[发明专利]磷酸铁锂废电池正极材料的浸出方法

说明书

技术领域

 本发明涉及磷酸铁锂废电池正极材料的一种浸出方法。

背景技术

磷酸铁锂电池（正极材料含的主要金属元素为锂、铝和铁的电池）是一类新型电池，该电池使用报废后将产生大量废电池。这类电池若弃入环境，将对环境产生很大的直接和潜在危害。磷酸铁锂电池正极材料主要含锂、铝和铁，其中锂的总含量高达4%以上，很具回收价值。目前从磷酸铁锂废电池正极材料中回收锂的工艺主要为湿法工艺。浸出是湿法工艺中必不可少的一个过程。目前磷酸铁锂废电池正极材料的浸出方法主要有盐酸浸出法、硫酸浸出法、硝酸浸出法和混酸（硫酸加硝酸）浸出法。盐酸浸出法，设备腐蚀大，酸雾产生量大而污染环境。硫酸浸出法消耗较昂贵的还原剂（如双氧水等）。硝酸浸出法的硝酸消耗量大，而且会产生大量氮氧化物，污染环境。所有的湿法工艺都存在如何经济地提高浸出速度、提高金属浸出率、降低酸耗和其它辅料消耗的问题。虽然硝酸加工业纯氧浸出法和混酸加工业纯氧浸出法较好地解决了上述问题，但浸出设备较复杂，而且废电池浸出所需工业纯氧量不大，废电池处理企业就地生产工业纯氧自用不经济，工业纯氧的储存、运输和使用比较麻烦。开发设备腐蚀小、浸出速度快、浸出率高、酸耗和其它辅料消耗低、使用方便、基本无环境污染的磷酸铁锂废电池正极材料的浸出方法具有较大实用价值。

 

发明内容

针对目前磷酸铁锂废电池正极材料浸出的问题，本发明的目的是寻找一种金属浸出率高，浸出速度快，浸出率高，酸耗和其它辅料消耗低，使用方便，不用昂贵还原剂，基本无环境污染的磷酸铁锂废电池正极材料的浸出方法，其特征在于将从磷酸铁锂废电池中分离出的,并经焙烧预处理得到的正极材料放入耐压和耐硫酸腐蚀的容器中，并将硫酸泵入该容器，然后密封容器，并通入SO₂进行浸出，浸出结束后 进行液固分离，得到所需浸出溶液。反应温度为40℃～80℃, 浸出的硫酸初始浓度为1mol/L～4mol/L, 浸出时间为1h～3h，浸出过程进行搅拌，搅拌速度为30r/min～120r/min。硫酸加入量为加入反应容器的正极材料中全部金属浸出的硫酸理论消耗量(不扣除生成AlPO₄沉淀减少的硫酸理论消耗量)的101%～140%。浸出过程的压力为0.05MPa～0.2MPa。

   本发明的目的是这样实现的：在密闭和SO₂存在的条件下，硫酸浸出经焙烧预处理后的磷酸铁锂废电池正极材料（材料中的金属元素呈氧化物形态）时，浸出过程发生如下主要化学反应：

    Al₂O₃ + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂O

2LiFePO₄ + 3H₂SO₄ = Li₂SO₄ + 2H₃PO₄ + 2FeSO₄

2FePO₄ + H₂SO₄  + SO₂ + 2H₂O = 2FeSO₄ + 2H₃PO₄

Al₂(SO₄)₃ + H₃PO₄ = AlPO₄

由于SO₂的还原能力比现有浸出方法中普遍使用的双氧水的还原能力强得多，而且不需要在强酸性环境下才能还原，这样可以降低浸出过程的酸度，减少硫酸和还原剂的消耗，提高反应速度。SO₂可以彻底破坏正极材料FePO₄的层状结构，提高有价锂的浸出率。   

   相对于现有方法，本发明的突出优点是采用SO₂作还原剂浸出磷酸铁锂废电池正极材料, 反应速度快，反应酸度较低，硫酸和还原剂的消耗量小；正极材料中FePO₄的层状结构破坏彻底，可提高锂的浸出率；浸出液后续处理中不需要中和大量的酸，成本较低；浸出液后续处理中产生的废弃物量少，降低了污染治理费用，具有明显的经济效益和环境效益。