一种利用垃圾焚烧飞灰回收磷酸铁锂阴极材料中锂的方法转让专利
申请号 : CN202110228506.8
文献号 : CN113026035B
文献日 : 2022-03-29
发明人 : 黄涛 , 宋东平 , 周璐璐 , 张树文 , 徐娇娇
申请人 : 常熟理工学院
摘要 :
权利要求 :
1.一种利用垃圾焚烧飞灰回收磷酸铁锂阴极材料中锂的方法,其特征在于,所述方法基于电解槽装置进行回收磷酸铁锂阴极材料中的锂离子,所述电解槽装置包括第一电解槽和第二电解槽,所述第一电解槽和第二电解槽分别包含阳极室、阴极室、样品区、阳极电极、阴极电极,所述第一电解槽阳极室和第一电解槽样品区之间用阴离子交换膜隔离,所述第一电解槽和第二电解槽的阳极电极和阴极电极分别通过导线连接直流电源,所述方法包括以下步骤:
(1)将垃圾焚烧飞灰放在第一电解槽的样品区,将磷酸铁锂阴极材料粉末放在第一电解槽的阳极室,所述磷酸铁锂阴极材料粉末与垃圾焚烧飞灰质量比1 4:10;
~
(2)向第一电解槽中加入水,开通直流电源进行处置得到浆体,所述第一电解槽中水与垃圾焚烧飞灰液固比0.5 2.5:1mL:g;
~
(3)将第一电解槽的阳极室的浆体排出,得到酸溶磷酸铁锂浆;
(4)将酸溶磷酸铁锂浆搅拌,过滤,得到的液体部分为氯化铁锂磷酸液,所述搅拌时间为1 6h;
~
(5)将氯化铁锂磷酸液放在第二电解槽的样品区,开通直流电源进行处置,将第二电解槽的阴极室的浆体排出得到铁锂浆;
(6)将铁锂浆搅拌,过滤,得到的清液为含锂溶液。
2.根据权利要求1所述的利用垃圾焚烧飞灰回收磷酸铁锂阴极材料中锂的方法,其特征在于,步骤(2)中,所述直流电源的电流为100 2000A,直流电源的电压为20 400V,处置时~ ~
间为2 12h。
~
3.根据权利要求1所述的利用垃圾焚烧飞灰回收磷酸铁锂阴极材料中锂的方法,其特征在于,步骤(5)中,所述直流电源的电流为200 2000A,直流电源的电压为20 200V,处置时~ ~
间为0.5 4.5h。
~
4.根据权利要求1所述的利用垃圾焚烧飞灰回收磷酸铁锂阴极材料中锂的方法,其特征在于,步骤(6)中,所述搅拌时间为10 30min。
~
说明书 :
一种利用垃圾焚烧飞灰回收磷酸铁锂阴极材料中锂的方法
技术领域
背景技术
电池已成为整个电池供应链中必不可少的步骤。磷酸铁锂电池因其优异的安全性已广泛安
装在电动汽车中。
学提炼等方法。由于磷酸铁锂电池化学结构非常稳定,因此通过热解法(火冶)和微生物浸
出技术很难有效提炼磷酸铁锂电池中的锂。
使用过程中存在安全隐患。因此,若能研发一种摆脱双氧水和混合酸的磷酸铁锂电池回收
方法对解决当前锂电池回收技术缺陷显得尤为重要。
发明内容
括第一电解槽和第二电解,所述第一电解槽和第二电解分别包含阳极室、阴极室、样品区、
阳极电极、阴极电极,所述第一电解槽阳极室和第一电解槽样品区之间用阴离子交换膜隔
离,所述第一电解槽和第二电解的阳极电极和阴极电极分别通过导线连接直流电源,所述
方法包括以下步骤:
解槽的样品区水体中的氯离子在电迁移作用下快速向第一电解槽的阳极电极方向迁移,并
在到达第一电解槽的阳极表面后氧化成氯气。氯气溶解到第一电解槽阳极室的水中生成次
氯酸和盐酸。放在第一电解槽阳极室的磷酸铁锂阴极材料粉末与次氯酸和盐酸反应生成含
有氯化锂、氯化铁、磷酸铁和磷酸的酸溶磷酸铁锂浆。将酸溶磷酸铁锂浆搅拌可使得反应更
加充分,进一步促进磷酸铁锂阴极材料粉末溶解。将搅拌后的酸溶磷酸铁锂浆过滤,得到含
有氯化锂、氯化铁、磷酸的氯化铁锂磷酸液。将第二电解槽的阳极电极和阴极电极通过导线
连接至直流电源后,氯化铁锂磷酸液中的铁离子和锂离子向第二电解槽的阴极迁移。第二
电解槽的阴极表面的水分子发生水解生成氢气和氢氧根。氢氧根与迁移至第二电解槽的阴
极室的铁离子和锂离子反应生成氢氧化铁和氢氧化锂。将铁锂浆搅拌后过滤可将氢氧化铁
滤出,得到含锂溶液。
促进磷酸铁锂阴极材料粉末中锂离子的溶出,并通过第二电解槽实现锂与氯、磷、铁的高效
分离。本发明工艺简单,可操作性强,最高可回收磷酸铁锂阴极材料粉末中96%以上的锂。
附图说明
具体实施方式
12%K2O、3%~8%SO2、3%~8%SiO2、2%~6%MgO、2%~6%Fe2O3、2%~6%Al2O3、0.5%
~1.5%CrO3、0.1%~0.5%CdO、0.1%~0.5%NiO、0.1%~0.5%PbO等成分。
12h。将干燥的废磷酸铁锂电池拆开,分为阴极材料、阳极材料、有机隔板、其它组件等。将阴
极材料在真空及450℃条件下热解2h,然后将铝箔基材上的阴极材料粉末刮下以备用。
焚烧飞灰,然后将垃圾焚烧飞灰放在第一电解槽的样品区,将磷酸铁锂阴极材料粉末放在
第一电解槽的阳极室。第一电解槽的阳极室和第一电解槽额样品区之间用阴离子交换膜隔
离。按照水与垃圾焚烧飞灰液固比0.5:1mL:g向第一电解槽中加入水。将第一电解槽的阳极
电极和阴极电极通过导线连接至直流电源,开通电源处置2h,然后将第一电解槽阳极室的
浆体排出得到九组酸溶磷酸铁锂浆,其中直流电源的电流设置为100A,直流电源的电压设
置为20V。将酸溶磷酸铁锂浆搅拌1h,过滤,得到的液体部分为氯化铁锂磷酸液,共九组。将
氯化铁锂磷酸液放在第二电解槽的样品区。将第二电解槽的阳极电极和阴极电极通过导线
连接至直流电源,开通电源处置0.5h,然后将第二电解槽的阴极室的浆体排出得到九组铁
锂浆,其中直流电源的电流为200A,直流电源的电压为20V。将铁锂浆搅拌10分钟,过滤,得
到的清液为含锂溶液,共九组。
4.40%。
质量(mg),α为磷酸铁锂阴极材料粉末中锂含量。本实施例试验结果见表2。
粉末与垃圾焚烧飞灰质量比等于1~4:10,将第一电解槽的阳极和阴极连接通直流电后,样
品区水体中的氯离子在电迁移作用下快速向第一电解槽的阳极电极方向迁移,并在到达阳
极表面后氧化成氯气。氯气溶解到第一电解槽的阳极室的水中生成次氯酸和盐酸。放在第
一电解槽的阳极室的磷酸铁锂阴极材料粉末与次氯酸和盐酸反应生成含有氯化锂、氯化
铁、磷酸铁和磷酸的酸溶磷酸铁锂浆。将酸溶磷酸铁锂浆搅拌可使得反应更加充分,进一步
促进磷酸铁锂阴极材料粉末溶解。将搅拌后的酸溶磷酸铁锂浆过滤,得到含有氯化锂、氯化
铁、磷酸的氯化铁锂磷酸液。最终,锂回收率均大于88%。当磷酸铁锂阴极材料粉末与垃圾
焚烧飞灰质量比大于4:10,锂回收率随着磷酸铁锂阴极材料粉末与垃圾焚烧飞灰质量比进
一步增加显著降低。因此,结合效益与成本,当磷酸铁锂阴极材料粉末与垃圾焚烧飞灰质量
比等于1~4:10,最有利于提高磷酸铁锂阴极材料粉末锂回收率。
阴极材料粉末放在第一电解槽的阳极室。第一电解槽的阳极室和第一电解槽的样品区之间
用阴离子交换膜隔离。按照水与垃圾焚烧飞灰液固比0.25:1mL:g、0.35:1mL:g、0.45:1mL:
g、0.5:1mL:g、1.5:1mL:g、2.5:1mL:g、2.6:1mL:g、2.8:1mL:g、3:1mL:g向电解第一槽中加入
水。将第一电解槽的阳极电极和阴极电极通过导线连接至直流电源,开通电源处置7h,然后
将第一电解槽的阳极室的浆体排出得到九组酸溶磷酸铁锂浆,其中直流电源的电流设置为
1050A,直流电源的电压设置为210V。将酸溶磷酸铁锂浆搅拌3.5h,过滤,得到的液体部分为
氯化铁锂磷酸液,共九组。将氯化铁锂磷酸液放在第二电解槽的样品区。将第二电解槽的阳
极电极和阴极电极通过导线连接至直流电源,开通电源处置2.5h,然后将第二电解槽阴极
室的浆体排出得到九组铁锂浆,其中直流电源的电流为1100A,直流电源的电压为110V。将
铁锂浆搅拌20分钟,过滤,得到的清液为含锂溶液,共九组。
0.25:1mL:g 314.89mg/L ±0.1%
0.35:1mL:g 341.07mg/L ±0.1%
0.45:1mL:g 360.95mg/L ±0.1%
0.5:1mL:g 381.54mg/L ±0.1%
1.5:1mL:g 391.37mg/L ±0.1%
2.5:1mL:g 396.50mg/L ±0.1%
2.6:1mL:g 369.30mg/L ±0.1%
2.8:1mL:g 344.21mg/L ±0.2%
3:1mL:g 317.05mg/L ±0.2%
较少,最终导致磷回收率随着水与垃圾焚烧飞灰液固比减小而显著降低。当水与垃圾焚烧
飞灰液固比等于0.5~2.5:1mL:g,将第一电解槽的阳极和阴极连接通直流电后,第一电解
槽样品区水体中的氯离子在电迁移作用下快速向第一电解槽的阳极电极方向迁移,并在到
达第一电解槽阳极表面后氧化成氯气。氯气溶解到第一电解槽阳极室的水中生成次氯酸和
盐酸。放在第一电解槽阳极室的磷酸铁锂阴极材料粉末与次氯酸和盐酸反应生成含有氯化
锂、氯化铁、磷酸铁和磷酸的酸溶磷酸铁锂浆。最终,锂回收率均大于90%。当水与垃圾焚烧
飞灰液固比大于2.5:1mL:g,锂回收率随着水与垃圾焚烧飞灰液固比进一步增加显著降低。
因此,结合效益与成本,当水与垃圾焚烧飞灰液固比等于0.5~2.5:1mL:g,最有利于提高磷
酸铁锂阴极材料粉末锂回收率。
阴极材料粉末放在第一电解槽的阳极室。第一电解槽的阳极室和第一电解槽的样品区之间
用阴离子交换膜隔离。按照水与垃圾焚烧飞灰液固比2.5:1mL:g向第一电解槽中加入水。将
第一电解槽的阳极电极和阴极电极通过导线连接至直流电源,开通电源处置12h,然后将第
一电解槽阳极室的浆体排出得到酸溶磷酸铁锂浆,其中直流电源的电流设置为2000A,直流
电源的电压设置为400V。将酸溶磷酸铁锂浆分别搅拌0.5h、0.7h、0.9h、1h、3.5h、6h、6.2h、
6.5h、7h,过滤,得到的液体部分为氯化铁锂磷酸液,共九组。将氯化铁锂磷酸液放在第二电
解槽的样品区。将第二电解槽的阳极电极和阴极电极通过导线连接至直流电源,开通电源
处置4.5h,然后将第二电解槽阴极室的浆体排出得到九组铁锂浆,其中直流电源的电流为
2000A,直流电源的电压为200V。将铁锂浆搅拌30分钟,过滤,得到的清液为含锂溶液,共九
组。
酸溶磷酸铁锂浆搅拌时间等于1~6h,将酸溶磷酸铁锂浆搅拌可使得反应更加充分,进一步
促进磷酸铁锂阴极材料粉末溶解。最终,锂回收率均大于91%。,当酸溶磷酸铁锂浆搅拌时
间大于6h,锂回收率随着酸溶磷酸铁锂浆搅拌时间进一步增加变化不显著。因此,结合效益
与成本,当酸溶磷酸铁锂浆搅拌时间等于1~6h,最有利于提高磷酸铁锂阴极材料粉末锂回
收率。