【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于超声诱导结晶的铁磷渣回收制备电池级磷酸铁的方法，特别涉及一种基于“无机酸浸出-超声诱导结晶-高温脱水”工艺以实现铁磷渣中铁和磷的资源化回收和高值化利用的方法，属于废旧锂离子电池回收和冶金环境工程领域。
技术介绍
1、磷酸铁锂具有理论容量高、成本低、无毒、充放电可逆性好和稳定性高等优点，已成为一种极具发展前景的锂离子电池正极材料，在新能源汽车和储能产业中占有相当大的份额。然而，随着磷酸铁锂电池使用寿命的结束，其退役数量也势必会激增。无论是从资源还是环境的角度来看，退役磷酸铁锂电池的回收利用都迫在眉睫。
2、由于锂是退役磷酸铁锂电池中最有价值的元素，锂的回收对于提高经济效益具有重要意义。通过氧化浸出的方法从含有磷酸铁锂的电池废料中选择性回收锂已经较为成熟并被工业化。然而，氧化浸出产出的铁磷渣因其回收经济性差，面临着难以实现高值化利用的问题。因此，亟需开发铁磷渣中铁、磷资源的高效清洁回收工艺，以实现铁磷渣的资源化利用。
3、中国专利cn 112520718 a公开了一种从铁磷渣酸浸液中选择性回收电池级磷酸铁的方法，即用无机酸浸出铁磷渣，再加入碱性沉淀剂选择性沉淀磷酸铁，同时去除杂质金属元素，这一方法存在着消耗碱性沉淀剂，沉淀母液难以处理的问题。中国专利cn113044824 a公开了一种磷酸铁废料循环再生的方法，该方法取少部分铁磷溶液制备磷酸铁沉淀剂，再将磷酸铁沉淀剂加入到余下的铁磷溶液中反应，得到二水磷酸铁沉淀，留下部分二水磷酸铁沉淀作为以后批次反应的沉淀剂，其余二水磷酸铁沉淀制成无水磷
4、目前已有的回收铁磷渣制备电池级磷酸铁的技术，大多存在试剂消耗大、洗水量大和含盐废水难以处置等问题。因此，减少试剂消耗和含盐废水的产生，降低洗水量，提高磷酸铁产品的品质是目前迫切需要解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于超声诱导结晶的铁磷渣回收制备电池级磷酸铁的方法，该方法使用无机酸浸出铁磷渣，通过少量水稀释调整ph与超声诱导结晶，降低酸碱用量和废水产出，实现了铁磷渣中铁、磷元素的低成本资源化回收与高值化利用。该方法具有试剂消耗量低、溶液体系可循环，废水排放少等优点，为铁磷渣回收提供了一种新思路，具有良好的应用前景。
2、为实现上述目的，所述方法的具体步骤如下：
3、（1）采用无机酸浸出铁磷渣，反应完毕后过滤，得到含有铁、磷的浸出液；
4、（2）向所述浸出液中加入一定量的去离子水进行稀释，随后升高温度，并在超声波的辅助下进行结晶反应；
5、（3）结晶反应完毕后，过滤得到二水磷酸铁沉淀和结晶母液，其中结晶母液经浓缩后返回至步骤（1）循环使用，二水磷酸铁进行充分洗涤脱除夹带的杂质，洗水返回步骤（2）作为稀释水，之后进行高温脱水得到电池级无水磷酸铁。
6、进一步地，步骤（1）中所述铁磷渣为磷酸铁锂废料回收提锂后的磷酸铁废料、磷酸铁锂极片回收提锂后的磷酸铁废料、退役磷酸铁锂电池拆解提锂后的磷酸铁废料或退役磷酸铁锂电池正负极混合黑粉提锂后的磷酸铁废料中的一种或多种，其中fe元素质量分数为15~30%，p元素质量分数为13~20%。
7、进一步地，步骤（1）中所述的浸出采用的无机酸为盐酸、硫酸、硝酸或磷酸中的一种或多种，无机酸浓度为1~8 mol/l，液固比为2~10 ml/g，浸出温度为25~65 ℃，浸出时间为30~240 min。
8、进一步地，步骤（2）中去离子水加入体积为浸出液体积的0.2~2倍。如去离子水加入量过多，则后续结晶母液浓缩量大、能耗高；如去离子水加入量过少，则结晶开始时溶液ph偏低，磷酸铁结晶困难。
9、进一步地，步骤（2）中结晶过程ph控制为0.5~1.2，温度为75~200 ℃，时间为20~240 min。如结晶过程的ph过高，需要加入足量去离子水，后续结晶母液浓缩困难；如ph过低，则二水磷酸铁溶解度升高，不利于结晶。
10、进一步地，步骤（2）中用于辅助结晶的超声波频率为20~60 khz，超声波功率为20~100 w。如超声的频率过高，会使得体系不稳定，破坏晶体结构；如频率过低，则无法有效激发成核过程，影响结晶率。如超声的功率过高，使得耗能增加，甚至导致溶液温度升高；如功率过低，会导致成核数量减少，结晶速率变缓。总体来说，超声的频率/功率过高会影响晶体质量，过低则影响结晶效率。
11、进一步地，步骤（3）中结晶母液，将其体积浓缩至步骤（1）中无机酸浸出剂的体积后，返回至步骤（1）作为浸出剂循环使用。
12、本专利技术的一种基于超声诱导结晶的铁磷渣回收制备电池级磷酸铁的方法，与现有技术相比，具有如下的优点：
13、（1）在结晶过程中使用超声波辅助，利用超声的空化作用强化了溶液结晶成核的过程，提高了结晶产物在低过饱和浓度下的结晶率。不但从源头上避免了碱性沉淀剂的使用，减少了碱性废水的排放，而且减少了结晶过程中向浸出液中加入去离子水的体积，使结晶母液浓缩后可以返回浸出过程循环使用。
14、（2）使用超声波辅助结晶，利用超声的分散作用细化晶粒，改善了二水磷酸铁结晶产物的粒径和比表面积，从前驱体上实现了对电池级磷酸铁物理指标的调控。
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1.一种基于超声诱导结晶的铁磷渣回收制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：
2.根据权利要求1所述的基于超声诱导结晶的铁磷渣回收制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于，步骤（1）中所述铁磷渣为磷酸铁锂废料回收提锂后的磷酸铁废料、磷酸铁锂极片回收提锂后的磷酸铁废料、退役磷酸铁锂电池拆解提锂后的磷酸铁废料或退役磷酸铁锂电池正负极混合黑粉提锂后的磷酸铁废料中的一种或多种；所述铁磷渣中Fe元素质量分数为15~30%，P元素质量分数为13~20%。
3.根据权利要求1所述的基于超声诱导结晶的铁磷渣回收制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的浸出采用的无机酸为盐酸、硫酸、硝酸或磷酸中的一种或多种，无机酸浓度为1~8 mol/L，液固比为2~10 mL/g，浸出温度为25~65 ℃，浸出时间为30~240 min。
4.根据权利要求1所述的基于超声诱导结晶的铁磷渣回收制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于，步骤（2）中去离子水加入体积为浸出液体积的0.2~2倍。
5.根据权利要求1所述的基于超声诱导结晶的铁磷渣回收制备电池
6.根据权利要求1所述的基于超声诱导结晶的铁磷渣回收制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于，步骤（2）中用于辅助结晶的超声波频率为20~60 kHz，超声波功率为20~100 W。
...【技术特征摘要】
1.一种基于超声诱导结晶的铁磷渣回收制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：
2.根据权利要求1所述的基于超声诱导结晶的铁磷渣回收制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于，步骤（1）中所述铁磷渣为磷酸铁锂废料回收提锂后的磷酸铁废料、磷酸铁锂极片回收提锂后的磷酸铁废料、退役磷酸铁锂电池拆解提锂后的磷酸铁废料或退役磷酸铁锂电池正负极混合黑粉提锂后的磷酸铁废料中的一种或多种；所述铁磷渣中fe元素质量分数为15~30%，p元素质量分数为13~20%。
3.根据权利要求1所述的基于超声诱导结晶的铁磷渣回收制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的浸出采用的无机酸为盐酸、硫酸、硝酸或磷酸中的一种或多种，无机酸浓度为...
【专利技术属性】
技术研发人员：张家靓，王成彦，徐聪，陈永强，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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