一种磷酸铁锂废粉料制备单水氢氧化锂的方法与流程

本发明属于电池废料回收，特别涉及一种磷酸铁锂废粉料制备单水氢氧化锂的方法。

背景技术：

1、随着电动汽车行业的快速发展，动力电池的需求不断增加。磷酸铁锂作为一种常用的正极材料，具有高安全性能、长循环寿命和环保等优点，因此被广泛应用于电动汽车、储能等领域。然而，随着磷酸铁锂动力电池的退役不断增加，如何有效回收和处理这些废旧电池成为当下行业的技术热点。

2、当下对于废旧磷酸铁锂电池的回收分为火法和湿法两种。传统的火法回收一般是高温焚烧电极片，将电极碎片中的碳和有机物燃烧掉，不能被燃烧掉的剩余灰分最终经筛选得到含有金属和金属氧化物的细粉状材料。该法工艺简单，但处理流程长，有价金属综合回收率较低。改进后的火法回收技术是通过煅烧去除有机粘结剂，使磷酸铁锂粉末与铝箔片分离，获得磷酸铁锂材料，之后再在其中加入适量原料以得到所需的锂、铁、磷的摩尔比，经高温固相法合成新的磷酸铁锂，该种方法无法实现有价金属的选择性回收，杂质含量高，并且能耗较大，容易对环境造成二次污染；湿法回收主要是通过酸溶液浸出磷酸铁锂电池回收粉料中的金属离子，再经过除杂、沉淀目标离子等操作实现对回收粉料的有价金属离子进行回收，尤其是锂离子，该方法处理过程中需要使用大量的酸、碱，工艺成本高且三废排放量较大。

技术实现思路

1、针对于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种磷酸铁锂废粉料制备单水氢氧化锂的方法，旨在解决现有技术中通过传统火法和湿法提锂的工艺能耗高，易对环境造成二次污染，且制得的产品的杂质含量高的技术问题。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：一种磷酸铁锂废粉料制备单水氢氧化锂的方法，所述方法包括：

3、将磷酸铁锂废粉料、氧化剂和水按照预设固液比混合均匀，再加入预设浓度的浸出剂调节至预设ph值，在预设温度下加热预设时间，过滤得到浸出液和滤渣；

4、向纳滤装置中通入所述浸出液，得到第一渗透液和第一浓缩液，将所述第一浓缩液稀释后再次通入所述纳滤装置中，得到第二渗透液和第二浓缩液，所述第二渗透液与所述第一渗透液混合得到混合渗透液；

5、提供双极膜电渗析装置，所述双极膜电渗析装置包括阳极电极室、酸室、碱室、盐室和阴极电极室，向所述盐室中分别通入所述混合渗透液和所述第二浓缩液，通直流电进行电渗析后，在所述碱室中分别得到第一氢氧化锂子溶液和第二氢氧化锂子溶液，在所述酸室中分别得到盐酸溶液和磷酸溶液；

6、将所述第一氢氧化锂子溶液和所述第二氢氧化锂子溶液混合，过滤，得到氢氧化锂溶液，并将所述氢氧化锂溶液进行蒸发浓缩、结晶离心，得到结晶母液和结晶产物，对所述结晶产物进行烘干破碎，得到单水氢氧化锂。

7、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的一种磷酸铁锂废粉料制备单水氢氧化锂的方法，通过采用纳滤装置和双极膜电渗析装置处理磷酸铁锂废粉料的含锂浸出液，在浸出反应后的操作中无需添加其他试剂，能在相对低的能耗和温和条件下得到高纯单水氢氧化锂产品；具体为：通过纳滤装置对磷酸铁锂废粉料的含锂浸出液进行膜分离处理得到混合渗透液和第二浓缩液，后采用双极膜电渗析装置对所述混合渗透液和所述第二浓缩液进行电渗析处理得到氢氧化锂溶液、盐酸溶液和磷酸溶液，其中，盐酸溶液可回收作为磷酸铁锂废粉料的浸出剂利用，有利于资源的循环高效利用，实现反应体系低能耗的目的；另外，本发明采用的双极膜电渗析装置内设有阳极电极室和阴极电极室，该两个电极室内均填充有缓冲溶液，对电极起到了一定的保护作用，有利于装置的长久平稳运行。

8、可选地，所述氧化剂包括双氧水和氯酸钠中的任一种，所述预设固液比为1g:(8-12)ml。

9、可选地，所述浸出剂为盐酸溶液，所述盐酸溶液的浓度为5-15mol/l，所述预设ph值为0.1-2，所述预设温度为60℃-80℃，所述预设时间为0.5h-2h。

10、可选地，所述纳滤装置的操作压力控制在0.1mpa-0.5mpa。

11、可选地，所述纳滤装置的渗透出水率为20％-80％，通过控制所述纳滤装置的渗透出水率使得所述混合渗透液和所述第二浓缩液的体积比为1：1。

12、可选地，所述双极膜电渗析装置包括阳极板、阴极板、双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜，排列方式为阳极板-双极膜-阳离子交换膜-阴离子交换膜-双极膜-阳离子交换膜-阴离子交换膜-双极膜-阴极板，所述阳极板和所述阴极板均为钌铱涂层钛电极板；

13、其中，所述阳极板配合所述双极膜的阳面构成所述阳极电极室，所述双极膜的阴面配合所述阳离子交换膜构成所述酸室，所述阳离子交换膜配合所述阴离子交换膜构成所述盐室，所述阴离子交换膜配合所述双极膜的阳面构成所述碱室，所述双极膜的阴面配合所述阴极板构成所述阴极电极室。

14、可选地，所述阳极电极室和所述阴极电极室内均填充有缓冲溶液，所述缓冲溶液为硫酸钠溶液，所述硫酸钠溶液的浓度为0.2mol/l-0.5mol/l；

15、向所述盐室通入所述混合渗透液前，所述盐室内填充有第一锂盐溶液，所述第一锂盐溶液的溶质与所述混合渗透液的溶质一致，所述第一锂盐溶液的初始浓度控制在0.1mol/l～0.5mol/l；

16、向所述盐室通入所述第二浓缩液前，所述盐室内填充有第二锂盐溶液，所述第二锂盐溶液的溶质与所述第二浓缩液的溶质一致，所述第二锂盐溶液的初始浓度控制在0.1mol/l～0.5mol/l。

17、可选地，所述电渗析的电流密度控制在10ma/cm2-50 ma/cm2。

18、可选地，所述蒸发浓缩过程完成后，所述氢氧化锂溶液的浓缩前后体积比为(15-20)：1。

19、可选地，所述结晶母液返回至所述双极膜电渗析装置得到的所述氢氧化锂溶液中混合循环利用。

技术特征：

1.一种磷酸铁锂废粉料制备单水氢氧化锂的方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂废粉料制备单水氢氧化锂的方法，其特征在于，所述氧化剂包括双氧水和氯酸钠中的任一种，所述预设固液比为1g:(8-12)ml。

3.根据权利要求1所述的磷酸铁锂废粉料制备单水氢氧化锂的方法，其特征在于，所述浸出剂为盐酸溶液，所述盐酸溶液的浓度为5-15mol/l，所述预设ph值为0.1-2，所述预设温度为60℃-80℃，所述预设时间为0.5h-2h。

4.根据权利要求1所述的磷酸铁锂废粉料制备单水氢氧化锂的方法，其特征在于，所述纳滤装置的操作压力控制在0.1mpa-0.5mpa。

5.根据权利要求1所述的磷酸铁锂废粉料制备单水氢氧化锂的方法，其特征在于，所述纳滤装置的渗透出水率为20％-80％，通过控制所述纳滤装置的渗透出水率使得所述混合渗透液和所述第二浓缩液的体积比为1：1。

6.根据权利要求1所述的磷酸铁锂废粉料制备单水氢氧化锂的方法，其特征在于，所述双极膜电渗析装置包括阳极板、阴极板、双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜，排列方式为阳极板-双极膜-阳离子交换膜-阴离子交换膜-双极膜-阳离子交换膜-阴离子交换膜-双极膜-阴极板，所述阳极板和所述阴极板均为钌铱涂层钛电极板；

7.根据权利要求1所述的磷酸铁锂废粉料制备单水氢氧化锂的方法，其特征在于，所述阳极电极室和所述阴极电极室内均填充有缓冲溶液，所述缓冲溶液为硫酸钠溶液，所述硫酸钠溶液的浓度为0.2mol/l-0.5mol/l；

8.根据权利要求1所述的磷酸铁锂废粉料制备单水氢氧化锂的方法，其特征在于，所述电渗析的电流密度控制在10ma/cm2-50 ma/cm2。

9.根据权利要求1所述的磷酸铁锂废粉料制备单水氢氧化锂的方法，其特征在于，所述蒸发浓缩过程完成后，所述氢氧化锂溶液的浓缩前后体积比为(15-20)：1。

10.根据权利要求1所述的磷酸铁锂废粉料制备单水氢氧化锂的方法，其特征在于，所述结晶母液返回至所述双极膜电渗析装置得到的所述氢氧化锂溶液中混合循环利用。

技术总结本发明提供一种磷酸铁锂废粉料制备单水氢氧化锂的方法，包括：将磷酸铁锂废粉料、氧化剂和水混合，加入浸出剂，得到浸出液；向纳滤装置中通入浸出液，得到第一渗透液和第一浓缩液，将第一浓缩液稀释后通入纳滤装置中，得到第二渗透液和第二浓缩液，第二渗透液与第一渗透液混合得到混合渗透液；提供双极膜电渗析装置，向盐室中分别通入混合渗透液和第二浓缩液，电渗析后，在碱室中分别得到第一氢氧化锂子溶液和第二氢氧化锂子溶液；将第一氢氧化锂子溶液和第二氢氧化锂子溶液混合过滤得到氢氧化锂溶液，后进行蒸发浓缩、结晶离心，对结晶产物进行烘干破碎，得到单水氢氧化锂。该方法解决了传统火法和湿法提锂工艺高能耗、产品杂质多的问题。技术研发人员：胡启阳,贾贵斌,何冬梅,徐浪,宋小鹏受保护的技术使用者：江西云威新材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/23