【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高纯度磷酸铁的制备，具体为一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的方法及设备。
技术介绍
1、锂离子电池是目前电动汽车、移动设备以及储能设备中最常见的电源之一。其中，磷酸铁锂(lifepo4)电池因其具备高电流和峰值功率额定值等优点，逐渐成为锂离子电池技术中备受关注的一种类型。这些特性使得磷酸铁锂电池在电动汽车、便携式设备、储能系统等领域具有广泛的应用前景。随着电动汽车市场的不断扩大，预计废旧磷酸铁锂电池的数量也将快速增加，从而带来了废弃电池的处理和资源化回收的紧迫需求。
2、目前，废旧磷酸铁锂电池的回收方法主要包括火法回收、湿法回收、高温固相修复技术、生物浸出技术、机械活化处理回收技术以及电化学法等。在这些方法中，湿法回收技术因其广泛应用而备受青睐。传统的湿法回收工艺通常采用无机酸(如盐酸、硫酸、磷酸等)或有机酸(如乙酸、草酸、柠檬酸等)作为浸出酸，在辅助氧化剂的作用下，浸出电池正极和负极活性物质，以提取有价金属。随后，通过沉淀、萃取等方法实现铁元素和锂元素的分离，从而回收铁盐和锂盐作为最终产品。湿法回收工艺相对简单，对设备要求不高，适用于大规模生产，因此在国内得到广泛应用，成为废旧磷酸铁锂电池回收领域的主要技术之一。
3、然而，现有的湿法回收技术存在一些显著的缺陷，限制了其在磷酸铁锂电池回收中的效率和可行性。首先，传统湿法回收工艺通常需要在磷化过程中添加化学氧化剂，如过氧化氢、次氯酸盐、氯酸盐等。这些化学氧化剂的使用会导致制备的磷酸铁的纯度不足，产品附加值相对较低。其次，这些化学氧化剂
4、另外，针对传统湿法回收中的氧化剂问题，已经提出一些改进的方法，如使用臭氧或氧气作为氧化气体。然而，这些方法仍然存在问题，如气体溶解度较低，导致氧化效果不佳，需要大量气体消耗，同时也可能引入气体的杂质。
5、综上所述，现有技术对于废旧磷酸铁锂电池的回收工艺存在纯度不高、成本较高、环境和安全风险等缺陷。因此，亟需一种高效、低成本、高纯度的废弃磷酸铁锂电池回收工艺来应对这一问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的方法及设备，所述的方法采用微纳米气泡发生器将含有氧化性气体(如臭氧、氧气等)以微纳米气泡的形式通入磷酸铁锂浸出液中替代传统湿法回收中化学氧化剂的添加。微纳米气泡发生器可产生粒径为微米级或是纳米级的气泡，气泡粒径尺寸小，有利于气液传质，与传统的鼓泡法相比，气体溶解度高1.5～9倍。当氧化性气体如臭氧、氧气等经过微纳米气泡发生器后通入到磷酸铁锂浸出液时可产生较高的氧化效果，与传统化学氧化剂投加或鼓泡法相比氧化效率高、氧化剂的投加少、过程更加环保，解决了投加化学氧化药剂带来的磷酸铁沉淀慢、药剂投加多、产品纯度低、药剂储存安全等问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的方法，包括以下步骤：
4、s1.废旧磷酸铁锂电池的放电、拆解、粉碎，将其转化为磷酸铁锂电池粉料；
5、s2.除铝：废料中加入碱性溶液进行溶解，使废料中的铝溶于溶液中，然后固液分离以获取不含铝的滤渣；
6、s3.酸浸：加入酸性溶液，调节ph小于3，以实现除铝滤渣的溶解，获得浸出液。
7、s4.微纳米气泡氧化：温度控制为40～100℃，采用酸溶液调节ph保持在1.8～3.0，通过微纳米气泡发生器将氧化性气体通入浸出液中；
8、s5.固液分离：将氧化后的浸出液固液分离，以获得固体磷酸铁沉淀；
9、s6.产品制备：将磷酸铁沉淀进行洗涤、干燥和研磨，制备高纯度的磷酸铁。
10、进一步地，s2步骤中的所述碱性溶液包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氨水中的一种或多种，添加碱液后的ph＞9，以保证废料中的铝溶于碱液中，固液分离以获取除铝滤渣。
11、进一步地，s3步骤中的所述酸性溶液包括盐酸、硫酸、磷酸、高氯酸、硝酸中的一种或多种，温度控制在40-120℃，酸浸后ph小于3，以实现除铝滤渣的溶解，获得浸出液。
12、进一步地，s4步骤种所述调节ph值在1.8～3.0之间，过高或过低会产生氢氧化铁或磷酸锂沉淀，不利于磷酸铁产品的回收。
13、进一步地，s4步骤中的所述微纳米气泡发生器的进气气压为0-0.4mpa，用以通入氧化性气体，包括氧气、臭氧或者空气，或上述气体的混合气体；所述微纳米气泡发生器产生的微纳米气泡的直径范围为1-1000nm，或1-100nm。
14、进一步地，s4步骤中的所述氧化性气体的气量范围为1～150l/min。
15、进一步地，s4步骤中氧化反应终点可以通过检测溶液中是否存在亚铁离子或者反应逸出的氧化性气体浓度来判断。当氧化反应不完全时，溶液中亚铁离子存在残留，或是反应槽上方逸出的气体浓度较少甚至不逸出。
16、进一步地，s5步骤中所述的固液分离可以采用过滤、抽滤、离心、膜过滤，以获取磷酸铁沉淀。
17、进一步地，s6步骤中制备的高纯度的磷酸铁的d50粒径≤100微米，d10粒径≤2微米，优选粒径在1微米以下。
18、进一步地，s6步骤中制备的高纯度的磷酸铁的纯度＞99％。
19、为实现上述目的，本专利技术还提供了如下技术方案：
20、一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的设备，采用上述的废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的方法，其特征在于：包括以下组件：
21、a.)废旧电池处理单元，用于废旧磷酸铁锂电池的拆解、放电、粉碎；
22、b.)除铝池，用于废旧磷酸铁锂酸溶液中铝的溶解，以产生不含铝的滤渣；c.)酸溶液存储罐，用于存储酸溶液，并具有管道与处理槽相连，用于添加酸溶液；
23、d.)碱溶液存储罐，用于存储碱溶液，并具有管道与处理槽相连，用于添加酸溶液；
24、e.)酸浸池，用于酸浸液中铝的去除；
25、f.)微纳米气泡发生器，用于产生含氧化性气体的微纳米气泡，其具有进液端口、出液端口，端口与处理槽通过管道相连，还包括一个进气端口；
26、g.)氧化槽，用于浸出液的氧化反应容器，与外部的微纳米气泡发生器相连接；
27、h.)固液分离装置，用于固液分离以得到磷酸铁沉淀的装置；
28、i.)控制模块，用于在处理槽中配比磷酸铁锂电池浸渍液、酸溶液以及调节溶液中的含氧量，通过程序调整泵、微纳米气泡发生装置、酸溶液存储罐向处理槽中添加酸溶液；
29、j.)至少一个产气或储气模块，用于存储或产生处理所需的气体。
30、进一步地，所述微纳米气泡发生器的进气气压为0-0.4本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的方法，其特征在于：S2步骤中的所述碱性溶液包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氨水中的一种或多种，添加碱液后的pH＞9，废料中的铝溶于碱液中，固液分离以获取除铝滤渣。
3.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的方法，其特征在于：S3步骤中的所述酸性溶液包括盐酸、硫酸、磷酸、高氯酸、硝酸中的一种或多种，温度控制在40-120℃，酸浸后pH小于3。
4.据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的方法，其特征在于：S4所述酸性溶液包括盐酸、硫酸、磷酸、高氯酸、硝酸中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的方法，其特征在于：S4步骤中的所述微纳米气泡发生器的进气气压为0-0.4Mpa，用以通入氧化性气体，包括氧气、臭氧或者空气，或上述气体的混合气体；所述微纳米气泡发生器产生的微纳米气泡的直径范围为1-1000nm，或
6.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的方法，其特征在于：S4步骤中的所述氧化性气体的气量范围为1～500L/min。
7.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的方法，其特征在于：S5步骤中所述固液分离方法可以为过滤、抽滤、离心、膜过滤，以获取磷酸铁沉淀。
8.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的方法，其特征在于：S6步骤中制备的高纯度的磷酸铁的D50粒径≤100微米，D10粒径≤2微米。
9.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的方法，其特征在于：S6步骤中制备的高纯度的磷酸铁的纯度≥98％。
10.一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的设备，采用如权利要求1-5任一项所述的废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的方法，其特征在于：包括以下组件：
11.根据权利要求8所述的一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的设备，其特征在于：所述微纳米气泡发生器的进气气压为0-0.4Mpa，所述微纳米气泡发生器产生的微纳米气泡的直径为0.1-1000纳米，气体溶解度大于10毫克/升。
12.根据权利要求10所述的一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的设备，其特征在于：所述氧化性气体为氧气、臭氧或者空气，其分压在0-0.4Mpa范围内。
...【技术特征摘要】
1.一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的方法，其特征在于：s2步骤中的所述碱性溶液包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氨水中的一种或多种，添加碱液后的ph＞9，废料中的铝溶于碱液中，固液分离以获取除铝滤渣。
3.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的方法，其特征在于：s3步骤中的所述酸性溶液包括盐酸、硫酸、磷酸、高氯酸、硝酸中的一种或多种，温度控制在40-120℃，酸浸后ph小于3。
4.据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的方法，其特征在于：s4所述酸性溶液包括盐酸、硫酸、磷酸、高氯酸、硝酸中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的方法，其特征在于：s4步骤中的所述微纳米气泡发生器的进气气压为0-0.4mpa，用以通入氧化性气体，包括氧气、臭氧或者空气，或上述气体的混合气体；所述微纳米气泡发生器产生的微纳米气泡的直径范围为1-1000nm，或1-100nm，或100-20000nm。
6.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂电池回收制备高纯度磷酸铁的方法，其特征在于：s...
【专利技术属性】
技术研发人员：兰清泉，赵金宇，王瑞琦，黄静，
申请(专利权)人：南京天祺超氧科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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