磷酸铁锂电池是我国新能源汽车产业发展初期的主流动力电池,具有安全性能好、循环寿命长、成本低等突出优点,一直是电动商用车、专用车和储能领域的首选电源,目前面临退役量爆发式增长、亟待回收处理的迫切需求。磷酸铁锂正极材料是磷酸铁锂电池价值最高的部件,仅含少量的锂及廉价的铁/磷,总体价值较低,目前尚无经济、有效的回收利用技术。本论文以废磷酸铁锂正极粉铁磷组分高值回收为目标,提出废磷酸铁锂正极粉磷酸法制备磷酸铁技术路线,重点开展了废正极粉磷酸浸出、浸出液络合除铝、磷酸铁沉淀等过程的应用基础和工艺优化研究。主要研究结果如下:(1)以含铝的废磷酸铁锂正极粉为原料,系统研究了酸料比、浸出温度等主要参数对废磷酸铁锂正极粉浸出过程的影响规律,考察了浸出过程宏观动力学。研究结果表明,酸料比、液固比对磷酸铁锂和铝的浸出率影响最为显著,采用阴离子型表面活性剂SDS(十二烷基硫酸钠)可有效解决废正极粉浸出过程亲水性差的难题。在酸料比1.1:1、温度20℃、液固比5:1、搅拌速度400rpm、浸出时间120min的优化条件下,磷酸铁锂浸出率大于93%,铝浸出率小于20%。废磷酸铁锂正极粉磷酸浸出过程符合无固态产物层的收缩核模型,表观活化能为24.62 kJ/mol,浸出过程受扩散控制,浸出过程动力学方程为:(?)(2)提出了废磷酸铁锂正极粉磷酸浸出液中氟化物络合除铝新方法,重点研究了以氟化钠和氢氟酸为除铝剂时,各主要工艺参数对浸出液中铝脱除效果的影响规律。通过理论计算,获得以氟化钠为除铝剂时溶液氢离子浓度和总氟浓度对除铝效果的关系式,其中总氟浓度影响更为显著,正交实验结果证实了理论分析结果;以氟化钠为除铝剂时,在反应温度50℃,溶液初始pH为1.8、氟化钠加入量为铝的6倍(物质的量之比)、反应30 min的优化条件下,除铝率可达97%以上,浸出液中铝浓度可降低到48 ppm,除铝产物为六氟铝酸钠;以氢氟酸为除铝剂时,在反应温度30℃、溶液初始pH为2,氢氟酸加入量为铝的6倍(物质的量之比)、反应20 min的优化条件下,除铝效率可达95%以上,除铝产物为六氟铝酸锂。(3)提出并建立了铁磷溶液在弱酸(pH<2)下磷酸铁直接沉淀新方法,研究了主要工艺参数对磷酸铁沉淀过程的影响规律,并考察了铝、铜、钠三种阳离子杂质对磷酸铁产品成分的影响。研究结果表明,溶液酸度、沉淀温度对磷酸铁沉淀率影响显著,溶液初始铁浓度和晶种对沉淀率影响不大,在溶液pH>0.7,沉淀温度95℃,初始铁浓度<35 g/L的优化条件下,磷酸铁沉淀率大于88%;磷酸铁中铝、铜含量与沉淀前液中的铝、铜含量呈直接关系,而磷酸铁中钠含量需使用大量水洗涤脱除。(4)提出废磷酸铁锂正极粉磷酸法制备二水磷酸铁原则流程,包括废正极粉磷酸浸出、除铝、氧化、沉淀等多个步骤,并用实际含铝的废磷酸铁锂正极粉进行了全流程验证实验,可获得铝、铁、磷三元素成分合格的二水磷酸铁产品。