[發明專利]從磷酸鐵鋰正極材料中回收鋁的方法及所得材料和應用

在審

• 申請號: 202210081430.5
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114292044A
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 李海艷;范廣新
• 申請（專利權）人: 河南鑫再生新材料科技有限公司
• 主分類號: C04B24/00
• 分類號: C04B24/00;C04B28/04;C01B33/26;C01B33/20
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

本發明提供了從磷酸鐵鋰正極材料中回收鋁的方法及所得材料和應用，屬于廢舊電池材料回收技術領域。本發明從磷酸鐵鋰正極材料中回收鋁的方法，包含如下步驟：(1)將磷酸鐵鋰正極材料進行煅燒處理，得到煅燒產物；(2)對所得煅燒產物在溶解液中進行溶解處理，得到含鋁堿性溶液；(3)將所得含鋁堿性溶液、氫氧化鈉、硅酸鈉、硝酸鈣、聚羧酸減水劑混合進行反應，得到硅鋁酸鈣/PCE納米復合材料。本申請所得硅鋁酸鈣/PCE納米復合材料和/或硅鐵酸鈣/PCE復合材料加入普通硅酸鹽水泥中，可顯著提高水泥的抗壓強度，產品可作為早強劑應用于水泥混凝土行業，如混凝土預制構件等。

技術領域

本發明涉及廢舊電池材料回收技術領域，尤其涉及從磷酸鐵鋰正極材料中回收鋁的方法及所得材料和應用。

背景技術

隨著電動汽車行業對鋰電池的需求量不斷增大，每年廢棄的鋰離子電池也隨之而來，亟待回收處理的磷酸鐵鋰電池占比70％以上，從而備受關注。目前，廢舊磷酸鐵鋰電池的回收方法分為：火法回收、濕法回收、高溫固相修復技術和生物浸出技術等。其中，應用最為廣泛的是濕法回收工藝。金屬富集過程中，一般會采用酸對電池廢料進行浸出，其浸出液中幾乎都含有一定量的鋁離子(主要由于電池的拆解、粉碎引入)，而制作電池材料的原料其純度要求很高，因此，為了能夠有效地提取廢舊磷酸鐵鋰電池中的鋰、鐵、磷等元素，合成純度高的磷酸鐵鋰正極材料，必須考慮分離鋁并將其回收利用。

目前，廢舊鋰電池正極材料的深度除鋁方法主要包括萃取法、水解沉淀法等。采用萃取法除鋁有兩種思路，一種是萃取鎳鈷錳等主金屬而鋁留在水相，達到除鋁的效果。對于磷酸鐵鋰電池，由于鐵和鋁的性質很相似，很難在萃取鐵的時候把鋁留在水相。另一種是采用鋁萃取劑提取鋁，再回收萃取劑中的鎳鈷錳。萃取劑在萃取鋁的同時也會萃取Fe³⁺、Zn²⁺、Ca²⁺等雜質金屬，因此萃取的Al³⁺無法進行回收利用。此外，萃取法的成本較高，對有機萃取劑的選擇性要求高，并存在環境污染等問題。

水解沉淀法是利用鋁的兩性，在酸浸之前采用堿浸法除鋁并將其沉淀生成氫氧化鋁的過程。譚群英、程潔紅等以OH^--NH₃為配合劑，OH^--CO₃^2-為沉淀劑，構建Me-OH-NH₃-CO₃^2-配合－沉淀體系對含鋁溶液進行試驗。該體系可以實現鋁和鎳鈷錳的分離，并且生成的氫氧化鋁容易過濾。該工藝簡單，成本較低，但鎳、鈷損失率較大，難以回收純度較高的鋁，并且產生的渣量大，處理困難。

對于廢舊磷酸鐵鋰正極材料，鐵和鋁的元素性質非常相近，如何在除鋁的同時減少鐵的損失，并將除鋁廢液進行有效利用是回收廢舊磷酸鐵鋰正極材料的一個難點。

發明內容

本發明的目的在于提供從磷酸鐵鋰正極材料中回收鋁的方法及所得材料和應用，在除掉磷酸鐵鋰正極廢料中的鋁的同時，對除鋁廢液進行有效利用。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了從磷酸鐵鋰正極材料中回收鋁的方法，包含如下步驟：

(1)將磷酸鐵鋰正極材料進行煅燒處理，得到煅燒產物；

(2)對所得煅燒產物在溶解液中進行溶解處理，得到含鋁堿性溶液；

(3)將所得含鋁堿性溶液、氫氧化鈉、硅酸鈉、硝酸鈣、聚羧酸減水劑混合進行反應，得到硅鋁酸鈣/PCE納米復合材料。

優選的，所述煅燒處理的溫度為450～1000℃，升溫至煅燒處理溫度的升溫速率為0.5～30℃/min，煅燒處理的時間為1～10h。

優選的，所述溶解液為堿溶液；

所述堿溶液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液、石灰水、氨水和乙二胺溶液中的一種或幾種的混合；