环境污染，不利于行业的可持续发展。由于磷酸铁锂中的铁、磷附加值很低，一般在化学法回收时不予考虑。但回收时如果仅考虑锂，而不考虑对铁、磷的处理，不仅成本上难以维持，环保风险也很大。目前对于磷酸铁锂废料的回收利用方法已有诸多专利文献报道，如格林美的专利CN106384855A提供了一种废旧磷酸铁锂正极材料的回收方法，该方法可将废旧磷酸铁锂正极材料中被氧化的部分还原，达到废旧磷酸铁锂正极材料再生利用的目的；如圣阳电源的专利CN104362408B公开了一种磷酸铁锂电池制造环节磷酸铁锂废料的回收再利用方法，其具有回收料电化学性能好、再利用率高、成本低廉的优点。但是上述专利中的方法存在的缺点是回收的磷酸铁锂杂质含量很高，其中的锂、铁、磷比例不一样、失效程度不一样，甚至一些废料已经无法活化。因此对工艺参数不能统一，所活化出来的磷酸铁锂性质差异较大，产品批次稳定性不好。故该类工艺对原材料要求很高，只适合某些已知的、杂质含量较低的原料，不具备普适性，难以实现规模工业化处理。另外，如天齐锂业的专利CN107069132A公开了一种回收废旧磷酸铁锂正极材料的方法，该方法通过配强酸氧化溶液，然后将磷酸铁锂废料加入强酸氧化溶液中，边搅拌边加热到25～50℃反应15～120min后分离得磷酸铁粗品和含锂浸出液，再将磷酸铁粗品经物理除杂后在高温下锻烧后转入高能球磨机，磨碎得2-6微米的磷酸铁和锂盐产品。中国科学院过程工程研究所的专利CN108470952A公开了一种低温液相法选择性回收废旧磷酸铁锂正极材料中锂的方法，溶解时，向废旧磷酸铁理正极材料中加入浸出剂，进行液相浸出，得到浆料，浸出剂包括有机物、无机酸和氧化剂。该类方法的锂、铁、磷的回收率高，对原料要求低，适合工业化生产，缺点是全溶法需要消耗大量的酸，沉淀时需要消耗大量的碱回调pH值，产生较多的副产品；氧化亚铁离子需使用大量的氧化剂(如过氧化氢、氯酸钠、次氯酸钠、过硫酸铸、过磷酸按等)，总体生产成本较高。格林美专利CN106450547A公开了一种从磷酸铁锂废料中回收磷酸铁和碳酸锂的方法。该方法包括如下步骤：氧化焙烧、极片清洗、加磷酸球磨活化、酸洗分离FePO4、滤液沉锂，得到目标物Li2CO3。该专利技术的优点在于，能够充分利用磷酸铁锂废料中的P、Fe、Li资源，资源回收率高；缺点是工艺流程多，需要加入磷酸球磨，易引入磁性物质等杂质，对正极片铝没有很好的去除效果，其主要目标产物是碳酸锂，所得磷酸铁产品指标一般。因此，如何寻求新的磷酸铁锂的回收方法，使其具体生产过程中酸和碱的用量较少，副产品少，工艺过程简单；且所得磷酸铁产品的品质稳定，能够达到电池级产品指标要求的新的生产工艺，成为目前该领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种从磷酸铁锂废料中提取锂和磷酸铁的方法。本专利技术所采用的方法是采用低成本的氧气来氧化亚铁离子，整个工艺过程简单、对原料没有要求；提取过程中酸碱消耗量很低、副产物少；所得产品磷酸铁品质稳定，达到电池级产品指标要求；所得净化锂液杂质低，可用于直接生产电池级锂盐产品；本专利技术工艺对锂、铁、磷元素均进行了有效回收且收率高；工艺简单、成本低、副产物少，综合效益高，易于实现工业化生产。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种从磷酸铁锂废料中提取锂和磷酸铁的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将磷酸铁锂粉末用NaOH浸泡，所述NaOH的浓度为0.5～2mol/L，浸泡时间为30～180min，待反应完全，得到除铝料；(2)将步骤(1)所得除铝料进行有氧焙烧反应，有氧焙烧反应温度为450～1050℃，得到焙烧料；(3)将步骤(2)所得焙烧料冷却至100℃以下，加入酸在搅拌条件下进行浸出反应，所述焙烧料与酸的质量比为1:1～3，浸出反应完成后得到酸浸液和磷酸铁；(4)将步骤(3)所得酸浸液进行固液分离，得到磷酸铁固体和酸性锂液；(5)将步骤(4)所得磷酸铁经洗涤、干燥，得到电池级磷酸铁，洗水返回步骤(3)进行浸出；(6)将步骤(4)所得酸性锂液调pH值为碱性并过滤，得到净化锂液。本专利技术步骤(1)中涉及的主要反应式如下：2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑步骤(2)中涉及的主要反应式如下：6LiFePO4+1.5O2＝2Li3PO4+4FePO4+Fe2O3C+O2＝CO2↑步骤(3)中涉及的主要反应式如下：2Li3PO4+Fe2O3+6H++H2O＝6Li++2FePO4·2H2O↓本专利技术采用上述提取回收工艺具有如下优点：1、同时提取锂和磷酸铁，物料利用率高，磷酸铁产品质量好。本专利技术将预处理好的磷酸铁锂粉末废料以NaOH溶液浸泡，除去其中残留的铝，确保沉淀时可能与磷酸盐反应的铝量为微量，保证了磷、铁的摩尔比，进而确保磷酸铁的化学指标符合要求。该步骤的碱液浸泡是必要的，其决定了最后回收得到的磷酸铁的品质指标能够很好符合电池级磷酸铁标准；纯铝极片在酸性中反应很慢，靠酸不能完全去除且效率很低。最终所得磷酸铁产品中，不含碳，Na、K、Al、Ca、Mg、Cu、Zn、Ni、SO42-、Cl-等杂质含量符合或优于《HG/T4701-2014电池用磷酸铁》标准要求；锂含量<0.01％；铁磷摩尔比接近1:1；经过细磨后，可作为烧结磷酸铁锂的原料。2、以氧气作为氧化剂，成本低廉。使用有氧焙烧反应分解磷酸铁锂、碳和有机物，取代了湿法浸取使用的氧化剂(如专利CN106684485A提及的过氧化氢、过氧化钠、高锰酸钾)，反应彻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从磷酸铁锂废料中提取锂和磷酸铁的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将磷酸铁锂粉末用NaOH浸泡，所述NaOH的浓度为0.5～2mol/L，浸泡时间为30～180min，待反应完全，得到除铝料；(2)将步骤(1)所得除铝料进行有氧焙烧反应，有氧焙烧反应温度为450～1050℃，得到焙烧料；(3)将步骤(2)所得焙烧料冷却至100℃以下，加入酸在搅拌条件下进行浸出反应，所述焙烧料与酸的质量比为1：1～3，浸出反应完成后得到酸浸液和磷酸铁；(4)将步骤(3)所得酸浸液进行固液分离，得到磷酸铁固体和酸性锂液；(5)将步骤(4)所得磷酸铁经洗涤、干燥，得到电池级磷酸铁，洗水返回步骤(3)进行浸出；(6)将步骤(4)所得酸性锂液调pH值为碱性并过滤，得到净化锂液。

【技术特征摘要】
1.一种从磷酸铁锂废料中提取锂和磷酸铁的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将磷酸铁锂粉末用NaOH浸泡，所述NaOH的浓度为0.5～2mol/L，浸泡时间为30～180min，待反应完全，得到除铝料；(2)将步骤(1)所得除铝料进行有氧焙烧反应，有氧焙烧反应温度为450～1050℃，得到焙烧料；(3)将步骤(2)所得焙烧料冷却至100℃以下，加入酸在搅拌条件下进行浸出反应，所述焙烧料与酸的质量比为1：1～3，浸出反应完成后得到酸浸液和磷酸铁；(4)将步骤(3)所得酸浸液进行固液分离，得到磷酸铁固体和酸性锂液；(5)将步骤(4)所得磷酸铁经洗涤、干燥，得到电池级磷酸铁，洗水返回步骤(3)进行浸出；(6)将步骤(4)所得酸性锂液调pH值为碱性并过滤，得到净化锂液。2.根据权利要求1所述的从磷酸铁锂废料中提取锂和磷酸铁的方法，其特征在于，步骤(2)中所述有氧焙烧反应的时间为30～180min，所述氧体积分数控制为20～100％。3.根据权利要求1所述的从磷酸铁锂废料中提取锂和磷酸铁的方法，其特征在于，步骤(3)中搅拌浸出...

【专利技术属性】
技术研发人员：周应涛，
申请(专利权)人：成都绿锂环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51