[发明专利]一种从废旧磷酸铁锂电池材料酸浸出液中选择性回收铝的方法

说明书

本发明公开了一种从废旧磷酸铁锂电池材料酸浸出液中选择性回收铝的方法，该方法是将磷酸铁锂正极粉料采用酸液浸出，在浸出液中加入铁粉进行还原后，调节浸出液的pH至0.2～3.5，再采用膦酸基阳离子螯合树脂吸附铝离子，负载铝离子的膦酸基阳离子螯合树脂通过解吸，得到铝富集液。该方法主要是利用膦酸基阳离子螯合树脂对含有锂离子、亚铁离子及铝离子的酸性浸出液中高效选择性吸附铝离子，实现废旧磷酸铁锂电池材料酸浸出液中铝的高效分离，从而为后续酸浸出液中铁、锂和磷的高值化利用奠定基础。

技术领域

本发明涉及一种从废旧磷酸铁锂电池材料酸浸出液中分离回收铝的方法，特别涉及一种利用膦酸基阳离子螯合树脂选择性吸附分离废旧磷酸铁锂电池材料酸浸出液中铝的方法，属于冶金环境工程和废旧锂离子电池回收的技术领域。

背景技术

磷酸铁锂电池(LFPs)由于具有价格低廉、高比容量、可循环性良好、安全稳定、环保绿色等优良性能被广泛应用于电动汽车和5G基站储能等领域。尤其是近些年来在国家政策的大力扶持和引导下，电动汽车产业快速增长。2020年我国电动汽车动力电池累计报废量达到了32.2万吨。伴随着科学技术的迅猛发展和城市化水平的不断提高，资源、能源与环境之间的矛盾日益突出，由各种废旧电池所引起的环境问题已经成为了社会关注的焦点问题。因此，对废旧磷酸铁锂电池的再利用是建设资源节约型和环境友好型社会的必要前提。

目前针对废旧磷酸铁锂电池材料再利用的技术路线主要包括梯级利用、修复再利用及浸出-再合成这三种。磷酸铁锂电池容量的降低主要是因为充放电过程中Li⁺的流失，所以目前有通过补充锂源直接修复实现再利用的技术方法，但其所得到电池材料的电化学性能较差、成本高、流程长，难以工业化运用。目前对废旧磷酸铁锂电池的回收以湿法工艺为主，即利用各类酸对依次经过放电、破碎及分选等预处理后的电池废料浸出，但是目前的技术均未能有效实现分选过程中铝箔与电池正极材料的彻底分离。杂质元素铝会由此进入浸出液中，从而进入到后续以磷酸铁、碳酸锂回收浸出液中有价金属铁和锂的前驱体中，显著影响再生磷酸铁锂电池材料的性能。因此，选择性分离回收酸浸出液中的铝是湿法回收废旧磷酸铁锂电池材料工艺中亟需解决的关键技术问题。

由于浸出液中的铝、铁及锂元素均是以阳离子的形式存在，传统的化学沉淀法难以实现铝的选择性分离，目前关于废旧磷酸铁锂电池材料酸浸出液中净化除铝的报道很少。中国专利(公开号为CN 110330005 A)公开了一种利用废旧锂离子电池回收磷酸铁锂材料的方法，该方法是在惰性气氛下焙烧磷酸铁锂电极片让正极活性物质脱离正极集流体，并利用DMF清洗去除粘接剂。虽然避免了现有技术中分离铝的复杂工艺及因化学试剂的加入所导致的二次污染及除杂等问题，且回收的电池材料具有良好的电化学性能。但是焙烧过程设备投资高，对气氛要求严格，工业化推广运用困难，无法大规模地实现对废旧磷酸铁锂电池的处理与处置。再者，(“从废旧磷酸铁锂电池中回收铝、铁和锂”，吴越等，研究与设计电源技术，2014年，第38卷，第4期)阐述了利用焙烧-碱溶-H₂SO₄+H₂O₂-分离铁-碳酸钠沉锂的组合工艺实现废旧磷酸铁锂电池的全组分回收，该文章中利用NaOH碱液溶解集流体铝箔使其以NaAlO₂的形式进入溶液，再用硫酸调节pH沉淀大部分铝，该方法不仅工艺流程长，先碱溶再加酸调节pH的工艺会额外增大成本投资，而且该法也无法实现铝的高效彻底分离和回收利用。中国专利(公开号:CN110643814 A)公开了一种除铝以及废旧磷酸铁锂电池回收的方法。在基于铁粉还原，加入了尿素、六次甲基四胺和磷酸二氢胺等pH调整剂协同调节含铝酸性溶液的pH，将溶液体系中的Al³⁺以磷酸盐沉淀的形式去除，效果良好。但是由于引入其它杂质离子会大量损失磷源，同时多余的铁粉也易进入到再生的电池中，影响相关性能。有价金属铝直接进入废渣之中，并未被有效地回收再利用。