一种从不锈钢渣中回收铁锰制备磷酸锰铁锂电极材料的方法技术

本发明专利技术属于工业固废资源化利用领域，尤其涉及一种从不锈钢渣中回收铁锰制备磷酸锰铁锂电极材料的方法。本发明专利技术提供一种将不锈钢渣资源化利用制备磷酸铁锰锂的方法，包括如下步骤：(1)将不锈钢渣与酸溶液混合后焙烧；(2)对焙烧后的固体进行水浸获取铁锰提取液；(3)对铁锰提取液补充铁源和抗坏血酸配置成铁锰前驱体溶液；(4)将铁锰前驱体溶液与锂源和磷源溶液混合后进行水热处理，反应后将固体分离得到磷酸锰铁锂材料。本方法可行可靠、操作简单、效率高，能有效地从不锈钢渣中回收铁锰资源并再生为磷酸锰铁锂材料，将钢渣废弃物作为原料代替部分常规原料，降低生产成本且实现固废循环。环。环。

【技术实现步骤摘要】
一种从不锈钢渣中回收铁锰制备磷酸锰铁锂电极材料的方法


[0001]本专利技术属于工业固废资源化利用领域，尤其涉及一种从不锈钢渣中回收铁锰制备磷酸锰铁锂电极材料的方法。

技术介绍

[0002]不锈钢渣是不锈钢冶炼过程中排放的固体废弃物，其排放量约为不锈钢粗钢产量的30％。不锈钢渣的主要化学成分除了常见的铁、硅、镁、钙等之外，还包含部分镍、锰、铬和钼等有价金属。如今绝大部分锈钢渣仍以露天堆放或填埋为主，造成资源浪费，而且占用大量土地，在堆放过程中部分氧化物经雨水冲刷后形成各种盐类，影响周边土壤及水体环境。不锈钢渣中包含的3d过渡金属(铁、锰、镍、钴等)在材料尤其是电池材料领域具有重要的利用价值。所以不锈钢渣具有二次资源和环境污染双重特性，如何将钢渣充分利用，提取其中的有用元素并加以应用(比如制备出锂离子电池正极材料)，是需要解决的技术难题。
[0003]商业化的锂离子电池中，基于LiFePO4构筑的电池体系由于低成本、高安全性及高倍率特性等特点而备受业界关注，但是LiFePO4有放电平台低(大约3.4V)和比能量低(580Wh/kg)等缺点。磷酸锰铁锂(LiMn
x
Fe1‑
x
PO4)是在磷酸铁锂(LiFePO4)的基础上掺杂一定比例的锰而形成的新型磷酸盐类锂离子电池正极材料，共掺杂型的磷酸锰铁锂不仅能提供较高的理论比容量(170mAh/g)，而且其放电平台较高(3.8～4.1V的放电平台)，比能量达到697Wh/kg，作为正极材料被广泛重视。因此，从不锈钢渣中回收铁锰资源作为原料代替常规原料，并再生为磷酸锰铁锂材料，具有较高的环境和经济效益。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种从不锈钢渣中回收铁锰制备磷酸锰铁锂电极材料的方法，该方法可以将不锈钢渣作为原料制备磷酸锰铁锂电极材料，降低生产成本。
[0005]为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现的：
[0006]本专利技术提供一种从不锈钢渣中回收铁锰制备磷酸锰铁锂电极材料的方法，该方法包括以下步骤：
[0007]S1、将不锈钢渣加入到酸溶液中，后以200～400℃焙烧2
‑
4h；
[0008]S2、用水对焙烧后的固体进行浸洗，收集洗液得到铁锰提取液；
[0009]S3、对铁锰提取液补充铁源和保护剂抗坏血酸配置成铁锰前驱体溶液；
[0010]S4、先将铁锰前驱体溶液与含锂源和磷源的溶液混合，所得的混合溶液进行水热反应，反应后收集固体，经洗涤、干燥后得到磷酸锰铁锂电极材料。
[0011]优选地，步骤1中，所述不锈钢渣还可替换为不锈钢冶炼产生的铬铁渣、铁镍渣、硅锰渣等含金属铁锰的废渣。
[0012]优选地，步骤1中，所述不锈钢渣与所述酸溶液的固液比为1g/(1～5)ml。
[0013]优选地，步骤2中，所述水的用量为焙烧产物总质量的5～10倍。
[0014]优选地，步骤3中，所述铁源的补充量使所述铁锰前驱体溶液中铁锰的摩尔比为(95:5)～(80:20)。
[0015]优选地，步骤3中，所述保护剂为抗坏血酸，所述保护剂的用量为铁锰前驱体溶液中铁质量的10％～50％。
[0016]优选地，步骤4中，所述锂源为氢氧化锂或碳酸锂，所述磷源为磷酸，所述混合溶液中锂源、铁锰和磷源三者的摩尔比为1.2:1:1.5。
[0017]优选地，步骤4中，所述含锂源和磷源的溶液所用溶剂为乙二醇和水，所述乙二醇与水的体积比为(1～1.5):1。
[0018]优选地，步骤4中，所述水热反应为在140
‑
180℃下水热反应5～10h。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]本专利技术提供了一种从不锈钢渣中回收铁锰制备磷酸锰铁锂电极材料的方法，先将不锈钢渣与酸溶液混合，经焙烧和浸洗获取铁锰提取液，然后将铁锰提取液配置成铁锰前驱体溶液，最后将铁锰前驱体溶液与锂源和磷源溶液混合后进行水热处理，反应后将固体分离得到磷酸锰铁锂材料。本方法可行可靠、操作简单、效率高，能有效地从不锈钢渣中回收铁锰资源并再生为磷酸锰铁锂材料，将钢渣废弃物作为原料代替部分常规原料，降低生产成本且实现固废循环，本方法制备得到的再生电极材料性能良好。
附图说明
[0021]图1为磷酸锰铁锂电极材料的X射线衍射图谱。
具体实施方式
[0022]下面对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0023]下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为可通过常规的商业途径购买得到的。
[0024]实施例1磷酸锰铁锂电极材料的制备
[0025]本实施例中，所用不锈钢渣来自不锈钢冶炼工艺中熔化炉排出的残渣，主要的金属元素及其含量为钙36％、锰33％、铬10％、铁3.3％、铝1.5％、镁1.2％，主要物相为金属铁、钙镁铁硅酸盐、镁铝尖晶石、铬锰尖晶石，制备方法如下：
[0026](1)将5.0g不锈钢渣加入到瓷舟中，再加入5ml的盐酸溶液(5mol/L)，混合均匀后将瓷舟置于管式炉中，在300℃下焙烧2h，焙烧后冷却至室温；
[0027](2)使用总共50ml的纯水分三次对焙烧后的固体进行洗涤，收集洗液得到铁锰提取液；
[0028](3)对步骤(2)中得到的提取液添加六水合氯化铁固体17g使铁锰的摩尔比约为95:5，再加入抗坏血酸2.5g将Fe
3+
还原成Fe
2+
并防止其再氧化，得到铁锰前驱体溶液；
[0029](4)将35ml纯水和50ml的乙二醇混合均匀，后加入碳酸锂0.9g和磷酸2.9g，再次搅拌均匀得到磷酸锂的乙二醇水溶液；
[0030](5)取15ml的铁锰提取液加入到步骤(4)的乙二醇水溶液中，使用磁力搅拌在
600rpm转速下搅拌2h；将搅拌完成的混合物导入反应釜中，在160℃下反应10h，后自然冷却至室温；
[0031](6)将反应得到的混合物进行固液分离，将得到的固体用纯水和无水乙醇分别洗涤2遍，在60℃下烘干后得到磷酸锰铁锂电极材料。
[0032]实施例2磷酸锰铁锂电极材料的性能表征
[0033](1)磷酸锰铁锂电极材料的X射线衍射谱表征
[0034]采用X射线衍射仪对实施例1制备的磷酸锰铁锂电极材料进行X射线衍射分析，分析谱如图1所示，显示样品的主要物相为磷酸铁锂锰(LiMn
x
Fe1‑
x
PO4)，证明本专利技术成功利用不锈钢渣制备磷酸锰铁锂电极材料。
[0035](2)磷酸锰铁锂电极材料的电化学性能表征
[0036]极片制作及电池组装：将实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种从不锈钢渣中回收铁锰制备磷酸锰铁锂电极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将不锈钢渣加入到酸溶液中，后以200～400℃焙烧2
‑
4h；S2、用水对焙烧后的固体进行浸洗，收集洗液得到铁锰提取液；S3、对铁锰提取液补充铁源和保护剂抗配置成铁锰前驱体溶液；S4、先将铁锰前驱体溶液与含锂源和磷源的溶液混合，所得的混合溶液进行水热反应，反应后收集固体，经洗涤、干燥后得到磷酸锰铁锂电极材料。2.根据权利要求1所述的从不锈钢渣中回收铁锰制备磷酸锰铁锂电极材料的方法，其特征在于，步骤1中，所述不锈钢渣还可替换为含金属铁锰的铬铁渣、铁镍渣或硅锰渣。3.根据权利要求1所述的从不锈钢渣中回收铁锰制备磷酸锰铁锂电极材料的方法，其特征在于，步骤1中，所述酸溶液的浓度为1.0～5.0mol/L，所述酸溶液为盐酸、硝酸或硫酸溶液，所述不锈钢渣与所述酸溶液的固液比为1g/(1～5)ml。4.根据权利要求1所述的从不锈钢渣中回收铁锰制备磷酸锰铁锂电极材料的方法，其特征在于，步骤2中，所述水的用量为焙烧产物总质量的5～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王梦晔，刘佳雯，王浩伟，何佳庆，高峰，黄丰，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：