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電池材料再資源化と鉄鋼脱リン効率化に向けた熱力学～リン酸の安定性は制御可能か？

回收电池材料和提高钢铁脱磷效率的热力学——能否控制磷酸的稳定性？

基本信息

批准号：
21K04737
负责人：
長谷川将克
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04737/
关键词：
リン酸電池材料再資源化鉄鋼プロセス

项目摘要

リンは鉄鋼の不純物として除去される一方、肥料や電池材料として再資源化が期待される元素である。鉄鋼精錬スラグは塩基性酸化物-酸性酸化物-FeO系であるが、リチウムイオン電池正極材料LiFePO4も同様の塩基性酸化物Li2O-酸性酸化物P2O5-FeO系と言える。リン酸の分離と安定化の制御を目的に、テーマ1「電池材料リサイクルに向けたリン酸の分離」、テーマ2「LiFePO4リサイクルに係る熱力学データベースの構築」、テーマ3「精錬スラグ中のリン酸の安定化」、テーマ4「リン酸を含有する酸化物相の溶体モデルの構築」に取り組んでいる。テーマ1では、LiFePO4に添加物を混合して加熱し、生成物を水に溶解してLiの回収率を測定・比較した。LiFePO4にK2CO3とCをモル比1:1:1で添加してAr雰囲気で1173Kに加熱すると、Feを還元分離できた。生成物はリン酸塩(K,Li)3PO4と考えられ、水への溶解度を考慮すると、Li回収率は59%まで向上した（前年度最高値は24%）。テーマ2はLi回収反応の解析に必要な熱力学データの測定を目的とする。液体合金としてSn-P系を考え、P2O5活量が既知の酸化物相と共存させてPの活量係数を求めた。テーマ3では、Ca2SiO4-Ca3P2O8固溶体中のFeO活量を測定した（前年度はP2O5活量）。H2/H2O分圧比が一定の条件下で酸化物相と液体Cu-Fe合金を平衡させ、合金中のFe濃度からFeO活量を算出した。CaSiO3と共存する固溶体へのFeO溶解度は大きいが、活量はCaO共存時より大きく低下した。テーマ4では、FeOが溶解したCa2SiO4-Ca3P2O8固溶体に対する溶体モデルを作成した。(SiO4)4-と(PO4)3-のアニオン同士、Ca2+とFe2+のカチオン同士が置換し合うと考え、本モデルによりテーマ3の測定値を再現できた。

Iron and steel impurities are removed, fertilizer and battery materials are expected to be recycled. Iron and steel refining is a basic acid-acid acid-FeO system. Battery electrode material LiFePO4 is a similar basic acid-acid Li2O-acid acid-FeO system. For the purpose of separation and stabilization of hydrochloric acid, please refer to Section 1 "Separation of hydrochloric acid from battery material", Section 2 "Construction of thermodynamic model of LiFePO4 system", Section 3 "Stabilization of hydrochloric acid in refined solution", Section 4 "Construction of solution of acidic phase containing hydrochloric acid". LiFePO4 additives were mixed and the recovery rate of the products was measured. LiFePO4: K2CO3: C = 1:1: The product is acid (K,Li)3PO4. Considering the solubility of water, Li recovery rate is 59%(the highest in the previous year is 24%). The analysis of Li's reaction is necessary for the determination of Li's reaction. The activity of P2O5 in liquid alloys is determined by the activity coefficient of P2O5 in Sn-P system. Determination of FeO activity in Ca2SiO4-Ca3P2O8 solid solution (P2O5 activity in previous year) Under certain conditions of H2/H2O partial pressure ratio, acid phase and liquid Cu-Fe alloy are balanced, Fe concentration and FeO activity in alloy are calculated. The solubility of FeO in CaSiO3 and CaO is higher than that in CaSiO3 and CaO. Ca2SiO4-Ca3P2O8 solid solution solution (SiO4)4-(PO4)3-