一种高效综合回收利用磷酸铁渣的方法

本发明涉及新能源材料回收利用领域，具体的说是一种高效综合回收利用磷酸铁渣的方法。

背景技术：

1、近十年来，随着磷酸铁锂(化学式lifepo4)作为锂离子电池的正极材料的大规模应用，越来越多的废旧磷酸铁锂正极材料亟需资源化利用，成为广泛关注的资源和环境问题。然而，当前工业界对废旧磷酸铁锂正极材料的回收利用大多限于锂的回收，主要以电池厂产出的极片料和退役锂电池为原料，经破碎、分选后得到磷酸铁锂黑粉；对黑粉进行选择性提锂的技术已经成熟。但是，限于技术和经济性等原因，提锂后的磷酸铁渣尚未得到回收利用。

2、磷酸铁渣的主要成分是磷酸铁，其中磷酸根的含量普遍在30％以上、铁含量在20％以上，是优质的磷、铁资源。如何低成本、高效率地利用好这一磷、铁资源，对完善新能源电池产业链和新能源材料的生命周期而言是重要的技术问题。针对以上技术背景，本发明提供了一种高效回收利用磷酸铁渣的方法，可实现磷、铁资源的低成本资源化回收，变废为宝，对我国新能源产业的发展和双碳目标的达成具有积极意义。

技术实现思路

1、为解决当前磷酸铁渣的资源化利用难题，本发明提供了一种高效综合回收利用磷酸铁渣的方法，利用磷酸铁渣与钠碱在高温下和水溶液中的反应特性，先初步焙烧生成可溶性磷酸盐和铁氧化物，进而在水溶液中提取磷酸盐并通气氧化得到均一化氧化铁，最终产出磷酸盐和氧化铁产品。磷酸盐可作为基础化工原料，氧化铁可作为炼铁原料和工业颜料。

2、为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

3、一种高效综合回收利用磷酸铁渣的方法，主要包括如下步骤：

4、(1)、造粒：将磷酸铁渣、钠碱、粘结剂与水置入混料机中混匀，随后造粒；

5、(2)、焙烧：对步骤(1)造粒得到的物料进行焙烧，为了使反应进行得更为彻底，焙烧温度为750-850℃，保温20-30min，冷却后得到熟料；750-850℃的焙烧温度范围下铁磷分离更为彻底，且可一步得到铁氧化物产品，温度过低反应不彻底，温度过高则易烧结成团；

6、(3)、湿法提取：将步骤(2)得到的熟料置于搅拌反应釜中，按照(1-2):1的液固比加水后通气，加热至60-100℃开始搅拌，搅拌时间为20-60min，得到固液混合物；通气加热搅拌浸出是为了浸出可溶性的磷酸钠盐，实现与铁氧化物的分离；加热一方面能够大幅缩短反应时间，另一方面，磷酸钠盐在水中的溶解度均随温度的升高显著提升，升温可以采用更低的液固比实现磷酸钠盐的提取，并实现后续降温结晶的过程。

7、(4)、滤洗分离：对步骤(3)得到的固液混合物过滤，并用热水洗涤滤饼数次，得到滤液和滤渣；

8、(5)、滤渣干燥：将步骤(4)得到的滤渣置于烘箱中于105℃烘干至少2h，得到氧化铁产品；

9、(6)、滤液调酸：向步骤(4)得到的滤液中加入磷酸，调节ph值，得到产品水；

10、(7)、结晶：将步骤(6)所得产品水冷却结晶，随后固液分离，得到湿晶和母液；

11、(8)、湿晶干燥：将步骤(7)所得湿晶置于烘箱中于30-60℃烘干至少3h，得到磷酸盐产品。

12、进一步地，步骤(1)中，所用钠碱为纯碱、片碱、粒碱、液碱中的一种或多种混合，使用液碱时折合100％计量，添加钠碱时钠的添加量为磷酸铁渣中磷质量的4-5倍，优选为4.6倍。

13、进一步地，步骤(1)中，所用粘结剂为聚乙烯醇或淀粉，用量为磷酸铁渣质量的5-10％。

14、进一步地，步骤(3)中，所加的水为步骤(7)得到的母液。母液的回用可显著减少整个回收体系新水用量，实现系统的水平衡。

15、进一步地，步骤(3)中，所通入气体为空气或氧气，优选为空气。通气可以起到强化传质和进一步氧化的作用。

16、进一步地，步骤(4)中，热水采用加热至60℃以上的自来水，所用水量不超过磷酸铁渣的质量。热水能够更好地溶解磷酸钠盐，强化洗涤效果，减少洗水用量，有利于系统的水平衡。

17、进一步地，步骤(8)所得到的磷酸盐产品为磷酸三钠、磷酸氢二钠或磷酸二氢钠。

18、进一步地，步骤(6)中，磷酸根、磷酸氢根、磷酸二氢根在不同ph值的水溶液中分布不一，根据其占优势的ph范围，生产不同产品时，须加入磷酸调节至相应的优势ph值，具体地：

19、当制备磷酸三钠产品时，ph值调至12.8±0.2。

20、当制备磷酸氢二钠时，ph值调至9.0±0.2；

21、当制备磷酸二氢钠时，ph值调至4.1±0.2。

22、有益效果：

23、1)、本发明中磷酸铁渣的主成分为橄榄石型磷酸铁，其自身结构稳定不易分解。但是在强碱性条件下，磷酸铁会与碱反应生成铁氧化物和对应的磷酸盐，添加粘结剂造粒可避免烧结过程气流造成的粉尘，更为环保，同时提高铁和磷的回收率。

24、2)、本发明创造性地利用磷酸铁渣与钠碱在高温下和水溶液中的反应特性，实现对磷酸铁渣中的磷、铁的资源化利用，具有资源利用率高、成本低的优势。

技术特征：

1.一种高效综合回收利用磷酸铁渣的方法，其特征在于，主要包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高效综合回收利用磷酸铁渣的方法，其特征在于，步骤（1）中，所用钠碱为纯碱、片碱、粒碱、液碱中的一种或多种混合，使用液碱时折合100%计量，添加钠碱时钠的添加量为磷酸铁渣中磷质量的4-5倍。

3.根据权利要求1所述的一种高效综合回收利用磷酸铁渣的方法，其特征在于，步骤（1）中，所用粘结剂为聚乙烯醇或淀粉，用量为磷酸铁渣质量的5-10%。

4.根据权利要求1所述的一种高效综合回收利用磷酸铁渣的方法，其特征在于，步骤（3）中，所加的水为步骤（7）得到的母液。

5.根据权利要求1所述的一种高效综合回收利用磷酸铁渣的方法，其特征在于，步骤（3）中，所通入气体为空气或氧气。

6.根据权利要求1所述的一种高效综合回收利用磷酸铁渣的方法，其特征在于，步骤（4）中，热水采用加热至60℃以上的自来水，所用水量不超过磷酸铁渣的质量。

7.根据权利要求1所述的一种高效综合回收利用磷酸铁渣的方法，其特征在于，步骤（8）所得到的磷酸盐产品为磷酸三钠、磷酸氢二钠或磷酸二氢钠。

8.根据权利要求7所述的一种高效综合回收利用磷酸铁渣的方法，其特征在于，步骤（6）中，ph值根据所制备产品进行调整：

技术总结本发明公开了一种高效综合回收利用磷酸铁渣的方法，利用磷酸铁渣与碱高温下的反应特性，通过混料造粒‑焙烧‑湿法提取‑调整‑结晶‑干燥等一系列流程，生产氧化铁和磷酸盐产品。本发明具有流程简单、收率高、能耗低、成本低等优势，可实现磷酸铁渣资源的高效综合回收利用，具有显著的经济效益和环境效益。技术研发人员：荆乾坤,赵昕,张皓然,王正鑫,陶梦爽,韩超,李继文受保护的技术使用者：河南科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5