我国每年因为生产硫酸而产生了大量的硫铁矿烧渣,对生态环境产生了很大的影响。铁元素在硫铁矿烧渣中占有很大的比重,经过简单处理,全铁含量可以达到60%以上,因此硫铁矿烧渣可以作为一种二次资源加以利用。随着全球化石能源的枯竭,锂离子电池有望成为新的储能材料,而且LiFePO4被认为是动力与储能锂离子电池的关键正极材料。如果以硫铁矿烧渣为铁源合成LiFePO4,将极大的降低LiFePO4的成本,进而推动其在动力与储能领域的大规模应用。因此,本课题采用河南灵宝金源矿业有限公司的硫铁矿烧渣为主要原材料,通过湿法冶金工艺合成高纯FeSO4溶液,然后采用水热工艺合成纳米LiFePO4,其成果具有极大的社会经济效益。首先通过湿法冶金工艺提纯硫铁矿渣中的铁元素。研究矿渣的还原焙烧工艺,对还原剂种类、用量、焙烧温度和时间等工艺参数进行优化。研究矿渣的酸浸工艺,对硫酸过量系数、酸浸时间等工艺参数进行优化。优化工艺参数为:还原剂(蔗糖)用量为10%,还原焙烧温度为800℃,还原焙烧时间为20min,酸浸温度:70℃~80℃;硫酸浓度30%,酸浸时间:20min,铁元素浸出率可达90%以上。设计铁浸出液的除杂工艺为:溶解→氨反应→沉淀,对沉淀剂、絮凝剂用量等工艺参数进行优化。优化工艺参数为:使用氨水为沉淀剂,中性聚丙烯酰胺为絮凝剂(0.1%),温度80℃,在此条件下,酸浸液中的杂质基本被有效的除掉,制备出高纯FeSO4溶液。研究基于Li2CO3的水热工艺合成LiFePO4,解决传统水热工艺原料成本高的缺点,水热前驱体分别为FeSO4、Li2CO3和H3PO4,水热废液中的残余锂以碳酸锂形式回收。通过在前驱体溶液中引入硫酸,解决前驱体溶液均匀性难题。研究发现水热合成磷酸铁锂结晶性好,颗粒的尺寸随硫酸含量的增加而增大,并具有优良的电化学性能,0.1C放电容量为154.1mAh/g,循环50圈以后放电容量仍然可达142.5mAh/g,库伦效率在98%以上。