[发明专利]一种含Mn废旧电池的回收处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及资源回收与环境保护技术领域，尤其涉及一种废旧锂离子电池及相关材料的回收处理方法。

背景技术

锂离子电池因其能量密度高、工作电压高、无记忆效应等优点，目前已广泛应用于手机、MP3、相机等便携数码设备中。随着数码产品的更新换代，随之产生大量的废旧铝壳锂离子电池。锂离子电池富含钴、镍、铜有价金属，其中钴、镍含量高达10 wt.%。大量废旧锂离子电池的不当处理，不仅造成资源的巨大浪费，而且富含的重金属及有机物也会造成严重的环境问题。因此，开发先进的废旧电池回收再利用技术十分必要。

另外，废旧锂离子电池因其正极及壳体材料差异，组成成分及回收价值差异显著。如钢壳锂离子电池Fe含量达到30%，Al含量仅有5%左右；而铝壳锂离子电池Al含量高达30%，而几乎无Fe；目前，便携数码设备采用的小型电池以钴酸锂、镍钴酸锂或镍钴锰/铝三元正极材料为主，其钴、镍含量高，锰含量低，回收价值高。但是，随着电动汽车产业的发展，具有高效率、大容量（≥150mAh/g）、长寿命（>2000次）、安全性高等特点的镍钴锰三元系正极材料必将得到广泛应用，进而深刻改变现有废旧锂离子电池成分构成及回收价值。调查显示，2013年镍钴锰酸锂三元材料产量2.3万吨，较2012年增长达50%以上。因此，开发的废旧锂离子电池回收再利用技术需适应新形势下电池材料组成成分的变化。

目前，废旧锂离子电池回收处理技术主要着眼于钴、镍、铜等有价金属的回收，具体工艺有湿法和火法两类。湿法工艺包括拆解、分选、浸出、溶液净化、金属提取等步骤，典型工艺在US5888463号等美国专利文献中有公开，其优点是产品质量好、环境影响可控，但湿法处理工艺普遍针对特定组成物料的处理，无法适应电池成分的急剧变化，并且产出大量废水和不稳定废渣，极易造成环境的二次污染。火法工艺则是将废旧电池或其拆解物料进行高温造渣熔炼处理，将其中的钴、镍、铜等有价金属富集合金中，并与炉渣分离，合金则进一步处理回收其中的钴、镍、铜。目前，典型的工艺可参见公开号为US2005/0235775A1的美国专利文献以及CN103526035A、CN103924088A、CN103370427A、CN103459623A、CN103380218A和CN103459624A号中国专利文献。上述废旧锂离子电池火法熔炼处理工艺，均具有原料处理能力大、操作较简单、产出炉渣结构稳定且无二次污染等优势。但是，上述工艺均是针对无Mn废旧锂离子电池提出的处理工艺，无法解决大量含Mn的废旧锂离子电池的回收处理，此外，上述工艺均采用CaO-Al₂O₃-SiO₂三元系、FeO-CaO-SiO₂-Al₂O₃四元系和FeO-SiO₂-Al₂O₃三元系渣型熔炼，炉渣相有价金属含量极低，基本无再利用价值，仅可作为建筑材料使用，工艺的经济效益有待进一步提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种综合经济效益更高、环境效益更好的含Mn废旧电池的回收处理方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种含Mn废旧电池的回收处理方法，包括以下步骤：

（1）准备含Mn废旧电池，另外准备造渣剂，所述造渣剂中至少含10 wt.%的Si；

（2）将上述准备的各种物料投入到熔炼炉中熔炼，熔炼产出含Co和/或Ni的合金、含Mn炉渣及烟尘；通过控制熔炼炉内的氧分压、熔炼温度和熔炼时间，使得熔炼产出的含Mn炉渣中Mn含量≥15wt.%、Fe含量≤5wt.%、Al₂O₃含量≤30wt.%；且0.2≤Mn/SiO₂≤3.0；即所述炉渣为MnO-SiO₂-Al₂O₃三元系冶炼渣型，且含Mn炉渣中的主要成分为MnO、SiO₂和Al₂O₃。