[发明专利]用冶金行业富铁固废制备锂电池正极材料磷酸铁锂的方法

权利要求书

1.一种用冶金行业富铁固废制备锂电池正极材料磷酸铁锂的方法，其特征在于采用以下步骤实施：

1)原料准备：以钢铁企业的富铁危/固废为原料，经过碎磨作业处理，获得-0.074mm粒级含量≥80.0％细粒富铁物料；

2)水热络合浸出提铁：将步骤1)中获得的细粒富铁物料与设计浓度的草酸溶液，依据计算好的液固比进行添加，充分混匀后，置入恒温反应设备中，调控反应温度、反应时间，使细粒富铁物料中的铁氧化物发生水热络合反应，生成易溶于水及酸液中的Fe(C₂O₄)₃^3-，并游离于溶液中；水热络合反应结束后，对反应产物进行固液分离，经多次过滤、洗涤、净化后，得到富铁络合离子浸出液Ⅰ；

3)水热还原络合沉铁制备草酸亚铁：以步骤2)得到的富铁络合离子浸出液Ⅰ作为原料，草酸、还原Fe粉作为添加剂，控制反应温度、原料配比和反应时间，在常温常压下从溶液中析出草酸亚铁晶体；析出的草酸亚铁晶体经过固液分离后，经过真空干燥处理，得到纯度≥98.0％的高纯草酸亚铁粉末；

4)固相反应合成磷酸铁锂：以步骤3)得到的高纯草酸亚铁粉末作为合成磷酸铁锂的铁源，以碳酸锂/氢氧化锂作为锂源，以磷酸二氢铵作为磷源，以无水乙醇为介质，制备磷酸铁锂前驱体；得到磷酸铁锂前驱体后，在还原性的焙烧气氛下，采用二步固相合成法，先后在350～500℃、650～900℃两阶段不同的焙烧温度下进行保温，保温时间先后为10～20h、20～32h，最终得到符合锂电池正极材料性能要求的磷酸铁锂产品。

2.如权利要求1所述的用冶金行业富铁固废制备锂电池正极材料磷酸铁锂的方法，其特征在于：步骤1)中钢铁企业的富铁危/固废中的铁以Fe₂O₃为主，其中Fe₂O₃中的铁占原料总质量的30％以上。

3.如权利要求1所述的用冶金行业富铁固废制备锂电池正极材料磷酸铁锂的方法，其特征在于：原料中铁元素的赋存状态为Fe³⁺、Fe²⁺与Fe⁰，其中Fe³⁺含量占Fe元素总量的70％以上。

4.如权利要求1、2或3所述的用冶金行业富铁固废制备锂电池正极材料磷酸铁锂的方法，其特征在于：步骤2)中的草酸与细粒富铁物料的液固比(ml/g)为(10～40):1，草酸溶液的质量浓度为10～50％，反应温度为50～95℃，反应时间为1～5h。

5.如权利要求4所述的用冶金行业富铁固废制备锂电池正极材料磷酸铁锂的方法，其特征在于：步骤2)中的草酸与细粒富铁物料的液固比(ml/g)为(15～20):1，草酸溶液的质量浓度为20～25％，反应温度为70～85℃，反应时间为1.5～2.5h。

6.如权利要求5所述的用冶金行业富铁固废制备锂电池正极材料磷酸铁锂的方法，其特征在于：步骤3)中添加的草酸的物质量与富铁络合离子浸出液Ⅰ中Fe的物质量比为(0.5～2.5):1，还原铁粉与富铁络合离子浸出液Ⅰ中Fe的物质量比为(3～4):1，反应温度为60～90℃，搅拌速度为300～400r/min，反应时间为2～3h。

7.如权利要求6所述的用冶金行业富铁固废制备锂电池正极材料磷酸铁锂的方法，其特征在于：步骤3)中添加的草酸的物质量与富铁络合离子浸出液Ⅰ中Fe的物质量比为(1.0～2.0):1，还原铁粉与富铁络合离子浸出液Ⅰ中Fe的物质量比为(3～4):1，反应温度为75～85℃。

8.如权利要求7所述的用冶金行业富铁固废制备锂电池正极材料磷酸铁锂的方法，其特征在于：所述的真空干燥处理作业中，真空干燥温度为50～80℃，真空度为10.13～30.39kPa，干燥时间为5～20h。