一种以高铁拜耳法赤泥为铁源制备磷酸铁锂正极材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种以高铁拜耳法赤泥为铁源制备磷酸铁锂正极材料的方法，包括：将赤泥与硫酸进行酸浸反应，后固液分离，获得第一固体和第一液体；所述硫酸与所述赤泥的加入量按照重量比为(3

【技术实现步骤摘要】
一种以高铁拜耳法赤泥为铁源制备磷酸铁锂正极材料的方法


[0001]本专利技术涉及锂电池材料制备的
，更具体地，涉及一种以高铁拜耳法赤泥为铁源制备磷酸铁锂正极材料的方法。

技术介绍

[0002]赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0～2.0吨赤泥。中国作为世界第4大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达数百万吨。目前，赤泥综合利用仍属世界性难题，现有的赤泥综合利用主要包括赤泥提取有价金属，配料生产水泥、建筑用砖、矿山胶结充填胶凝材料、路基固结材料和高性能混凝土掺合料、化学结合陶瓷(CBC)复合材料、保温耐火材料、环保材料等。但这些研究尚处于实验室阶段，还未实现产业化。
[0003]现阶段新能源汽车销量快速增长，而由于磷酸铁锂具有的低成本高安全等优点，磷酸铁锂电池的装机量也呈现出爆发式增长的态势。目前磷酸铁锂主流制备工艺采用磷酸铁作为铁源，其制备工艺较为复杂，导致铁锂制造成本相对较高。由于赤泥中含有较高含量的铁，若能够将其运用于磷酸铁锂制备的铁源，不仅会丰富磷酸铁锂的铁源路径，实现赤泥的高价值利用，而且也能够降低磷酸铁锂的制造成本。
[0004]现有技术中还没有以高铁拜耳法赤泥为铁源制备磷酸铁锂正极材料的相关报道，如何开发一种以高铁拜耳法赤泥为铁源制备磷酸铁锂正极材料的方法，为该类巨大堆存量固体废物的高值化利用提供新途径，成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术所存在的技术问题，本专利技术提供了一种以高铁拜耳法赤泥为铁源制备磷酸铁锂正极材料的方法，实现了高铁拜耳法赤泥的资源化利用，制备得到超细纳米磷酸铁锂，可用于制备高倍率的磷酸铁锂正极材料。
[0006]本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种以高铁拜耳法赤泥为铁源制备磷酸铁锂正极材料的方法，所述方法包括：
[0008]将赤泥与硫酸进行酸浸反应，后固液分离，获得第一固体和第一液体；其中，所述硫酸与所述赤泥的加入量按照重量比为(3
‑
6)：1，所述硫酸的质量分数为60
‑
80％；
[0009]向所述第一液体中加入重金属捕捉剂进行反应，后固液分离，获得脱除重金属的液体；
[0010]向所述脱除重金属的液体加入pH调节剂以调节pH至7.0
‑
9.5，后固液分离，获得第二固体和第二液体；
[0011]向所述第二固体加入碱液以调节pH至12
±
0.5，后固液分离，获得氢氧化亚铁和氢氧化铁混合滤饼以及偏铝酸钠滤液；
[0012]将所述混合含铁滤饼采用pH为12
±
0.5碱液进行洗涤，获得洗涤混合含铁滤饼；
[0013]将所述洗涤混合含铁滤饼加水混匀，获得固含量为10
‑
15％的浆料；
[0014]向所述浆料中加入磷酸二氢铵、碳酸锂和葡萄糖，后加入纯水，充分搅拌混匀，获得磷酸铁锂前驱体浆料；其中，所述磷酸二氢铵、碳酸锂的加入量按照锂、铁、磷的物质的量之比Li：Fe：P＝(1.02
‑
1.05)：1：1加入；所述葡萄糖加入量为最终铁锂产品中碳含量的1.4wt％
‑
1.7wt％；所述纯水加入量为控制固含量为32
‑
35％；所述固含量是指浆料中固相质量与总质量的比值。
[0015]将所述磷酸铁锂前驱体浆料经砂磨、喷雾干燥、烧结、粉碎和筛分除铁，获得成品磷酸铁锂。
[0016]在上述技术方案中，所述硫酸与所述赤泥的加入量按照重量比为(3
‑
6)：1，所述硫酸的质量分数为60
‑
80％；
[0017]优选地，所述硫酸与所述赤泥的加入量按照重量比为(4
‑
5)：1，所述硫酸的质量分数为65
‑
75％。
[0018]调节溶液pH至7.0
‑
9.5以使铁离子(亚铁和三价铁)和铝离子发生反应，生成氢氧化铁、氢氧化亚铁和氢氧化铝沉淀，若pH小于7.0则不利于亚铁离子沉淀反应完全，若大于9.5，镁离子也会发生沉淀反应，导致引入杂质镁离子，同时还会造成pH调节剂浪费。
[0019]调节pH至12
±
0.5，充分搅拌使氢氧化铝溶解生成偏铝酸钠溶液，若pH小于11.5，氢氧化铝转化不完全，若大于12.5，会造成碱液浪费；
[0020]上述技术方案中，去除重金属(如铜、铅、锌、镍、镉等)，加入重金属捕捉剂；所述重金属捕捉剂包括硫化钠，硫化铵，硫化钾中的至少一种。所述重金属捕捉剂的加入量(质量)按照溶液总体积的(0.02
‑
0.04)g/L加入，加入后继续搅拌反应15
‑
30min；
[0021]作为一种可选的技术方案，所述酸浸反应的温度为20
‑
30℃，所述酸浸反应的时间为50
‑
80min。
[0022]在上述技术方案中，酸浸反应的温度在常温下即可，酸浸反应的时间为50
‑
80min，有利于提高铁的浸出率，高达90
‑
93％，若酸浸的时间过短，不利于提高铁的浸出率，若酸浸的时间过长，会降低生产效率；
[0023]优选地，所述pH调节剂包括氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水、碳酸铵和碳酸氢铵中的一种，所述pH调节剂的质量分数为25
‑
35％。
[0024]优选地，所述第二液体含有硫酸钠/硫酸铵，可用于制备副产芒硝或者硫酸铵肥料。
[0025]上述技术方案中，所述洗涤中，向洗水中通入二氧化碳时不会产生白色沉淀为止。
[0026]上述技术方案中，所述磷酸二氢铵、碳酸锂的加入量按照锂、铁、磷的物质的量之比Li：Fe：P＝(1.02
‑
1.05)：1：1的原因为：锂略过量，有利于细化晶粒，缓解晶粒间的烧结融合，有助于提高磷酸铁锂材料的倍率放电性能。
[0027]所述纯水加入量为控制固含量为32
‑
35％的原因：若固含量过高，会导致浆料粘度过大，喷雾干燥过程中容易堵塞雾化器；若固含量过低则喷雾产能较低，能耗较高。
[0028]优选地，所述砂磨中，采用砂磨机进行研磨，研磨介质采用直径0.3mm的氧化锆珠，研磨至浆料粒径D50为350
‑
500nm。
[0029]优选地，所述喷雾干燥中，采用离心式喷雾干燥机，雾化轮的线速度控制在7500
‑
8500m/s，干燥过程采用热空气做为热源，热空气的温度为240
‑
250℃，出料温度为85
‑
90℃，控制干燥后的物料粒径D50：4
‑
8μm，水分<1.0％。
[0030]优选地，所述烧结中，采用气氛辊道炉进行烧结，惰性气体采用氮气，在750
‑
780℃条件下保温8
‑
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以高铁拜耳法赤泥为铁源制备磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于，所述方法包括：将赤泥与硫酸进行酸浸反应，后固液分离，获得第一固体和第一液体；其中，所述硫酸与所述赤泥的加入量按照重量比为(3
‑
6)：1，所述硫酸的质量分数为60
‑
80％；向所述第一液体中加入重金属捕捉剂进行反应，后固液分离，获得脱除重金属的液体；向所述脱除重金属的液体加入pH调节剂以调节pH至7.0
‑
9.5，后固液分离，获得第二固体和第二液体；向所述第二固体加入碱液以调节pH至12
±
0.5，后固液分离，获得氢氧化亚铁和氢氧化铁的混合滤饼以及偏铝酸钠滤液；将所述混合含铁滤饼采用pH为12
±
0.5碱液进行洗涤，获得洗涤混合含铁滤饼；将所述洗涤混合含铁滤饼加水混匀，获得固含量为10
‑
15％的浆料；向所述浆料中加入磷酸二氢铵、碳酸锂和葡萄糖，后加入纯水，充分搅拌混匀，获得磷酸铁锂前驱体浆料；其中，所述磷酸二氢铵、碳酸锂的加入量按照锂、铁、磷的物质的量之比Li：Fe：P＝(1.02
‑
1.05)：1：1加入，所述葡萄糖加入量按照最终铁锂产品中碳含量为1.4wt％
‑
1.7wt％；所述纯水加入量为控制固含量为32
‑
35％；将所述磷酸铁锂前驱体浆料经砂磨、喷雾干燥、烧结、粉碎和筛分除铁，获得成品磷酸铁锂。2.根据权利要求1所述的以高铁拜耳法赤泥为铁源制备磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于，所述酸浸反应的温度为20
‑
30℃，所述酸浸反应的时间为50
‑
80min。3.根据权利要求1所述的以高铁拜耳法赤泥为铁源制备磷酸铁锂正极材料的方法，所述重金属捕捉剂包括硫化钠，硫化铵，硫化钾中的至少一种；所述重金属捕捉剂的加入量按照溶液总体积的(0.02
‑
0.04)g/L加入。4.根据权利要求1所述的以高铁拜耳法赤泥为铁源制备磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于，所述pH调节剂包括氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水、碳酸铵和碳酸氢铵中的一种，所述pH调节剂的质量分数为25
‑
35％。5.根据权利要求1所述的以高铁拜耳法赤泥为铁源制备磷...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈迎迎，肖益帆，李学勇，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：