【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及废旧资源回收利用，更具体的说是涉及一种磷铁渣回收磷、铁和硫元素及联产磷铵肥料的方法。
技术介绍
1、在碳中和时代背景下，新能源汽车行业发展迅猛，磷酸铁锂电池因为热稳定性高、循环寿命长、成本低等特点，被广泛应用于新能源汽车。而磷酸铁锂电池的使用寿命一般在3-10年之间，随着新能源汽车的蓬勃发展，动力电池必将迎来井喷式退役。据统计，2025年我国退役电池将累计高达125gwh，其中磷酸铁锂电池占比50％以上。因此，退役后的磷酸铁锂电池如果未妥善处置会严重危害环境，并造成宝贵的有价资源浪费。在磷酸铁锂选择性浸出提取和回收锂后，会得到含有大量有价金属磷和铁的磷铁渣。磷铁渣中含有磷酸铁、碳渣以及少量杂质，对其进行有效回收可减少对原生矿源的依赖。
2、磷铁渣的主要成分为磷酸铁(fepo4)，另外还含有石墨、锂盐等杂质，其成分复杂且物理化学性质差异较大，导致了磷铁渣的回收难度较高。磷铁渣中的磷酸铁与铁的矿物形式紧密结合，且大部分磷酸铁渣含有较高的水分和不可溶物，这使得常规的物理或化学回收手段难以高效分离出磷、铁等有价元素。
3、目前，磷铁渣的回收方法主要包括湿法冶金、火法冶金以及一体化回收等几种路径，但这些方法仍存在不同程度的问题。湿法冶金(如酸浸法、溶剂萃取法等)常用于从磷铁渣中回收磷和铁等元素，但由于反应过程较为复杂，且需消耗大量酸和溶剂，导致成本较高，且酸洗后的废水处理难度较大。火法冶金(如高温焙烧法)虽然能够有效地分解磷酸铁，但由于需要高温操作，不仅能耗大，还可能产生大量的有害气体，污染较为严重。
4、专利cn117154273a提出了一种针对废旧锂离子电池正极材料特别是“高铝高铁混合黑粉”的回收方法，涵盖助剂焙烧、两段浸出、磷酸盐沉淀、共沉淀和磷酸再生等多步工艺，通过利用钙盐焙烧和磷酸调控ph，实现锂、铁、铝、镍、钴、锰等有价金属及磷的高效回收与循环利用，解决了传统技术对混合正极材料和铝残留处理的难题，但该工艺中涉及多种化学反应生成的副产物(如caso4、废液中的铝酸根等)，并且对于其他类型的电池正极材料(如三元材料或不同掺杂体系的正极材料)是否同样高效尚未明确，该技术的适应能力可能受限，需要额外调整工艺条件。
5、专利cn202211198739.9通过将磷铁渣与碳单质和含钾无机化合物进行热处理，借助钾元素促进铁离子还原为铁单质，同时生成磷钾化合物以回收磷元素；随后通过固液分离与浓缩实现铁和磷的分离与提取。但该工艺热处理需要在惰性气氛下进行，这对设备的密封性和气氛控制提出了较高要求，可能增加初期投资和维护成本。高温热处理及后续浓缩蒸发过程可能产生气体排放或浓缩废液，产生多余环保问题。
6、专利cn118026126a通过酸液浸出磷酸铁、调节铁磷比、加入氨水沉淀、转化生成含磷酸铁铵的中间产物并焙烧，最终制备比表面积可控的磷酸铁。其关键在于通过铵盐调控沉淀阶段，实现了磷酸铁比表面积的有效控制，满足不同废旧磷酸铁锂电池的控制合成。然而该技术对废旧磷铁渣的铁磷比、杂质含量等有较高要求，若原料成分波动较大，很容易影响最终磷酸铁产品的质量和比表的可控性。
7、专利cn202011259874.0通过从废旧磷酸铁锂电池中回收磷、铁和锂，包括有机溶剂浸泡去除电池中的杂质、氢氧化钠溶液去铝、酸性溶液浸出铁磷、以及利用硫酸和双氧水进行反应，最终得到高纯度的磷酸铁和碳酸锂产品。此工艺能够高效回收废旧电池中的磷、铁、锂元素，并确保最终产品的质量稳定，符合电池级磷酸铁和碳酸锂的要求。该方法中多次使用高浓度的酸溶液、氢氧化钠溶液等化学试剂，且需要高温加热、长时间浸泡。虽然专利中提到避免了含铁废渣和含磷废水的产生，但未详细说明其他副产品和废弃物的处理过程。
8、专利cn202380011397.1提出从回收后的磷铁渣中除去碳杂质并制备高纯度磷酸铁，通过在磷铁渣分散液中设置磁场，利用磁场吸附磷酸铁，增加磷酸铁与碳粒的可浮性差异，促进初步分离。随后，通过强氧化活性剂氧化活化碳粒，使用芳香醚、抑制剂和捕收剂协同作用进一步分离碳粒与磷铁渣。最终，通过这一系列处理，显著提高了磷酸铁的纯度，解决了废旧电池回收过程中磷铁渣再制备磷酸铁时杂质含量高的问题。然而，该专利涉及磁场分离、强氧化活性剂氧化活化、芳香醚与抑制剂的协同作用等多步骤工艺，芳香醚、捕收剂等可能在分离后的产物中残留，在实际应用中可能需要进一步优化工艺以解决成本、环境影响和普适性等问题。
9、综上，目前磷铁渣的回收工艺尚不成熟，整体的资源化利用水平较低，经济性和规模化应用仍面临诸多挑战。
10、因此，如何寻求新的磷铁渣的回收方法使磷、铁和硫元素高效并实现高附加值资源回收利用，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种磷铁渣回收磷、铁和硫元素及联产磷铵肥料的方法，以解决现有技术中磷酸铁锂电池回收过程中难处理的磷铁渣存在的磷、铁和硫元素回收效率低、资源利用率差等问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种磷铁渣回收磷、铁和硫元素及联产磷铵肥料的方法，具体包括以下步骤：
4、(1)将提锂后的磷铁渣进行干燥，研磨，筛分，得到磷铁渣颗粒；
5、(2)将磷铁渣颗粒与硫化铵溶液混合，湿法反应，分离，分别得到磷酸铵溶液、硫化亚铁固体和单质硫固体；
6、(3)将磷酸铵溶液进行真空蒸发浓缩，冷却结晶，干燥，得到磷铵肥料；
7、(4)将硫化亚铁固体进行干燥，高温焙烧，提纯，得到铁粉；
8、(5)将单质硫固体进行回收利用。
9、进一步，上述步骤(1)中，干燥的设备为干燥箱，温度为100～150℃，时间为4～6h，干燥至物料含水量至3％以下。
10、采用上述进一步的有益效果在于，通过干燥，以去除磷铁渣中的游离水和结合水，利于后续研磨和湿法反应。
11、进一步，上述步骤(1)中，研磨的方式为球磨机研磨；筛分的方式为振动筛分，筛分至物料粒径≤8mm。
12、采用上述进一步的有益效果在于，通过研磨和筛分，能够增加物料的比表面积，确保后续湿法反应的均匀接触和反应效率。
13、进一步，上述步骤(2)中，硫化铵溶液的质量浓度为10％～15％；磷铁渣颗粒与硫化铵溶液的质量比为1:(3～8)；
14、进一步，上述步骤(2)中，湿法反应的设备为密闭反应釜，反应温度为60～80℃，搅拌反应时间为1～3h。
15、采用上述进一步的有益效果在于，湿法反应通过磷铁渣中的磷酸铁与硫化铵反应，生成磷酸铵溶液和硫化亚铁固本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磷铁渣回收磷、铁和硫元素及联产磷铵肥料的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种磷铁渣回收磷、铁和硫元素及联产磷铵肥料的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述干燥的设备为干燥箱，温度为100～150℃，时间为4～6h，干燥至物料含水量至3％以下。
3.根据权利要求1所述的一种磷铁渣回收磷、铁和硫元素及联产磷铵肥料的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述研磨的方式为球磨机研磨；所述筛分的方式为振动筛分，筛分至物料粒径≤8mm。
4.根据权利要求1所述的一种磷铁渣回收磷、铁和硫元素及联产磷铵肥料的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述硫化铵溶液的质量浓度为10％～15％；所述磷铁渣颗粒与硫化铵溶液的质量比为1:(3～8)。
5.根据权利要求1所述的一种磷铁渣回收磷、铁和硫元素及联产磷铵肥料的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述湿法反应的设备为密闭反应釜，反应温度为60～80℃，搅拌反应时间为1～3h。
6.根据权利要求1所述的一种磷铁渣回收磷、铁和硫元素及联产磷铵肥料的方法，其特征在于，步骤(2)
7.根据权利要求1所述的一种磷铁渣回收磷、铁和硫元素及联产磷铵肥料的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述真空蒸发浓缩的设备为真空蒸发装置，真空度为0.05～0.1MPa，蒸发温度为50～70℃，浓缩倍数为3～3.5倍，浓缩磷酸铵溶液至饱和。
8.根据权利要求1所述的一种磷铁渣回收磷、铁和硫元素及联产磷铵肥料的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述高温焙烧的设备为高温还原焙烧炉，还原气氛为CO/N2混合气，升温速率为10～15℃/min，保温温度为800～1000℃，保温时间为30～90min。
9.根据权利要求1所述的一种磷铁渣回收磷、铁和硫元素及联产磷铵肥料的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述高温焙烧的设备为流化床焙烧装置，还原气氛为H2/N2混合气，保温温度为800～1000℃，保温时间为30～90min。
10.根据权利要求1所述的一种磷铁渣回收磷、铁和硫元素及联产磷铵肥料的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述提纯的方式为磁选。
...【技术特征摘要】
1.一种磷铁渣回收磷、铁和硫元素及联产磷铵肥料的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种磷铁渣回收磷、铁和硫元素及联产磷铵肥料的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述干燥的设备为干燥箱，温度为100～150℃，时间为4～6h，干燥至物料含水量至3％以下。
3.根据权利要求1所述的一种磷铁渣回收磷、铁和硫元素及联产磷铵肥料的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述研磨的方式为球磨机研磨；所述筛分的方式为振动筛分，筛分至物料粒径≤8mm。
4.根据权利要求1所述的一种磷铁渣回收磷、铁和硫元素及联产磷铵肥料的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述硫化铵溶液的质量浓度为10％～15％；所述磷铁渣颗粒与硫化铵溶液的质量比为1:(3～8)。
5.根据权利要求1所述的一种磷铁渣回收磷、铁和硫元素及联产磷铵肥料的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述湿法反应的设备为密闭反应釜，反应温度为60～80℃，搅拌反应时间为1～3h。
6.根据权利要求1所述的一种磷铁渣回收磷、铁和硫元素及联产磷铵肥...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾丽娟，曹睿，冯嘉予，崔硕，潘自斌，施磊，宁平，李永辉，刘彦章，
申请(专利权)人：云南民族大学，
类型：发明
国别省市：
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