本發(fā)明涉及鋼鐵行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展技術(shù)以及新能源材料，具體涉及一種以鋼渣產(chǎn)物磷化亞鐵為原料制備磷酸鐵鋰的方法及產(chǎn)物。
背景技術(shù)：
1、近年來(lái)，隨著新能源汽車(chē)等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，作為不使用鈷、鎳等稀有金屬的正極材料，磷酸鐵鋰(lifepo4)被廣泛應(yīng)用于新一代鋰離子電池。
2、此外，傳統(tǒng)磷酸鐵鋰的制備以高品位磷礦石為原料，生產(chǎn)流程長(zhǎng)，能耗大，高品位磷礦石的枯竭也進(jìn)一步增加了磷酸鐵鋰供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有磷酸鐵鋰生產(chǎn)工藝存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種以磷化亞鐵為原料制備磷酸鐵鋰的方法及產(chǎn)物，首先以鋼渣和磷尾礦為原料，通過(guò)控制混合料比例，調(diào)整煅燒時(shí)間和溫度，利用一次碳熱還原法結(jié)合多級(jí)濕式磁選法直接制備高純度磷化亞鐵，再以所制備的磷化亞鐵為原料，通過(guò)酸性浸出與火法還原法相結(jié)合的方式制備磷酸鐵鋰，該工藝流程短，且能耗低，采用鋼渣回收產(chǎn)物進(jìn)行磷酸鐵鋰材料制備，實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)和新能源行業(yè)的雙向綠色發(fā)展。
2、根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的第一方面，提供一種以磷化亞鐵為原料制備磷酸鐵鋰的方法，包括如下步驟：
3、s1：以鋼渣和磷尾礦為原料制備磷化亞鐵，使用硝酸對(duì)所述磷化亞鐵進(jìn)行浸出，浸出控制ph＝2.5～3，浸出時(shí)間2～5h；在浸出液中加入磷酸，磷酸加入量控制在加入后溶液中fe/p＝0.6～0.8摩爾比；
4、s2：將s1得到的浸出液過(guò)濾，并將濾除沉淀物在空氣氣氛中進(jìn)行700～900℃焙燒10～12h；
5、s3：將s2得到的焙燒產(chǎn)物與氫氧化鋰以及葡萄糖進(jìn)行混合，按照f(shuō)epo4:lioh·h2o:c6h12o6的摩爾比為1:1.06:0.18～0.21的比例進(jìn)行混合；
6、s4：將s3中混合的原料壓制成塊，并在惰性氣氛下進(jìn)行700℃焙燒10小時(shí)，由此得到磷酸鐵鋰。
7、作為本發(fā)明所述的一種以鋼渣和磷尾礦為原料制備磷化亞鐵的方法的優(yōu)選方案，其中：所述步驟s1中，所述磷化亞鐵的制備方法如下：
8、s11、將鋼渣和磷尾礦、還原劑進(jìn)行混合得到混合料；
9、s12、將所述混合料壓制成型后在惰性氣體氣氛下進(jìn)行煅燒，煅燒溫度為1200～1300℃，煅燒時(shí)間為4～6h；
10、s13、將s12得到產(chǎn)物冷卻到室溫，經(jīng)破碎、磁選后得到磷化亞鐵。
11、作為本發(fā)明所述的一種以鋼渣和磷尾礦為原料制備磷化亞鐵的方法的優(yōu)選方案，其中：所述步驟s11中，所述鋼渣的化學(xué)組成為：41.34wt％cao，30.8wt％tfe，13.45wt％sio2，4.88wt％mgo，2.23wt％p2o5，2.58wt％al2o3，2.84wt％mno，0.59wt％tio2和0.78wt％其他。
12、作為本發(fā)明所述的一種以鋼渣和磷尾礦為原料制備磷化亞鐵的方法的優(yōu)選方案，其中：所述步驟s11中，所述磷尾礦的化學(xué)組成為：35.45wt％cao，1.01wt％tfe，30.67wt％sio2，13.78wt％mgo，8.97wt％p2o5，1.36wt％al2o3，4.89wt％c，0.51wt％f，1.52wt％so3和1.84wt％其他。
13、作為本發(fā)明所述的一種以鋼渣和磷尾礦為原料制備磷化亞鐵的方法的優(yōu)選方案，其中：所述步驟s11中，鋼渣和磷尾礦混合前分別進(jìn)行破碎至0.074mm以下。
14、作為本發(fā)明所述的一種以鋼渣和磷尾礦為原料制備磷化亞鐵的方法的優(yōu)選方案，其中：所述步驟s11中，所述鋼渣和磷尾礦、還原劑的按照f(shuō)e:p:c的摩爾比為1:1:4的比例進(jìn)行混合。
15、作為本發(fā)明所述的一種以鋼渣和磷尾礦為原料制備磷化亞鐵的方法的優(yōu)選方案，其中：所述步驟s11中，所述還原劑為碳質(zhì)還原劑；
16、其中，所述碳質(zhì)還原劑為粉末狀的石墨或活性炭，其粒度10～74μm。
17、作為本發(fā)明所述的一種以鋼渣和磷尾礦為原料制備磷化亞鐵的方法的優(yōu)選方案，其中：所述步驟s12中，混合料壓制成型后的塊體為圓柱狀、塊狀或球狀；
18、其中，圓柱狀塊體的截面直徑為6～10mm，球狀塊體的最大直徑為6～10mm，塊狀塊體的邊長(zhǎng)的最大尺寸為6～10mm。
19、作為本發(fā)明所述的一種以鋼渣和磷尾礦為原料制備磷化亞鐵的方法的優(yōu)選方案，其中：所述步驟s12中，惰性氣體為氬氣。
20、作為本發(fā)明所述的一種以鋼渣和磷尾礦為原料制備磷化亞鐵的方法的優(yōu)選方案，其中：所述步驟s12中，煅燒溫度為1300℃，煅燒時(shí)間為5h。
21、作為本發(fā)明所述的一種以鋼渣和磷尾礦為原料制備磷化亞鐵的方法的優(yōu)選方案，其中：所述步驟s13中，磁選法選用多級(jí)濕式磁選法，磁選強(qiáng)度為100mt，單次磁選時(shí)間為1min，磁選次數(shù)5次。
22、作為本發(fā)明所述的一種以鋼渣和磷尾礦為原料制備磷化亞鐵的方法的優(yōu)選方案，其中：所述s1中，所述硝酸的濃度為1mol/l，所述磷酸的濃度為1mol/l。
23、作為本發(fā)明所述的一種以鋼渣和磷尾礦為原料制備磷化亞鐵的方法的優(yōu)選方案，其中：所述s2中焙燒溫度為700℃，焙燒時(shí)間為10小時(shí)。
24、作為本發(fā)明所述的一種以鋼渣和磷尾礦為原料制備磷化亞鐵的方法的優(yōu)選方案，其中：所述s4中焙燒溫度為700℃，焙燒時(shí)間為10小時(shí)。
25、根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的第二方面，提供一種磷酸鐵鋰，所述磷酸鐵鋰采用根據(jù)以上任一方面所述的方法制備獲得。
26、本發(fā)明的有益效果如下：
27、(1)本發(fā)明以鋼渣和磷尾礦為原料，通過(guò)控制混合料比例，調(diào)整煅燒時(shí)間和溫度，利用一次碳熱還原法結(jié)合多級(jí)濕式磁選法直接制備純度超85％的磷化亞鐵；
28、(2)本發(fā)明利用以上工藝獲得的高純度磷化亞鐵為原料，采用酸性浸出與火法還原法相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)制備磷酸鐵鋰，產(chǎn)物晶體結(jié)構(gòu)不含缺陷，具有作為電極材料的結(jié)構(gòu)特征。其間以磷酸鐵作為中間產(chǎn)物，通過(guò)酸浸與共沉淀的方法得到不含雜質(zhì)相的磷酸鐵材料，使得制備得到的磷酸鐵鋰可用于鋰離子電池的制備。
1.一種以磷化亞鐵為原料制備磷酸鐵鋰的方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟s1中，所述磷化亞鐵的制備方法如下：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟s11中，所述鋼渣的化學(xué)組成為：41.34wt％cao，30.8wt％tfe，13.45wt％sio2，4.88wt％mgo，2.23wt％p2o5，2.58wt％al2o3，2.84wt％mno，0.59wt％tio2和0.78wt％其他；所述磷尾礦的化學(xué)組成為：35.45wt％cao，1.01wt％tfe，30.67wt％sio2，13.78wt％mgo，8.97wt％p2o5，1.36wt％al2o3，4.89wt％c，0.51wt％f，1.52wt％so3和1.84wt％其他。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟s11中，所述鋼渣和磷尾礦、還原劑的按照f(shuō)e:p:c的摩爾比為1:1:4的比例進(jìn)行混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟s11中，所述還原劑為碳質(zhì)還原劑；
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟s12中，煅燒溫度為1300℃，煅燒時(shí)間為5h。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟s13中，磁選法選用多級(jí)濕式磁選法，磁選強(qiáng)度為100mt，單次磁選時(shí)間為1min，磁選次數(shù)5次。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述s1中，所述硝酸的濃度為1mol/l，所述磷酸的濃度為1mol/l。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述s2中焙燒溫度為700℃，焙燒時(shí)間為10小時(shí)；所述s4中焙燒溫度為700℃，焙燒時(shí)間為10小時(shí)。
10.一種磷酸鐵鋰，所述磷酸鐵鋰采用根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法制備獲得。