一种磷酸铁锂-碳废料的全组分资源化回收方法技术

本发明专利技术公开了一种磷酸铁锂

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂
‑
碳废料的全组分资源化回收方法


[0001]本专利技术涉及固体废弃材料资源回收与循环经济
，具体涉及一种磷酸铁锂
‑
碳废料的全组分资源化回收方法。

技术介绍

[0002]磷酸铁锂电池安全性好、寿命较长、价格较低，近年来在动力领域和储能领域得到了广泛应用。真锂研究数据显示，磷酸铁锂材料在2015年的出货量为3.2万吨，2020年增加至12.4万吨；相应地，磷酸铁锂电池在2015年的装机量为10.57GWh，2020年增加至23.2GWh。随着磷酸铁锂电池生产规模快速扩大，在磷酸铁锂电池生产过程中会产生大量的磷酸铁锂
‑
碳废料；由于磷酸铁锂电池的寿命一般只有5
‑
8年，意味着退役的电池会逐年增加，废旧电池含有大量的磷酸铁锂
‑
碳废料。因此，磷酸铁锂
‑
碳废料的回收处理问题迫在眉睫，如何设计经济、快速、稳定的废旧磷酸铁锂电池回用方案有着重要的现实意义。
[0003]目前废旧磷酸铁锂电池的回收利用，通常包括充电、拆解、材料回收利用的步骤。其中，充电、拆解工艺成熟；磷酸铁锂正极部分含有锂、铁、磷、碳等元素，回收价值相对较高，其回用技术是研究热点之一。目前，磷酸铁锂废料的回用技术可分为固相法、液相法、电化学法、生物分解法等。固相法采用补充元素高温煅烧的方式使磷酸铁锂材料得到再生，避免了酸碱的使用，但再生材料电化学性能不足，且伴随着较高的能耗。液相法是最常用的方法，通过酸浸和选择性沉淀等步骤，以碳酸锂、磷酸铁等形式回收废料中的锂、铁、磷等元素，酸碱溶液的使用必然产生大量的废水，增加了处理成本，且大部分方案以回收锂元素为主。电解法通过电解废旧磷酸铁锂材料，使其中的锂元素或铁元素分离回收，过程中不涉及酸碱溶液的使用，工艺流程较短，但存在安全隐患，批量处理时效率低下。生物分解法利用微生物的代谢产物对磷酸铁锂废料进行溶解、浸出，综合回收多种元素，绿色无污染，但是回收率不高，微生物培养周期长。因此，从磷酸铁锂
‑
碳废料产业化回收运营角度出发，兼顾回收工艺复杂性、投资成本、安全环保等，建立一套具有综合优势的全组分回用方案，实现真正意义上的全组分回收循环利用，才是解决磷酸铁锂
‑
碳废料处理的最佳出路。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种磷酸铁锂
‑
碳废料的全组分资源化回收方法，将磷酸铁锂
‑
碳废料和添加反应试剂共同资源化为碳酸锂、磷酸锂、碳、氢氧化铁、复合肥料等产品，实现了将磷酸铁锂
‑
碳废料中全组分的资源化利用，磷酸铁锂
‑
碳废料中的全部组分和添加的所有试剂最终都实现合理并增值的资源化利用，并且不会产生新的废弃产品和废水废气等增加环境负担，符合绿色循环经济发展理念。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种磷酸铁锂
‑
碳废料的全组分资源化回收方法，包括以下步骤：
[0006]S1、对磷酸铁锂
‑
碳废料进行全组分分析，检测废料中各元素的含量；
[0007]S2、将全组分分析后的磷酸铁锂
‑
碳废料加入过硫酸铵和硫酸混合溶液进行反应，
将反应液过滤，得到硫酸锂
‑
硫酸铵混合溶液、磷酸铁
‑
碳沉淀，反应式为：
[0008]LiFePO4/C+(NH4)2S2O8+H2SO4→
FePO4/C
↓
+Li2SO4+(NH4)2SO4；
[0009]S3、将步骤S2中得到硫酸锂
‑
硫酸铵混合溶液中加入碳酸铵进行反应，将反应液过滤，得到碳酸锂沉淀、碳酸锂
‑
硫酸铵混合溶液，反应式为：
[0010]Li2SO4+(NH4)2SO4+(NH4)2CO3→
Li2CO3↓
+Li2CO3+(NH4)2SO4；
[0011]将步骤S2中得到的磷酸铁
‑
碳沉淀中加入盐酸溶液进行反应，将反应溶液过滤，得到碳沉淀、氯化铁
‑
磷酸混合溶液，反应式为：
[0012]FePO4/C+HCl
→
FeCl3+H3PO4+C
↓
；
[0013]S4、将步骤S3中得到的碳酸锂
‑
硫酸铵混合溶液中加入磷酸进行反应，将反应溶液过滤，得到磷酸锂沉淀、硫酸铵溶液，反应式为：
[0014]Li2CO3+(NH4)2SO4+H3PO4→
Li3PO4↓
+(NH4)2SO4+CO2↑
+H2O；
[0015]将步骤S3中得到的氯化铁
‑
磷酸混合溶液中加入氨水进行反应，将反应溶液过滤，得到氢氧化铁沉淀、磷酸铵
‑
氯化铵混合溶液,反应式为：
[0016]FeCl3+H3PO4+NH4OH
→
Fe(OH)3↓
+(NH4)3PO4+NH4Cl；
[0017]S5、将步骤S3中得到的碳酸锂和碳沉淀分别进行干燥即得碳酸锂产品和碳产品；
[0018]将步骤S4中得到磷酸锂和氢氧化铁沉淀分别进行干燥即得磷酸锂产品和氢氧化铁产品；
[0019]将步骤S4中得到的硫酸铵溶液和磷酸铵
‑
氯化铵混合溶液混合、蒸发结晶，得到由硫酸铵、磷酸铵和氯化铵组成的复合肥料产品。
[0020]作为优选，所述步骤S2中的过硫酸铵用量与磷酸铁锂
‑
碳废料的摩尔比为0.5
‑
3：1，硫酸浓度为0.1
‑
2mol/L。
[0021]作为优选，所述步骤S2中磷酸铁锂
‑
碳废料与过硫酸铵和硫酸混合溶液的固液比为1:5
‑
1:50。
[0022]作为优选，所述步骤S3中碳酸铵与磷酸铁锂
‑
碳废料摩尔比为0.5
‑
3：1，所述步骤S3中盐酸与磷酸铁锂
‑
碳废料摩尔比为2
‑
4：1。
[0023]作为优选，所述步骤S4中磷酸与碳酸锂
‑
硫酸铵混合溶液中碳酸锂的摩尔比为0.5
‑
3：1，所述步骤S4中氨水与氯化铁
‑
磷酸混合溶液中氯化铁摩尔比为3：1。
[0024]作为优选，所述步骤S2、S3和S4中的反应条件均为：20
‑
100℃、100
‑
600rpm搅拌反应2
‑
12h。
[0025]作为优选，所述步骤S5中的沉淀在温度60
‑
100℃下干燥5
‑
24h。
[0026]作为优选，所述步骤S5中的蒸发结晶条件为：60
‑
100℃，60
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂
‑
碳废料的全组分资源化回收方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对磷酸铁锂
‑
碳废料进行全组分分析，检测废料中各元素的含量；S2、将全组分分析后的磷酸铁锂
‑
碳废料加入过硫酸铵和硫酸混合溶液进行反应，将反应液过滤，得到硫酸锂
‑
硫酸铵混合溶液、磷酸铁
‑
碳沉淀；S3、将步骤S2中得到硫酸锂
‑
硫酸铵混合溶液中加入碳酸铵进行反应，将反应液过滤，得到碳酸锂沉淀、碳酸锂
‑
硫酸铵混合溶液；将步骤S2中得到的磷酸铁
‑
碳沉淀中加入盐酸溶液进行反应，将反应溶液过滤，得到碳沉淀、氯化铁
‑
磷酸混合溶液；S4、将步骤S3中得到的碳酸锂
‑
硫酸铵混合溶液中加入磷酸进行反应，将反应溶液过滤，得到磷酸锂沉淀、硫酸铵溶液；将步骤S3中得到的氯化铁
‑
磷酸混合溶液中加入氨水进行反应，将反应溶液过滤，得到氢氧化铁沉淀、磷酸铵
‑
氯化铵混合溶液；S5、将步骤S3中得到的碳酸锂和碳沉淀分别进行干燥即得碳酸锂产品和碳产品；将步骤S4中得到磷酸锂和氢氧化铁沉淀分别进行干燥即得磷酸锂产品和氢氧化铁产品；将步骤S4中得到的硫酸铵溶液和磷酸铵
‑
氯化铵混合溶液混合、蒸发结晶，得到由硫酸铵、磷酸铵和氯化铵组成的复合肥料产品。2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂
‑
碳废料的全组分资源化回收方法，其特征在于，所述步骤S2中的过硫酸铵用量与磷酸铁锂
‑
碳废料的摩尔比为0.5
‑
3：1，硫酸浓度为0.1
‑
2mol/L。3.根据权利要求1所述的一种磷酸铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘万民，
申请(专利权)人：湖南工程学院，
类型：发明
国别省市：