铁锂废料制备电池级碳酸锂和磷酸铁工艺研究

doi： 10.3969/j.issn.l007-7545.2019.04.017 铁锂废料制备电池级碳酸锂和磷酸铁工艺研究 周有池，文小强，郭春平，刘雯雯 (赣州有色冶金研究所，江西赣州341000) 摘要：采用HC1+H2O2体系对铁锂废料选择性提锂，浸出液除杂沉Li2CO3；浸出渣盐酸酸溶后，采用Na2CO3 控制pH制备FePO4 - 2H2Oo主要研究盐酸用量、H2O2用量和液固比对锂浸出率的影响；反应pH、反应温度、 反应物Fe/P比对FePO4 • 2H2O产品质量的影响。两工序后液混合可获得U3PO4副产物。工艺中无铁的废渣产 生，锂收率达到97%,铁收率达到98%o 关键词：铁锂废料；选择性；回收；Li2CO3; FePO4 - 2H2O 中图分类号：TF81文献标志码：A 文章编号：1007-7545 (2019) 04-0000-00 Study on Preparation of Battery Grade Lithium Carbonate and Iron Phosphate from Iron Lithium Waste Recycling ZHOU You-chi, WEN Xiao-qiang, GUO Chun-ping, LIU Wen-wen (Ganzhou Nonferrous Metallurgy Research Institute, Ganzhou 341000, Jiangxi, China) Abstract： Lithium was selectively extracted from iron-lithium waste with HCI+H2O2. LizCCh was precipitated from leachate after purification. Leaching residue was dissolved by HC1 to prepare FePC)4 • 2H2O under controlled pH value with Na2CC)3. Effects of HC1 dosage, H2O2 dosage and ratio of liquid to solid on Li leaching rate were investigated. Effects of reaction pH value, reaction temperature and Fe/P ratio of reactant on product quality of FePC)4 • 2H2O were studied. L13PO4 was obtained by mixing solution of two procedures. Li yield rate is 97%. Fe yield rate is 98% without generation of Fe-bearing residue. Key words： iron-lithium scrap; selective; recycling; LizCCh; FePC)4 • 2H2O 随着国家大力推行动力电池，磷酸铁锂正级材料成为大容量动力和储能电池的首选材料［1-虬但因电池寿命 一般为3至5年，随着电池应用量的增加，报废量也在逐步增加，据预算，磷酸铁锂电池报废量在2021年将达 到9 400因。因磷酸铁锂废料中不含贵重金属，经济价值较低，回收成本较高，因而对此类废料回收的研究相 对较少。目前已有磷酸铁锂废料中回收锂资源的研究〔“I。本文以磷酸铁锂废料为原料，综合回收锂、铁、磷， 充分利用磷酸铁锂废料中的P、Fe、Li资源制备高附加值的磷酸铁、碳酸锂产品以及磷酸锂，工艺中无铁的废 渣产生，资源回收率高。 1试验原料、仪器及方法 磷酸铁锂废料(以下简称铁锂废料)粉来自江西赣州某公司，成分(%) : Li 3.75、Fe 28.34、P 15.88、Al 1.54、其他50.54o主要试剂有分析纯浓盐酸和络合剂EDTA,工业级氢氧化钠、双氧水、碳酸钠、磷酸三钠。 试验仪器：HH—S4恒温水浴锅、LFAD—2蠕动泵驱动器、JJ型精密增力电动搅拌器、101A—2型电热鼓 风恒温干燥器、SHZ—III循环水式真空泵。 试验采用HCI+H2O2体系综合回收铁锂废料粉中的锂、铁、磷，试验主要分为锂回收和铁、磷回收两个过 程。试验所用铁锂废料均经过碱溶处理，碱溶后的铁锂废料粉采用HCI+H2O2对铁锂废料进行选择性浸出锂， 浸出液逆流浸出2次，浸出液除杂后的净化液用精制碳酸钠溶液沉锂；HC1+H2O2浸出浸锂后的滤渣与除杂过滤 的滤渣经盐酸酸溶后，用精制的磷酸三钠溶液和碳酸钠溶液调节pH制备FePO4 • 2H2O,制备FePO4 • 2H2O后 的尾液与沉锂母液用于制备U3PO4副产物，整个工艺过程无废液排放。本文主要考察锂回收过程中酸用量、氧 化剂用量、液固比对锂浸出率的影响；铁、磷回收过程中pH、反应温度、反应时间以及反应物Fe/P摩尔比对 FePO4 • 2H2O产品质量的影响。 2试验结果与讨论 2.1锂回收过程 2.1.1选择性提锂 2.LL1盐酸用量 收稿日期:2018-12-24 基金项目：赣州市科技计划项目(赣市科发［2018］50号)；江鸨控股集团科研项目(JW-17B-19, JW-18B-13) 作者简介：周有池(1990-),男，江西上饶人，硕士，助理工程师. 试验称取180 g铁锂废料，加入1.0倍的H2O2作为氧化剂，控制不同加入量的盐酸（以原料的摩尔比计算）, 在相同的液固比条件下中速搅拌，滤渣经清水洗涤一至两遍，过滤，分析不同酸耗量的滤液总锂量和滤渣的锂 含量，并计算其浸出率，结果如图1所示。从图1可知，其他条件相同时，浸出率随着酸量的增加而升高，主 要是由于浸出过程中H+的浓度不断增大，锂不断浸出；当酸用量小于1.0倍时，锂的浸出速度更快，这是因为 刚开始浸出时，液相中Li+浓度低，锂由固相向液相的扩散浓度梯度较大，浸出速度较快；当酸用量达到1.5倍 时，继续增大酸用量，锂的浸出率几乎无明显变化。但随着酸量的持续增大时，浸出液中的Fe3+浓度不断升高, 回调pH时显然需耗用大量的碱，且除铁过程中必然损耗部分锂。因此，考虑后续工序及成本，本试验的酸用 量选取1.2倍较为合适。 60 50 111111 0.60.91.21.51.82.1 酸耗量（倍数） 图1酸耗量对废料中锂浸出率的影响 Fig.l Effect of acid consumption on lithium leaching rate 2.1.1.2氧化剂用量 铁锂废料在低酸量下与氧化剂（H2O2）反应，H2O2用量过小，不足以将锂大部分浸出，使得锂浸出率降低; 田。2用量过大，增加回收成本，因此需对氧化剂用量进行严格控制。试验称取180 g铁锂废料，控制压。2的加 入量（以原料的摩尔比计算），加入一定量的盐酸在相同的液固比条件下中速搅拌，滤渣经清水洗涤一至两遍, 过滤，分析不同氧化剂加