[发明专利]一种生物淋滤浸提废旧电池中有价金属离子的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物淋滤浸提废旧电池中有价金属离子的方法，具体地说，涉及一种利用生物淋滤技术在高固液比条件下高效浸提废旧锌锰电池中的锌锰离子、锂离子电池中的锂钴离子以及镍氢电池中的镍钴离子的方法，属于废旧电池无害化和资源化处理技术领域。

背景技术

当前电池的使用正以前所未有的速度深入到社会生活的各个方面，从便携式家电电池到大功率动力电池，从消费性使用电池到工业性使用电池，从纽扣形电池到圆柱形电池，从一次电池到二次电池；据统计，世界电池的产量和用量分别以每年20％和10％以上的速度增长。我国是世界上最大的电池生产国和消费国，2009年我国电池产量超过400亿只，占世界总产量50％以上；电池消费约235亿只，接近世界总用量的30％。作为含高浓度锌、锰、镍、铅、钴、镉、汞等多种金属的集合体，废旧电池的产生及随意排放已成为重金属污染的主要来源之一，对受纳环境和人体健康构成巨大威胁。另一方面，电池中这些金属离子的含量通常都很高，而且由于消耗量的不断增加它们的价格也持续上升，因此废旧电池的随意处置同时也造成了资源的巨大浪费。综上所述，对废旧电池中的有毒和有价金属离子进行浸提和回收，不但是环境保护的需要而且是资源再生的需要，具有双重的价值和效益。

目前废旧电池的处理处置技术主要有火法冶金和湿法冶金。湿法冶金是基于金属及离子易于酸溶的原理，酸解浸出并通过不同工艺分离纯化，该法具有投资小、成本低、工艺灵活的特点，但流程长、效率低、存在二次污染。火法冶金是在高温下使电池中的金属及其化合物氧化、还原、分解、挥发和冷凝以达到不同组分分离的目的；该法具有金属回收效率高，二次污染小的特点，但投资大、费用高、技术要求苛刻。虽然我国一些科研单位如清华大学、北京科技大学、中南工业大学、上海交通大学等针对其缺点开发了适合中国国情的火法冶金和湿法冶金的改进方法，但这些改进方法仍然具有传统火法冶金和湿法冶金流程长、能耗大、操作复杂、材质要求严以及运行费用高的特点，因此经济效益并不显著。

生物淋滤是利用自然界中特定微生物的直接作用或其代谢产物的间接作用，将固相中某些不溶性成分分离浸提的一种技术。与需要大量耗酸的湿法冶金工艺相比，生物淋滤具有耗酸量少、处理成本低、重金属溶出高、常温常压操作、安全环保、绿色工艺等优点而表现出良好的应用前景。这一技术目前已广泛用于世界范围的低品矿石冶炼、重金属污染土壤修复、剩余污泥重金属脱除、有害飞灰脱毒、废催化剂贵重金属回收等许多方面。中南大学在紫金矿业已建立生产性的生物冶金(生物淋滤)示范工程用于低品黄铜矿中铜的浸提，南京农业大学正建立用于城市污泥重金属脱除的生产性生物淋滤示范工程，展示了生物淋滤技术卓越的应用潜力。

近年来应用生物淋滤技术浸提回收废旧电池中的有价金属离子也受到研究者的广泛关注。研究表明，生物淋滤对于废旧锌锰电池中的锌锰离子、锂离子电池中的锂钴离子、镍氢电池中的镍钴离子和镍镉电池中的镍镉离子都具有很好的溶释效能，浸提率超过80％。但由于溶出的有毒金属离子有可能对淋滤菌株产生毒性作用；而且废旧电池中其他的有毒有害物质如有机粘结剂、隔膜和碱性物质等也可能释放于淋滤液中直接毒害淋滤菌株或造成生长条件的恶化从而间接的危害淋滤菌株，导致废旧电池中金属离子溶出效率下降，因此现有的废旧电池生物淋滤研究报道都基于1％或更低的固液比，即废旧电池固体材料的投加量只有淋滤液体积的1％(w/v)或更低。但对于实际工程应用来说，提高固液比是非常重要的技术要求。如果固液比从1％提高到2％，意味着淋滤液的用量将减少到原来的50％，那么淋滤成本相应的大幅下降；另一方面，如果能保持相同的淋滤效率，那么浸提出来的金属离子浓度就会提高1倍，这对于后续有价金属离子的分离和回收大有益处。因此，研究高固液比条件下废旧电池中有价金属离子高效溶释的关键技术和工艺手段对于生物淋滤的实际工程应用具有重要意义。

发明内容

针对现有生物淋滤技术中废旧电池固体材料的投加量只有淋滤液体积的1％(w/v)或更低的缺陷，本发明的目的在于提供一种生物淋滤浸提废旧电池中有价金属离子的方法，具体地说，涉及一种利用生物淋滤技术在高固液比条件下高效浸提废旧锌锰电池中的锌锰离子、锂离子电池中的锂钴离子以及镍氢电池中的镍钴离子的方法，可显著改善和提高在2％或更高固液比条件下生物淋滤对所述三种废旧电池中有价金属离子的浸提效能。

本发明目的是通过下述技术方案实现的。