矿冶工程杂志

Fe	P	Cu	Mn	Al	Ca	Na	Mg
23.45	11.25	0.2	0.125	0.68	1.28	0.47	0.059

Fe	P	Cu	Mn	Al	Ca	Na	Mg
23.45	11.25	0.2	0.125	0.68	1.28	0.47	0.059

循环级数	浸出率/%
1	55.18	56.14	34.52	23.70	40.76	22.41	0.45	0.53
2	8.62	8.30	15.00	19.89	19.34	15.12	0.62	0.67
3	4.84	2.90	10.61	16.82	4.08	13.56	0.59	0.70
4	2.17	0.99	5.44	7.62	3.67	13.19	0.58	0.62
合计	70.81	68.33	65.57	68.03	67.85	64.28	2.24	2.52

循环级数	浸出率/%
1	55.18	56.14	34.52	23.70	40.76	22.41	0.45	0.53
2	8.62	8.30	15.00	19.89	19.34	15.12	0.62	0.67
3	4.84	2.90	10.61	16.82	4.08	13.56	0.59	0.70
4	2.17	0.99	5.44	7.62	3.67	13.19	0.58	0.62
合计	70.81	68.33	65.57	68.03	67.85	64.28	2.24	2.52

废旧电池提锂磷铁尾渣浸出过程杂质元素溶解规律研究

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宋传京 , 雷炳宏 , 杨文博 , 孙大力

矿冶工程杂志 | 材料 2025,45(5): 198-201

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矿冶工程杂志 | 材料 2025, 45(5): 198-201

废旧电池提锂磷铁尾渣浸出过程杂质元素溶解规律研究

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宋传京, 雷炳宏, 杨文博, 孙大力

作者信息

深圳星河环境股份有限公司，广东　深圳　440303

宋传京（1982—），男，广西浦北人，硕士，高级工程师，主要从事固废资源利用研究。E-mail：songchuanjing@starivere.com.cn

Dissolution of Elemental Impurities During Leaching of Phosphorus-Iron Waste After Lithium Extraction from Spent Batteries

Chuanjing SONG, Binghong LEI, Wenbo YANG, Dali SUN

Affiliations

Shenzhen Stariver Environmental Co, Ltd, Shenzhen 440303, Guangdong, China

出版时间: 2025-10-01 doi: 10.3969/j.issn.0253-6099.2025.05.035

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摘要

收起

以废旧磷酸铁锂电池正极粉提锂后的磷铁尾渣为原料，以硫酸为浸出剂，选择性浸出去除杂质。结果表明，在硫酸浓度0.32 mol/L、液固比5 mL/g、浸出温度80 ℃、浸出时间2 h条件下，通过4级循环浸出，杂质元素铜、锰、铝、钙、钠、镁总浸出率分别达到70.81%、68.33%、65.57%、68.03%、67.85%、64.28%，磷、铁总浸出率分别为2.52%、2.24%，磷铁尾渣中的主要杂质元素被有效浸出，磷、铁元素则保留下来以进行后续资源利用。

关键词

废旧磷酸铁锂电池 / 磷铁尾渣 / 选择性浸出 / 杂质元素 / 除杂

Abstract

收起

For phosphorus-iron waste left after lithium extraction from cathode powder of spent lithium iron phosphate (LFP) batteries, a selective leaching with sulfuric acid was adopted to remove impurities therein. The results indicate that after a 4-stage leaching at 80 ℃ for 2 h, with a sulfuric acid at a concentration of 0.32 mol/L and a liquid-to-solid ratio of 5 mL/g, the total leaching rates of elemental impurities, including Cu, Mn, Al, Ca, Na and Mg reach 70.81%, 68.33%, 65.57%, 68.03%, 67.85% and 64.28%, respectively, and the total leaching rates of P and Fe are only 2.52% and 2.24%, respectively. It is concluded that the main elemental impurities can be effectively leached out from such phosphorus-iron waste, with elements of P and Fe left for subsequent resource utilization.

Key words

spent lithium iron phosphate battery / phosphorus-iron waste / selective leaching / elemental impurity / impurity removal

引用本文

宋传京, 雷炳宏, 杨文博, 孙大力. 废旧电池提锂磷铁尾渣浸出过程杂质元素溶解规律研究. 矿冶工程杂志, 2025 , 45 (5) : 198 -201 . DOI: 10.3969/j.issn.0253-6099.2025.05.035

Chuanjing SONG, Binghong LEI, Wenbo YANG, Dali SUN. Dissolution of Elemental Impurities During Leaching of Phosphorus-Iron Waste After Lithium Extraction from Spent Batteries[J]. Mining and Metallurgical Engineering, 2025 , 45 (5) : 198 -201 . DOI: 10.3969/j.issn.0253-6099.2025.05.035

正文

收起

随着全球能源转型升级，为实现“双碳”目标和经济可持续发展，新能源汽车产业快速增长，随之产生了大量退役动力电池^[1-3]。磷酸铁锂电池热安全性较好，市场占比较高，广泛应用于多种车型，但长期使用后性能会下降，继续使用可能会产生安全隐患，必须报废处理。磷酸铁锂废旧电池将成为未来报废电池的主要来源^[4-7]。现有研究多聚焦于从废旧磷酸铁锂电池中回收锂元素^[8-9]，由此产生的磷铁尾渣因杂质元素种类多，没有得到有效利用^[10-11]。开发高效简便、成本低的除杂工艺，对磷铁尾渣的回收具有重大意义。现有磷铁尾渣处理工艺多为高浓度无机酸浸出^[12-13]，在高效浸出磷、铁的同时也会溶出其余杂质元素，造成酸耗大、除杂成本高等问题^[14-15]。本文提出多级循环选择性浸出除杂工艺，可为磷铁尾渣的高效回收处理提供参考。

1　实验

收起

1.1　实验材料

实验原料为某电池回收企业提锂后的磷铁尾渣，经球磨、干燥处理后，进行了干基磷铁尾渣化学成分分析，结果见表1。

实验试剂为分析纯硫酸（98%）。实验用水为去离子水。实验仪器包括集热式恒温加热水浴锅、真空抽滤机、pH计等。

1.2　实验原理及方法

磷铁尾渣中的磷和铁主要赋存于磷酸铁（FePO₄）中，基于金属杂质与FePO₄在无机酸/有机酸中存在浸出动力学差异，采用多级循环选择性浸出除杂工艺处理磷铁尾渣，使杂质元素进入液相、磷酸铁基本保留在固相，从而达到金属杂质与磷铁组分高效分离的目的。通过低浓度的酸浸可将大部分金属杂质转移至酸浸液中，同时较低浓度的酸性体系一定程度上可以抑制FePO₄的溶出。

浸出实验在集热式恒温加热水浴锅中进行，每次称取50 g磷铁尾渣，根据不同设定条件，向烧杯中加入适量硫酸和去离子水，待溶液达到设定温度，调整搅拌速度，然后向烧杯中快速加入磷铁尾渣，达到设定的浸出时间后，用真空抽滤机进行固液分离，采用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）分析浸出液中各元素浓度，并计算浸出率。

2　实验结果与讨论

收起

2.1　硫酸浓度对浸出效果的影响

浸出温度80 ℃、液固比5 mL/g、浸出时间2 h条件下，硫酸浓度对各元素浸出率的影响如图1所示。随着酸度提高（pH值降低），杂质元素及磷、铁浸出率呈上升趋势。pH值0.5时，磷、铁浸出率分别为0.53%、0.45%，而杂质元素浸出率较高；pH值0时，磷、铁浸出率分别为2.16%、2.32%。酸度增强，H⁺浓度升高，会促进FePO₄分解，增加磷、铁损失。适宜的pH值为0.5，此时硫酸浓度为0.32 mol/L。

2.2　液固比对杂质元素及磷、铁浸出率的影响

硫酸浓度0.32 mol/L，其他条件不变，液固比对各元素浸出率的影响如图2所示。提高液固比，有利于杂质溶出。液固比5 mL/g时，杂质元素铜、钠、铝、钙、镁浸出率趋于稳定，元素锰、磷、铁浸出率依然增加；液固比6 mL/g时，磷、铁浸出率分别为0.93%、0.83%。继续增大液固比，不仅硫酸消耗量增加，也会使磷、铁损失加大。综合考虑，选择液固比5 mL/g。

2.3　浸出温度对杂质元素及磷、铁浸出率的影响

液固比5 mL/g，其他条件不变，浸出温度对各元素浸出率的影响如图3所示。反应温度90 ℃时，由于温度较高，分子反应活性大，反应速率加快，铜、锰、铝、钙、钠、镁浸出率分别为57.35%、58.93%、37.25%、26.75%、43.87%、25.34%，磷、铁浸出率分别为0.67%、0.56%。但过高的反应温度会增加反应能耗，同时不利于后续磷、铁的回收。综合考虑，确定浸出温度为80 ℃。

2.4　浸出时间对杂质元素及磷、铁浸出率的影响

浸出温度80 ℃，其他条件不变，浸出时间对各元素浸出率的影响如图4所示。随着浸出时间延长，杂质浸出率先逐渐增加后趋于稳定，磷、铁浸出率缓慢增加。反应时间2 h时，铜、锰、铝、钙、钠、镁浸出率分别为55.18%、56.14%、34.52%、23.7%、40.76%、22.41%，磷、铁浸出率分别为0.53%、0.45%。延长反应时间虽然能提高传质效率，但会增加能耗与时间成本，适宜的浸出时间为2 h。

2.5　多级循环浸出

通过单因素实验，确定优化条件为：硫酸浓度0.32 mol/L、液固比5 mL/g、浸出温度80 ℃、浸出时间2 h，此条件下杂质元素铜、锰、铝、钙、钠、镁浸出率分别为55.18%、56.14%、34.52%、23.7%、40.76%、22.41%，磷、铁浸出率分别为0.53%、0.45%。

进一步开展多级循环浸出实验，结果见表2。随着循环级数增加，杂质总浸出率逐步提高，但每级溶出量递减；第4级循环浸出时，杂质元素铜、锰、铝、钙、钠、镁浸出率分别为2.17%、0.99%、5.44%、7.62%、3.67%、13.19%，磷、铁浸出率分别为0.62%、0.58%；经4级循环浸出后，杂质元素铜、锰、铝、钙、钠、镁总浸出率分别为70.81%、68.33%、65.57%、68.03%、67.85%、64.28%，磷、铁总浸出率分别为2.52%、2.24%。

3　结论

收起

1）采用硫酸浸出提锂磷铁尾渣，选择性去除杂质，优化后的浸出工艺条件为：硫酸浓度0.32 mol/L、液固比5 mL/g、浸出温度80 ℃、浸出时间2 h。在此条件下磷铁尾渣中杂质元素铜、锰、铝、钙、钠、镁浸出率分别为55.18%、56.14%、34.52%、23.7%、40.76%、22.41%，磷、铁浸出率分别为0.53%、0.45%。

2）对磷铁尾渣进行4级循环浸出，随着循环浸出级数增加，杂质元素及磷、铁总浸出率提高，但各级元素浸出率逐渐降低；第4级循环浸出时，杂质元素铜、锰、铝、钙、钠、镁浸出率分别为2.17%、0.99%、5.44%、7.62%、3.67%、13.19%，磷、铁浸出率分别为0.62%、0.58%。

3）磷铁尾渣经过4级循环浸出，优化条件下的杂质元素铜、锰、铝、钙、钠、镁总浸出率分别为70.81%、68.33%、65.57%、68.03%、67.85%、64.28%，磷、铁总浸出率分别为2.52%、2.24%，说明多级浸出可有效浸出磷铁尾渣中的主要杂质元素，并减少磷、铁的损失，提高磷铁尾渣资源利用率。

参考文献

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文献

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2025年第45卷第5期

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doi: 10.3969/j.issn.0253-6099.2025.05.035

接收时间：2025-03-15
首发时间：2026-03-18
出版时间：2025-10-01

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收稿日期：2025-03-15

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深圳星河环境股份有限公司，广东　深圳　440303

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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