磷酸鐵鋰廢電池正極材料的浸出方法
【專利摘要】本發(fā)明介紹的磷酸鐵鋰廢電池正極材料的浸出方法是將從磷酸鐵鋰廢電池中分離出的,并經(jīng)焙燒預(yù)處理得到的正負極混合材料放入耐壓和耐硫酸腐蝕的容器中，并將硫酸泵入該容器，然后密封容器，并通入SO2進行浸出。
【專利說明】磷酸鐵鋰廢電池正極材料的浸出方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磷酸鐵鋰廢電池正極材料的一種浸出方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磷酸鐵鋰電池(正極材料含的主要金屬元素為鋰、鋁和鐵的電池)是一類新型電池，該電池使用報廢后將產(chǎn)生大量廢電池。這類電池若棄入環(huán)境，將對環(huán)境產(chǎn)生很大的直接和潛在危害。磷酸鐵鋰電池正極材料主要含鋰、鋁和鐵，其中鋰的總含量高達4%以上，很具回收價值。目前從磷酸鐵鋰廢電池正極材料中回收鋰的工藝主要為濕法工藝。浸出是濕法工藝中必不可少的一個過程。目前磷酸鐵鋰廢電池正極材料的浸出方法主要有鹽酸浸出法、硫酸浸出法、硝酸浸出法和混酸(硫酸加硝酸)浸出法。鹽酸浸出法，設(shè)備腐蝕大，酸霧產(chǎn)生量大而污染環(huán)境。硫酸浸出法消耗較昂貴的還原劑(如雙氧水等)。硝酸浸出法的硝酸消耗量大，而且會產(chǎn)生大量氮氧化物，污染環(huán)境。所有的濕法工藝都存在如何經(jīng)濟地提高浸出速度、提高金屬浸出率、降低酸耗和其它輔料消耗的問題。雖然硝酸加工業(yè)純氧浸出法和混酸加工業(yè)純氧浸出法較好地解決了上述問題，但浸出設(shè)備較復(fù)雜，而且廢電池浸出所需工業(yè)純氧量不大，廢電池處理企業(yè)就地生產(chǎn)工業(yè)純氧自用不經(jīng)濟，工業(yè)純氧的儲存、運輸和使用比較麻煩。開發(fā)設(shè)備腐蝕小、浸出速度快、浸出率高、酸耗和其它輔料消耗低、使用方便、基本無環(huán)境污染的磷酸鐵鋰廢電池正極材料的浸出方法具有較大實用價值。
[0003]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對目前磷酸鐵鋰廢電池正極材料浸出的問題，本發(fā)明的目的是尋找一種金屬浸出率高，浸出速度快，浸出率高，酸耗和其它輔料消耗低，使用方便，不用昂貴還原劑，基本無環(huán)境污染的磷酸鐵鋰廢電池正極材料的浸出方法，其特征在于將從磷酸鐵鋰廢電池中分離出的，并經(jīng)焙燒預(yù)處理得到的正極材料放入耐壓和耐硫酸腐蝕的容器中，并將硫酸泵入該容器，然后密封容器，并通入SO2進行浸出，浸出結(jié)束后進行液固分離，得到所需浸出溶液。反應(yīng)溫度為40°c~80°C，浸出的硫酸初始濃度為lmol/L~4mol/L，浸出時間為Ih~3h，浸出過程進行攪拌，攪拌速度為30r/min~120r/min。硫酸加入量為加入反應(yīng)容器的正極材料中全部金屬浸出的硫酸理論消耗量(不扣除生成AlPO4沉淀減少的硫酸理論消耗量)的101%~140%。浸出過程的壓力為0.05MPa~0.2MPa。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:在密閉和SO2存在的條件下，硫酸浸出經(jīng)焙燒預(yù)處理后的磷酸鐵鋰廢電池正極材料(材料中的金屬元素呈氧化物形態(tài))時，浸出過程發(fā)生如下主要化學(xué)反應(yīng):
Al2O3 + 3H2S04 = Al2(SO4)3 + 3H20
2LiFeP04 + 3H2S04 = Li2SO4 + 2H3P04 + 2FeS04
2FeP04 + H2SO4 + SO2 + 2H20 = 2FeS04 + 2H3P04
Al2 (SO4) 3 + H3PO4 = AlPO4由于SO2的還原能力比現(xiàn)有浸出方法中普遍使用的雙氧水的還原能力強得多，而且不需要在強酸性環(huán)境下才能還原，這樣可以降低浸出過程的酸度，減少硫酸和還原劑的消耗，提高反應(yīng)速度。SO2可以徹底破壞正極材料FePO4的層狀結(jié)構(gòu)，提高有價鋰的浸出率。
相對于現(xiàn)有方法，本發(fā)明的突出優(yōu)點是采用SO2作還原劑浸出磷酸鐵鋰廢電池正極材料，反應(yīng)速度快，反應(yīng)酸度較低，硫酸和還原劑的消耗量小；正極材料中FePO4的層狀結(jié)構(gòu)破壞徹底，可提高鋰的浸出率；浸出液后續(xù)處理中不需要中和大量的酸，成本較低；浸出液后續(xù)處理中產(chǎn)生的廢棄物量少，降低了污染治理費用，具有明顯的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。
[0006]具體實施方法
實施例1:將100g磷酸鐵鋰廢電池正極材料(含鋰4.3%、鋁5.2%、鐵34.8%)加入容積為IL的不銹鋼反應(yīng)釜中，加入1.5mol/L的硫酸820ml，在40°C~50°C下攪拌(攪拌速度80r/min)通入SO2浸出3.0h，浸出壓力為0.05MPa，浸出結(jié)束后進行液固分離，得到780ml浸出溶液(不含浸出渣洗滌水)。鋰、鋁和鐵的浸出率分別為99.7%、0.01%和99.5%(按進入浸出溶液和浸出渣洗滌液中的鋰、鋁和鐵計算)。
[0007]實施例2:將300g磷酸鐵鋰廢電池正極材料(含鋰4.3%、鋁5.2%、鐵34.8%)加入容積為2L的不銹鋼反應(yīng)釜中，加入3.0moI/L的硫酸1500ml，在70°C~80°C下攪拌(攪拌速度70r/min)浸出lh，浸出壓力為0.15MPa，浸出結(jié)束后進行液固分離，得到1300ml浸出溶液(不包括浸出渣洗滌水)。鋰、鋁和鐵的浸出率分別為99.8%、0.01%和99.7% (按進入浸出溶液和浸出渣洗滌液中的鋰、鋁`和鐵計算)。
【權(quán)利要求】
1.一種磷酸鐵鋰廢電池正極材料的浸出方法，特征在于將從磷酸鐵鋰廢電池中分離出的，并經(jīng)焙燒預(yù)處理得到的正極材料放入耐壓和耐硫酸腐蝕的容器中，并將硫酸泵入該容器，然后密封容器，并通入SO2進行浸出，浸出結(jié)束后進行液固分離，得到所需浸出溶液，反應(yīng)溫度為40°c~80°C，浸出的硫酸初始濃度為lmol/L~4mol/L，浸出時間為Ih~3h，浸出過程進行攪拌，攪拌速度為30r/min~120r/min，硫酸加入量為加入反應(yīng)容器的正極材料中全部金屬浸出的硫酸理論消耗量的101%~140%。
2.浸出過程的壓力為0.05MPa~0.2MPa。
【文檔編號】C21B15/00GK103757388SQ201310736588
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月29日
【發(fā)明者】龍炳清, 王杰才, 龔婕 申請人:四川師范大學(xué)