[发明专利]一种高纯度多金属元素固体混合盐及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于化工原料制造和废旧资源循环利用领域，具体涉及利用废旧二次锂电池为原料来制备用于二次锂电池多元正极材料及其前躯体材料的的高纯度多金属元素混合盐。

背景技术

二次电锂池从90年代开始应用至今已20年，在这20年中，二次锂电池在手机、相机、微型播放器、电脑、蓝牙耳机等便携式电子电器中得到了广泛应用，二次锂电池的产量逐年告诉递增，如今年产量已经达到30亿只，同时，锂离子电池正极材料也由原来的钴酸锂发展到含镍、钴、锰元素的混合正极材料；并且以后随着锂离子电池应用到汽车和储能上，其量将要翻几十倍甚至更多，这样就需要面对一个现实问题：大量的废旧锂离子电池如何回收利用。目前，回收废旧锂离子电池中的镍、钴、锰工艺存在场地需求大、能耗高等特点，造成整套工艺方案效率低、成本高，经济效益不显著，产业化价值不大。

发明内容

为克服上述技术缺陷，本发明公开了一种高纯度多金属元素固体混合盐，以及这种固体混合盐的制备方法，该方法回收效率高、能耗低、产量大。

本发明公开了一种高纯度多金属元素固体混合盐，所述固体混合盐是以废旧二次锂电池为原料制备而成，固体混合盐中的钙、镁、铜、锌、铁、铝、铅、隔、铬杂质含量均小于10ppm。

所述固体混合盐中的主要金属元素为镍、钴、锰中的任意两种或三种。

所述固体混合盐为硫酸盐或氯化盐或两者混合盐。

本发明还公开了上述固体混合盐的制备方法，包括以下步骤：

(1)电池预处理，将电池拆解去壳，挑出正极片，将正极片破碎成粉料；

(2)用氢氧化钠溶液将粉料中铝溶解除去；

(3)用酸溶解已除铝的粉料，制备成多金属元素盐溶液；

(4)用氟盐除去钙、镁杂质，然后采用萃取法除去杂质，再用萃取剂对主要金属元素离子进行全萃，对全萃液用酸进行反萃；

(5)用活性碳吸附脱除反萃液中的有机杂质；

(6)同步可控浓缩结晶，制得高纯度多金属元素固体混合盐。

所述步骤(1)中，正极片正极材料可以是含钴、镍、锰三种物质一种、两种、或三种混合物，如果是含钴则可制得高纯钴盐，含镍、锰高则可制得镍、锰高纯混合盐，依次类推。正极片主要组成为：

本发明中正极片经粉碎机粉碎成能过100目筛的粉料，再在500-700℃煅烧3-5小时，除去黏结剂和乙炔黑。

所述步骤(2)中，采用氢氧化钠除铝，氢氧化钠开始浓度在2-3摩尔/升，逐次加入已烧结好的粉料，当氢氧化钠浓度降到0.2-0.4摩尔每升时，粉料不再加入，反应1-5小时后，粉料中的铝含量低于0.01％，整个除铝温度控制在40-70℃之间，搅拌保证物料悬浮在溶液中。除铝后对粉料进行过滤和洗涤，可得到含铝量很低的粉料。

在所述步骤(3)中，所述酸是硫酸或盐酸。在所述步骤(3)中还可添加氧化或还原性物质，所述氧化或还原性物质为硝酸、双氧水、亚硫酸钠其中一种或多种混合物。本发明优先采用硫酸溶出，加双氧水作还原剂，硫酸的浓度为2-3摩尔/升，溶出温度90℃左右，溶出时间3-5小时，搅拌速度80-90转，金属溶出率可达99.5％以上。

步骤(4)中，利用氟化物除去酸溶出的溶液中钙、镁杂质，可优先选用氟化钠，其用量为理论用量的8-12倍，控制温度80-95℃，时间3-8小时，除杂后，溶液中钙、镁含量小于20毫克/升。