[发明专利]一种利用矿山酸性废水治理固废制备电池级磷酸铁的方法

说明书

本发明公开了一种利用矿山酸性废水治理固废制备电池级磷酸铁的方法，以矿山酸性废水治理固废作为铁源，通过还原反应浸出渣中大部分铁，然后沉淀净化大部分杂质金属离子，比如铝、钛、钴、镍、铜、锌、砷等，最后经过氧化、沉淀、陈化转型制备得到满足化工行业标准的电池级磷酸铁(HG/T 4701‑2014电池用磷酸铁)。该方法不仅解决了固废减量化问题，而且实现了工业固废的高值化利用，具有良好的经济效益和环境效益。

技术领域

本发明涉及材料合成技术领域，具体涉及一种利用矿山酸性废水治理固废制备电池级磷酸铁的方法。

背景技术

新能源汽车发展之初，由于磷酸铁锂电池的理论能量密度比三元正极电池低，其在动力电池方面的应用受到一定的限值。随着比亚迪和宁德时代分别开发出“刀片”和“PCT”电池技术，将磷酸铁锂系统能量密度提升至160Wh/kg，情况大为改观，安全系数高、成本低的磷酸铁锂电池受到极大的关注。根据动力联盟最新统计数据(5月份)显示，国内动力电池产量共计13.8GWh，同比增长165.8％，其中磷酸铁锂电池产量为8.8GWh，占比63.8％，年内首次超过三元锂电池的月产量。从装车量来看，5月份国内动力电池装车量为9.8GWh，同比提升178.2％，其中磷酸铁锂电池装车4.5GWh，占比45.9％；而三元锂电池的占比下降至53％，装车量为5.2GWh。据业内人士预测，磷酸铁锂的装车量预计会在6月份超过三元锂电池，重新回到动力电池第一的位置。

在中国磷酸铁锂正极材料行业中，高温固相法以其工艺相对简单、成熟度高等优势，是目前90％以上的企业采用的主流工艺，该方法通常以铁源、磷源和锂源为原料高温烧结而成。铁源主要以草酸亚铁、氧化铁、磷酸铁为主，其中磷酸铁工艺因其使用的原材料少、不需要使用溶剂、水系混合、无氨气排放工艺成本低等优点，受到众多材料厂家青睐。不足之处是磷酸铁路线成本比较高，仅磷酸铁一项就达到原材料成本的30％以上，大幅削减磷酸铁成本是降低磷酸铁锂生产成本的关键因素之一。工业上有多种电池级磷酸铁生产工艺路线，涉及的铁源包括高纯铁粉、硫酸亚铁、硝酸铁等。专利CN 111017900A公开一种利用高纯铁粉合成电池级磷酸铁的方法，专利CN 111333047A公开一种利用钛白粉副产品硫酸亚铁合成高纯磷酸铁的方法。目前市场主要以钛白粉副产硫酸亚铁为原料生产电池级磷酸铁，但由于钛白粉企业主要集中在华东沿海、华中和西南地区，运输成本限制了其销售半径；而且大型钛白粉企业很多都投资自建磷酸铁生产项目(比如龙蟒佰利、中核钛白等)，导致市面上硫酸亚铁市场紧俏，价格上扬。相比而言，采用固体废弃物作为铁源生产电池级磷酸铁，不仅来源广泛，价格低廉，而且减少了固废排放，有利于保护环境。

在矿山开采过程中产生的酸性废水，因含有大量的重金属离子，会对水体环境、渔业、农业和人体健康产生严重危害。矿山酸性废水的治理方法多种多样，但最常用的方法是石灰中和沉淀法。据统计，全球每年产生的矿山酸性废水高达0.64-1.02亿m³，按处理1m³酸性废水产生约30kg中和固体废弃物计，每年要产生固废高达192-306万t。通常固体废弃物中含Fe 1.5-46.5％、Al 0.1-11.2％、Cu 0.001-1.48％、Zn 0.003-22.0％，若能将金属进行资源化利用，每年可回收铁2.8-142.29万t、铝0.19-34.27万t、铜0.002-4.53万t、锌0.006-67.32万t，这不仅可以缓解区域资源短缺问题，而且可以减少固废排放量，缓解矿山尾矿库压力。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种利用矿山酸性废水治理固废制备电池级磷酸铁的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用矿山酸性废水治理固废制备电池级磷酸铁的方法，包括如下步骤：

S1、还原浸出：将矿山酸性废水治理固废用稀酸进行酸化，加热后，加入还原剂进行还原浸出；

S2、沉淀净化：将步骤S1还原浸出得到的料浆加入碱溶液调节pH值至4.5-5.5，然后通过固液分离去除金属杂质离子；