利用市政污泥焚烧灰制备磷酸铁的方法及电池级磷酸铁技术

本发明专利技术提供了一种利用市政污泥焚烧灰制备磷酸铁的方法及电池级磷酸铁，方法包括以下步骤：S1，在超声波条件下，采用酸液作为浸出剂，将市政污泥焚烧灰中的磷元素浸出，经离心分离后得到第一含磷浸出液和酸浸渣；S2，去除所述第一含磷浸出液中的铝铁杂质离子、钙镁杂质离子、重金属离子，得到初始磷酸盐溶液；S3，将所述初始磷酸盐溶液中的磷含量调节至4.5％

【技术实现步骤摘要】
利用市政污泥焚烧灰制备磷酸铁的方法及电池级磷酸铁


[0001]本专利技术涉及资源回收利用
，更具体地，涉及利用市政污泥焚烧灰制备磷酸铁的方法及电池级磷酸铁。

技术介绍

[0002]随着锂电行业的高速发展，磷酸铁锂材料的需求量逐年增长，特别是在“碳达峰”和“碳中和”被明确提上日程的前提下，磷酸铁锂的需求量更是大增，导致磷酸铁锂的供应严重不足。磷酸铁锂主要采用无水磷酸铁制备，而现有无水磷酸铁工艺的磷源多为磷酸、MAP、DAP等。磷源种类相对单一，受磷资源市场影响较大，抗风险能力不是很强。
[0003]而市政污泥焚烧灰中含有较丰富的磷元素，P2O5含量可达13％
‑
30％，与低品质的磷矿石中磷含量相当，是一种潜在的磷源。但受技术局限，市政污泥的高价值利用一直是行业难题。目前市政污泥的处置途径主要是农业和园林绿化利用、焚烧和填埋，资源利用率较低，且容易造成二次污染。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本专利技术提供了一种利用市政污泥焚烧灰制备磷酸铁的方法及电池级磷酸铁。本专利技术直接以市政污泥焚烧灰为原材料，通过超声浸提，得到含磷浸出液，磷的浸出率高，可达95％
‑
97％，之后对含磷浸出液进行铝铁杂质离子、钙镁杂质离子、重金属离子的去除之后，直接以此磷酸盐溶液调配用于磷酸铁合成的磷酸盐反应溶液，方法步骤简单可靠，而且制备出来的磷酸铁性能良好，能够达到电池级无水磷酸铁的要求。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种利用市政污泥焚烧灰制备磷酸铁的方法，包括以下步骤：
[0007]S1，在超声波条件下，采用酸液作为浸出剂，将市政污泥焚烧灰中的磷元素浸出，经离心分离后得到第一含磷浸出液和酸浸渣；
[0008]S2，去除所述第一含磷浸出液中的铝铁杂质离子、钙镁杂质离子、重金属离子，得到初始磷酸盐溶液；
[0009]S3，将所述初始磷酸盐溶液中的磷含量调节至4.5％
‑
6.0％，加入氧化剂，混合均匀，得到磷酸盐反应溶液；
[0010]S4，将所述磷酸盐反应溶液均匀滴加到硫酸亚铁溶液中，制备得到磷酸铁。其中，硫酸亚铁加入量按照磷元素与铁元素的物质的量之比n(P):n(Fe)＝(1.15
‑
1.25):1确定，氧化剂加入量按照氧化剂与铁元素的物质的量之比n(氧化剂):n(Fe)＝(0.55
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0.6):1确定。
[0011]磷酸盐反应溶液滴加到硫酸亚铁溶液中的滴加时间为30min，滴加完后搅拌反应60min。
[0012]本专利技术通过在超声波条件下，采用酸液作为浸出剂，将市政污泥焚烧灰中的磷元素浸出，经离心分离后得到第一含磷浸出液和酸浸渣，磷的浸出率可达95％
‑
97％，实现了
对磷资源的充分回收利用，酸浸渣中主要成分为二氧化硅和二氧化钛。通过控制去除第一含磷浸出液中的铝铁杂质离子、钙镁杂质离子、重金属离子，得到初始磷酸盐溶液，铝铁杂质离子去除率可达95％以上，钙镁杂质离子去除率可达80％以上，经去除后重金属离子可低至3ppm以下，从而确保了初始磷酸盐溶液的品质。直接在初始磷酸盐溶液加入纯水或者磷酸来调节磷含量，操作简单，可靠性强。经调整后的磷酸盐溶液，与亚铁盐溶液在氧化环境下制备得到磷酸铁，制备出来的磷酸铁呈颗粒状、椭球形，压实密度较高，性能良好，能够达到电池级无水磷酸铁的要求。
[0013]在上述技术方案中，步骤S1中，浸出剂包括草酸、硫酸中的一种或几种，浸出参数控制如下：超声波强度20kHz
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30kHz，超声波功率1.5W/cm2‑
4W/cm2，酸液浓度为0.1mol/L
‑
0.4mol/L，浸出液固比15mL/g
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40mL/g，浸出时间3h
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8h，浸出温度20℃
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30℃。
[0014]本专利技术通过对浸出参数的控制，进一步保障了市政污泥焚烧灰中磷的浸出率，其中，在超声波条件下，以草酸作为浸出剂时，磷浸出率可达95％
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97％，以硫酸作为浸出剂时，磷浸出率可达92％
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93％，相对于无超声波情况，磷浸出率得到了明显的提升，从而提高和保障了对市政污泥焚烧灰中磷资源的回收利用率。
[0015]进一步地，在上述技术方案中，以草酸作为浸出剂，控制超声波强度20kHz
‑
30kHz，超声波功率2W/cm2‑
4W/cm2，酸液浓度为0.2mol/L
‑
0.3mol/L，浸出液固比20mL/g
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40mL/g，浸出时间4h
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6h，浸出温度20℃
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30℃，能够实现磷浸出率在95％以上，进一步保障了对市政污泥焚烧灰中磷资源的回收利用率。
[0016]优选地，在上述技术方案中，步骤S2包括以下步骤：
[0017]S21，向所述第一含磷浸出液中加入pH调节剂，调节pH至5.0
‑
6.0，去除所述第一含磷浸出液中的铝铁杂质离子，经离心分离后得到第二含磷浸出液；
[0018]S22，向所述第二含磷浸出液中加入除杂剂，去除所述第二含磷浸出液中的钙镁杂质离子，经离心分离后得到第三含磷浸出液；
[0019]S23，向所述第三含磷浸出液中加入重金属沉淀剂，去除所述第三含磷浸出液中的重金属离子，经离心分离后得到初始磷酸盐溶液；
[0020]具体地，在上述技术方案中，所述pH调节剂包括氨水、液碱、碳酸钠、碳酸铵中的一种或几种；所述除杂剂包括碳酸钠、碳酸铵中的一种或几种；所述重金属沉淀剂包括硫化钠、硫化铵中的一种或几种。步骤S22中，除杂剂的加入量按照反应计量比的130％
‑
150％确定。步骤S23中，重金属沉淀剂的加入重量在总重量中的占比为0.10wt％
‑
0.20wt％。
[0021]本专利技术通过氨水、液碱、碳酸钠或者碳酸铵作为pH调节剂，将pH调节至5.0
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6.0，能够去除第一含磷浸出液中的铝铁杂质离子，铝铁杂质离子去除率都可达95％以上。通过碳酸钠或者碳酸铵作为除杂剂，能够去除第二含磷浸出液中的钙镁离子，除杂剂加入量按照反应计量比的130％
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150％确定，钙镁离子去除率可达80％左右。通过硫化钠或者硫化铵作为重金属沉淀剂，能够去除第三含磷浸出液中的Zn、Cu、Cr、Pb重金属离子，重金属沉淀剂的加入重量为第三含磷浸出液总重量的0.10wt％
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0.20wt％，经去除后，Zn、Cu、Cr、Pb的含量均可低至3ppm以下。
[0022]在本专利技术的具体实施方式中，市政污泥焚烧灰包括以下重量百分比的成分：
[0023]SiO225wt％
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45wt％，Al2O35wt％
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15wt％，P2O513wt％
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用市政污泥焚烧灰制备磷酸铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，在超声波条件下，采用酸液作为浸出剂，将市政污泥焚烧灰中的磷元素浸出，经离心分离后得到第一含磷浸出液和酸浸渣；S2，去除所述第一含磷浸出液中的铝铁杂质离子、钙镁杂质离子、重金属离子，得到初始磷酸盐溶液；S3，将所述初始磷酸盐溶液中的磷含量调节至4.5％
‑
6.0％，加入氧化剂，混合均匀，得到磷酸盐反应溶液；S4，将所述磷酸盐反应溶液均匀滴加到硫酸亚铁溶液中，制备得到磷酸铁，其中，硫酸亚铁加入量按照磷元素与铁元素的物质的量之比n(P):n(Fe)＝(1.15
‑
1.25):1确定，氧化剂加入量按照氧化剂与铁元素的物质的量之比n(氧化剂):n(Fe)＝(0.55
‑
0.6):1确定。2.根据权利要求1所述的利用市政污泥焚烧灰制备磷酸铁的方法，其特征在于，步骤S1中，浸出剂包括草酸、硫酸中的一种或几种，浸出参数控制如下：超声波强度20kHz
‑
30kHz，超声波功率1.5W/cm2‑
4W/cm2，酸液浓度为0.1mol/L
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0.4mol/L，浸出液固比15mL/g
‑
40mL/g，浸出时间3h
‑
8h，浸出温度20℃
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30℃。3.根据权利要求1所述的利用市政污泥焚烧灰制备磷酸铁的方法，其特征在于，步骤S1中，以草酸作为浸出剂，浸出参数控制如下：超声波强度20kHz
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30kHz，超声波功率2W/cm2‑
4W/cm2，酸液浓度为0.2mol/L
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0.3mol/L，浸出液固比20mL/g
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40mL/g，浸出时间4h
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6h，浸出温度20℃
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30℃。4.根据权利要求1所述的利用市政污泥焚烧灰制备磷酸铁的方法，其特征在于，步骤S2包括以下步骤：S21，向所述第一含磷浸出液中加入pH调节剂，调节pH至5.0
‑
6.0，去除...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈迎迎，肖益帆，李学勇，解奇兵，白金浩，
申请(专利权)人：湖北云翔聚能新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：