一种选择性回收废旧磷酸铁锂电池中锂和铜的方法技术

本发明专利技术公开了一种选择性回收废旧磷酸铁锂电池中锂和铜的方法，涉及电子废弃物回收处理技术领域。该方法包括：将废旧磷酸铁锂电池、无机酸与氧气混合，在96～150℃的条件下进行反应，待反应结束后固液分离，得到浸出液和磷酸铁浸出渣；将浸出液与分离剂混合以分离浸出液中的铜，随后加入碱性物质调pH以除去杂质铁和杂质铝，得到净化液；将净化液与钠盐进行沉淀得到锂产品。本申请中通过在高温氧化性酸性环境中实现废旧磷酸铁锂电极材料结构的破坏，尤其是在96～150℃的条件下，只需要加入少量的无机酸即可实现锂、铜的高效浸出，而Fe几乎不浸出，可以回收高价值的锂、铜；工艺流程简短、设备简单，试剂成本低。

A method of selective recovery of lithium and copper from waste lithium iron phosphate batteries

【技术实现步骤摘要】
一种选择性回收废旧磷酸铁锂电池中锂和铜的方法
本专利技术涉及电子废弃物回收处理
，具体而言，涉及一种选择性回收废旧磷酸铁锂电池中锂和铜的方法。
技术介绍
锂离子电池由于具有电压高、比能量大、质量轻、循环寿命长和安全性能好的显著优势，已成为动力电池的主要类型。磷酸铁锂动力电池由于具有优异的安全性、稳定性和循环性能，同时其价格低、无污染，因此在动力汽车、储能电站等领域广泛应用。随着产能的不断提高，每年约有占总量15％的动力电池报废。废旧磷酸铁锂电池电极材料中含有的锂、铜资源为紧缺资源。目前废旧磷酸铁锂电池电极材料回收锂较为传统的工艺是：采用无机酸与双氧水将废料中的Li、Cu、Fe全部浸出，然后通过添加碱回调，使铁以磷酸铁的形式沉淀，而锂、铜则保留在溶液中，从而分别得到锂、铜产品和磷酸铁。该方法的缺点在于酸碱试剂消耗量较大。CN106340692A提出使用H3PO4-H2O2体系处理失效磷酸铁锂电池正极材料的方法，控制pH值为2.0～4.5，使锂以磷酸二氢锂的形式选择性地浸出，而滤渣为磷酸铁及碳粉；但磷酸和双氧水价格较贵，回收成本高。CN105937038A将磷酸铁锂作为正极、金属或碳类电极作为负极，水性溶液作为电解质，在电势的驱动下使锂电池正极材料中的锂离子迁入电解质水溶液中形成含锂溶液，锂的迁出率达到90％以上；但该方法工序较为复杂、锂回收率不高。鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种选择性回收废旧磷酸铁锂电池中锂和铜的方法。本专利技术是这样实现的：第一方面，实施例提供一种选择性回收废旧磷酸铁锂电池中锂和铜的方法，其包括：将废旧磷酸铁锂电池、无机酸与氧气混合，在96～150℃的条件下进行反应，待反应结束后固液分离，得到浸出液和磷酸铁浸出渣；将所述浸出液与分离剂混合以分离所述浸出液中的铜，随后加入碱性物质调pH以除去杂质铁和杂质铝，得到净化液；将所述净化液与钠盐进行沉淀得到锂产品。在可选的实施方式中，所述无机酸添加量按所述无机酸中氢离子摩尔数与所述废旧磷酸铁锂电池中锂和铜的总摩尔数的比例计为0.8～1.3：1。在可选的实施方式中，所述无机酸为盐酸、硫酸和硝酸中的一种或多种。在可选的实施方式中，所述无机酸浓度为0.01～5mol/L。在可选的实施方式中，在向所述废旧磷酸铁锂电池与所述无机酸的混合物中通入氧气时，控制氧分压为0.2～2Mpa。在可选的实施方式中，所述废旧磷酸铁锂电池与所述无机酸的混合物在通入所述氧气后，于96～150℃的条件下反应0.5～5小时。在可选的实施方式中，所述分离剂为铁粉、硫化钠中的一种或两种。在可选的实施方式中，所述碱性物质包括碳酸钠、碳酸氢钠或氢氧化钠中的一种或多种。在可选的实施方式中，加入所述碱性物质调节浸出液的pH至5.5～6.5以除去溶液中的杂质铁和杂质铝。在可选的实施方式中，所述钠盐包括碳酸钠、磷酸钠、氟化钠中的一种或几种混合物。本专利技术具有以下有益效果：本申请中通过在高温氧化性酸性环境中实现废旧磷酸铁锂电极材料结构的破坏，尤其是在96～150℃的条件下，只需要加入少量的无机酸即可实现锂、铜的高效浸出，锂、铜的浸出率可达98％以上，高温条件可以抑制Fe的浸出，进而在本申请的方法中，Fe几乎不浸出，可以回收高价值的锂、铜；工艺流程简短、设备简单，试剂成本低。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本申请提供了一种选择性回收废旧磷酸铁锂电池中锂和铜的方法，其包括：S1、将废旧磷酸铁锂电池、无机酸与氧气混合，在96～150℃的条件下进行反应，待反应结束后固液分离，得到浸出液和磷酸铁浸出渣。无机酸添加量按无机酸中氢离子摩尔数与废旧磷酸铁锂电池中锂和铜的总摩尔数的比例计为0.8～1.3：1。无机酸为盐酸、硫酸和硝酸中的一种或多种。无机酸浓度为0.01～5mol/L。具体来说，在向废旧磷酸铁锂电池与无机酸的混合物中通入氧气时，控制氧分压为0.2～2Mpa，于96～150℃的条件下反应0.5～5小时。通入的氧气作为氧化剂可在酸性环境中实现对废旧磷酸铁锂电池的结构的破坏，实现锂和铜的选择性浸出，而铁几乎不浸出，尤其是，本申请中，并且通过在高温(96～150℃)下通入氧气，即使过酸，铁也不会浸出。锂、铜的选择性浸出主要反应方程式为：LiFePO4+4H++O2→FePO4↓+Li++2H2O；Cu+4H++O2→Cu2++2H2O；Al+4H+→Al3++H2；CuO+2H+→Cu2++H2O；Al2O3+4H+→Al3++H2O。因此，在废旧磷酸铁锂电池中加入无机酸，并且通入氧气，可以使其中的锂和铜以及杂质铝均浸出，而其中的以FePO4浸出渣的形式沉淀分离。在高温溶液中硫酸铁可以发生水热反应，反应如下：Fe2(SO4)3+3H2O＝＝＝＝Fe2O3+3H2SO4因此，本申请中，通过提高反应温度至96～150℃，可以进一步抑制铁的浸出，选择性浸锂和铜。本申请中通过上述操作，可实现对废旧磷酸铁锂电池中的锂和铁同时浸出，无机酸的添加量通过控制在上述范围内，由于本申请中限定了96～150℃的反应温度，同时向废旧磷酸铁锂电池与无机酸的混合物中通入了充足的氧气，在这样的条件下，即使过酸，也几乎不会浸出铁，使得本申请的操作更为简单。S2、将浸出液与分离剂混合以分离浸出液中的铜，随后加入碱性物质调pH以除去杂质铁和杂质铝，得到净化液。具体地，本实施例中的分离剂为铁粉、硫化钠中的一种或两种。本实施例中通过分离剂将浸出液中的铜进行分离并收集，可实现在一个工艺中同时收集铜和锂，更方便。随后加入的碱性物质可以将浸出液的pH调节至5.5～6.5，以除去溶液中的杂质铁和杂质铝。其中，碱性物质包括碳酸钠、碳酸氢钠或氢氧化钠中的一种或多种；通过碱性物质与浸出液中的铁离子和铝离子发生反应生成沉淀，再进行固液分离以获得净化液。S3、将净化液与钠盐进行沉淀得到锂产品。本申请中，钠盐包括碳酸钠、磷酸钠、氟化钠中的一种或几种混合物。通过钠盐与净化液中的锂离子发生反应生成沉淀，从而将锂产品分离出来。本申请中通过上述步骤，可以有效的将废旧磷酸铁锂电池中的锂和铜同时进行回收，锂、铜的浸出率可达98％以上，而Fe几乎不浸出，可以回收高价值的锂、铜；工艺流程简短、设备简单，试剂成本低。以下结合实施例对本专利技术的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1将某废旧磷酸铁锂电极材料100g，加入浓度为0.02mol/L的硫酸溶液，硫酸溶液加入量按硫酸溶液中氢离子摩尔数与废旧磷酸铁锂电极材料中锂、铜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种选择性回收废旧磷酸铁锂电池中锂和铜的方法，其特征在于，其包括：/n将废旧磷酸铁锂电池、无机酸和氧气混合，在96～150℃的条件下进行反应，待反应结束后固液分离，得到浸出液和磷酸铁浸出渣；/n将所述浸出液与分离剂混合以分离所述浸出液中的铜，随后加入碱性物质调pH以除去杂质铁和杂质铝，得到净化液；/n将所述净化液与钠盐进行沉淀得到锂产品。/n

【技术特征摘要】
1.一种选择性回收废旧磷酸铁锂电池中锂和铜的方法，其特征在于，其包括：
将废旧磷酸铁锂电池、无机酸和氧气混合，在96～150℃的条件下进行反应，待反应结束后固液分离，得到浸出液和磷酸铁浸出渣；
将所述浸出液与分离剂混合以分离所述浸出液中的铜，随后加入碱性物质调pH以除去杂质铁和杂质铝，得到净化液；
将所述净化液与钠盐进行沉淀得到锂产品。


2.根据权利要求1所述的选择性回收废旧磷酸铁锂电池中锂和铜的方法，其特征在于，按所述无机酸中氢离子摩尔数与所述废旧磷酸铁锂电池中锂和铜的总摩尔数的比例为0.8～1.3：1加入所述无机酸。


3.根据权利要求1所述的选择性回收废旧磷酸铁锂电池中锂和铜的方法，其特征在于，所述无机酸为盐酸、硫酸和硝酸中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的选择性回收废旧磷酸铁锂电池中锂和铜的方法，其特征在于，所述无机酸的浓度为0.01～5mol/L。


5.根据权利要求1所述的选择性回收废旧磷酸铁锂电池中锂和铜的方法，其特征在于，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志强，伍德佑，饶帅，曹洪杨，张魁芳，
申请(专利权)人：广东省稀有金属研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44