一种钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法与流程

2021-01-31 04:01:51|

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本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法。

背景技术：

近年来，随着新能源汽车市场的快速增长，动力锂离子电池市场获得了飞速发展。其中磷酸铁锂材料环境友好，市场需求不断上升。新能源面临降成本压力较大，研究者们纷纷开发降成本的方法。

在钢材的加工过程中，需对其表面进行酸洗除锈处理。产生的酸洗废液具有强酸性且含有高浓度金属离子，不经处理直接排放，既污染环境又浪费资源。同时处理该废水工艺所需设备要求高，不但资源没有得到有效的回收利用，产生的渣量也较大。

技术实现要素：

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法，本发明制备方法简单，且能减少钢厂废酸水污染，使得资源合理化应用，变废为宝，符合当前节能环保的要求。

本发明提出的一种钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法，包含如下步骤：

s1、将钢厂废酸水过滤，取滤液加热并加入铁粉，调节ph＝6-7，然后浓缩，结晶，干燥得到硫酸亚铁；

s2、将硫酸亚铁配制成水溶液，吸附除去重金属离子得到溶液a；将溶液a与磷酸二氢锂、氢氧化锂和葡萄糖混匀，进行水热反应，然后过滤，洗涤滤饼，干燥得磷酸铁锂。

优选地，在s1中，加热温度为50-90℃。

优选地，在s1中，浓缩至硫酸亚铁含量为60-80wt％。

优选地，在s1中，结晶温度为5-30℃。

优选地，在s1中，用无烟煤、陶粒、石英砂、活性炭中的至少一种过滤钢厂废酸水。

优选地，在s1中，用多介质过滤器进行过滤。

优选地，在s2中，吸附材料为多孔碳。

优选地，多孔碳由粒径为2-15μm的多孔碳和粒径为5-15nm的多孔碳按重量比为5:1组成。

优选地，在s2中，铁元素、锂元素、磷元素的摩尔比为0.98-1:1-1.01:1。

优选地，在s2中，葡萄糖和硫酸亚铁的重量比为1:50-150。

优选地，在s2中，水热反应的温度为160-200℃，反应时间为8-24h。

所得磷酸铁锂与葡萄糖球磨混匀，在惰性气体氛围中烧结得到碳包覆磷酸铁锂作为正极材料使用；优选地，葡萄糖的重量为磷酸铁锂重量的10-15wt％，烧结温度为500-700℃，烧结时间为2-8h。

上述水均为去离子水。

有益效果：

针对钢铁行业酸洗废水含有大量铁元素的特点，本发明成功地开发了一套钢厂酸洗废液制备磷酸铁锂的方法；本发明通过多层过滤去除部分大颗粒、污泥、油污等粗杂质，又经过浓缩、结晶除去其他金属离子杂质，最后通过多孔碳去除微量金属离子杂质，整个除杂过程基本可以除去铁以外的镍铬等金属离子杂质，除杂工艺简单、除杂效果好；本发明还有效利用了廉价的铁粉，解决了铁粉作为铁源制备磷酸铁锂杂质高的难题，且成本低廉；本发明采用水热法可以避免溶液中痕量金属离子杂质残留的影响，添加适量的葡萄糖可以起到还原作用，防止因部分氧化导致三价铁存在磷酸铁锂体系中，有利于制备出纯相磷酸铁锂，且制备工艺简单。

本发明既实现了废物利用，又能够减少钢厂废酸水污染，使得资源合理化应用，变废为宝，符合当前节能环保的要求。

附图说明

图1为实施示例4制备的磷酸铁锂的xrd图。

图2为实施示例4碳包覆磷酸铁锂制备的锂离子电池的0.5c循环性能图。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

一种钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法，包含如下步骤：

s1、将钢厂废酸水经过多介质过滤器过滤，取滤液圆底烧瓶内，搅拌加热至50℃，缓慢加入铁粉至ph＝7，然后于90℃减压浓缩至硫酸亚铁含量为70wt％，搅拌并缓慢降温至10℃结晶，抽滤，洗涤滤饼，真空干燥得到硫酸亚铁，其中，多介质过滤器中自上而下的过滤介质为无烟煤、陶粒、石英砂、活性炭；

s2、将硫酸亚铁与水、多孔碳(多孔碳重量为硫酸亚铁重量的1wt％)混匀，搅拌2h吸附除去微量重金属离子，过滤取滤液得到溶液a；向溶液a中加入磷酸二氢锂、氢氧化锂和葡萄糖混匀，然后转移至动态水热釜内160℃反应24h，过滤，洗涤滤饼，于80℃干燥10h得磷酸铁锂，其中，多孔碳由粒径为2-15μm的多孔碳和粒径为5-15nm的多孔碳按重量比为5:1组成，铁元素、锂元素、磷元素的摩尔比为0.98:1.01:1，葡萄糖和硫酸亚铁的重量比为1:100。

取实施例1制得的磷酸铁锂100g与葡萄糖13.5g置于球磨机内，球磨混合3h，球料分离后，混合料置于氮气炉内，700℃烧结3h得到碳包覆磷酸铁锂记为lifepo4@c。

实施例2

一种钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法，包含如下步骤：

s1、将钢厂废酸水经过多介质过滤器过滤，取滤液圆底烧瓶内，搅拌加热至50℃，缓慢加入铁粉至ph＝6.5，然后于90℃减压浓缩至硫酸亚铁含量为70wt％，搅拌并缓慢降温至10℃结晶，抽滤，洗涤滤饼，真空干燥得到硫酸亚铁，其中，多介质过滤器中自上而下的过滤介质为无烟煤、陶粒、石英砂、活性炭；

s2、将硫酸亚铁与水、多孔碳(多孔碳重量为硫酸亚铁重量的1wt％)混匀，搅拌2h吸附除去微量重金属离子，过滤取滤液得到溶液a；向溶液a中加入磷酸二氢锂、氢氧化锂和葡萄糖混匀，然后转移至动态水热釜内180℃反应8h，过滤，洗涤滤饼，于80℃干燥10h得磷酸铁锂，其中，多孔碳由粒径为2-15μm的多孔碳和粒径为5-15nm的多孔碳按重量比为5:1组成，铁元素、锂元素、磷元素的摩尔比为0.98:1:1，葡萄糖和硫酸亚铁的重量比为1:150。

取实施例2制得的磷酸铁锂100g与葡萄糖13.5g置于球磨机内，球磨混合3h，球料分离后，混合料置于氮气炉内，600℃烧结3h得到碳包覆磷酸铁锂记为lifepo4@c。

实施例3

一种钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法，包含如下步骤：

s1、将钢厂废酸水经过多介质过滤器过滤，取滤液圆底烧瓶内，搅拌加热至50℃，缓慢加入铁粉至ph＝7，然后于90℃减压浓缩至硫酸亚铁含量为60wt％，搅拌并缓慢降温至10℃结晶，抽滤，洗涤滤饼，真空干燥得到硫酸亚铁，其中，多介质过滤器中自上而下的过滤介质为无烟煤、陶粒、石英砂、活性炭；

s2、将硫酸亚铁与水、多孔碳(多孔碳重量为硫酸亚铁重量的1wt％)混匀，搅拌2h吸附除去微量重金属离子，过滤取滤液得到溶液a；向溶液a中加入磷酸二氢锂、氢氧化锂和葡萄糖混匀，然后转移至动态水热釜内180℃反应12h，过滤，洗涤滤饼，于80℃干燥10h得磷酸铁锂，其中，多孔碳由粒径为2-15μm的多孔碳和粒径为5-15nm的多孔碳按重量比为5:1组成，铁元素、锂元素、磷元素的摩尔比为0.98:1:1，葡萄糖和硫酸亚铁的重量比为1:100。

取实施例3制得的磷酸铁锂100g与葡萄糖13.5g置于球磨机内，球磨混合3h，球料分离后，混合料置于氮气炉内，700℃烧结2h得到碳包覆磷酸铁锂记为lifepo4@c。

实施例4

一种钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法，包含如下步骤：

s1、将钢厂废酸水经过多介质过滤器过滤，取滤液圆底烧瓶内，搅拌加热至50℃，缓慢加入铁粉至ph＝6.8，然后于90℃减压浓缩至硫酸亚铁含量为60wt％，搅拌并缓慢降温至10℃结晶，抽滤，洗涤滤饼，真空干燥得到硫酸亚铁，其中，多介质过滤器中自上而下的过滤介质为无烟煤、陶粒、石英砂、活性炭；

s2、将硫酸亚铁与水、多孔碳(多孔碳重量为硫酸亚铁重量的1wt％)混匀，搅拌2h吸附除去微量重金属离子，过滤取滤液得到溶液a；向溶液a中加入磷酸二氢锂、氢氧化锂和葡萄糖混匀，然后转移至动态水热釜内180℃反应12h，过滤，洗涤滤饼，于80℃干燥10h得磷酸铁锂，其中，多孔碳由粒径为2-15μm的多孔碳和粒径为5-15nm的多孔碳按重量比为5:1组成，铁元素、锂元素、磷元素的摩尔比为1:1.01:1，葡萄糖和硫酸亚铁的重量比为1:100。

取实施例4制得的磷酸铁锂进行检测，结果如图1所示，图1为实施示例4制备的磷酸铁锂的xrd图，其中，pdf#40-1499为磷酸铁锂的对照xrd图。

由图1可以看出，制得的磷酸铁锂无杂质峰出现，表明制得了纯相的磷酸铁锂。

取实施例4制得的磷酸铁锂100g与葡萄糖13.5g置于球磨机内，球磨混合3h，球料分离后，混合料置于氮气炉内，700℃烧结3h得到碳包覆磷酸铁锂记为lifepo4@c。

用实施例4制得的lifepo4@c制备锂离子电池，具体制备方法为：将正极材料(lifepo4@c)、导电剂sp、聚偏氟乙烯按重量比8:1:1合浆、涂布、冲片得到正极片，金属锂片作为对电极负极，1mol/l的lipf6电解液，在手套箱中装配制成cr2032扣式电池，并检测电池性能，结果如图2所示，图2为实施示例4碳包覆磷酸铁锂制备的锂离子电池的0.5c循环性能图。

由图2可以看出，制备的电池0.5c放电容量152mah/g，放电50周容量基本无衰减。

实施例5

一种钢厂废酸水制备磷酸铁锂的方法，包含如下步骤：

s1、将钢厂废酸水经过多介质过滤器过滤，取滤液圆底烧瓶内，搅拌加热至50℃，缓慢加入铁粉至ph＝6，然后于90℃减压浓缩至硫酸亚铁含量为80wt％，搅拌并缓慢降温至10℃结晶，抽滤，洗涤滤饼，真空干燥得到硫酸亚铁，其中，多介质过滤器中自上而下的过滤介质为无烟煤、陶粒、石英砂、活性炭；

s2、将硫酸亚铁与水、多孔碳(多孔碳重量为硫酸亚铁重量的1wt％)混匀，搅拌2h吸附除去微量重金属离子，过滤取滤液得到溶液a；向溶液a中加入磷酸二氢锂、氢氧化锂和葡萄糖混匀，然后转移至动态水热釜内200℃反应24h，过滤，洗涤滤饼，于80℃干燥10h得磷酸铁锂，其中，多孔碳由粒径为2-15μm的多孔碳和粒径为5-15nm的多孔碳按重量比为5:1组成，铁元素、锂元素、磷元素的摩尔比为1:1:1，葡萄糖和硫酸亚铁的质量比为1:120。

取实施例2制得的磷酸铁锂100g与葡萄糖13.5g置于球磨机内，球磨混合3h，球料分离后，混合料置于氮气炉内，700℃烧结8h得到碳包覆磷酸铁锂记为lifepo4@c。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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