[发明专利]一种含锂多元废料的梯级浸出方法

说明书

技术领域

本发明涉及湿法冶金领域，具体涉及一种利用晶格缺陷梯级浸出含锂多元废料的方法。

背景技术

近年来，为了降低对传统石化能源的过度依赖及改善汽车尾气引发的城市空气污染问题，各国政府均大力发展新能源产业与积极推广新能源汽车。2016年，我国新能源汽车年产量首次突破45万辆，已取代美国跃居世界第一，成为了全球最大的新能源汽车产销国。而新能源汽车的核心部件是动力电池，其中，锂离子电池是当前最被市场看好的动力电池之一。然而，动力锂离子电池为消耗品(平均寿命为3-5年)，且含有大量对环境及人体有害的各类金属成分及有机溶剂等，其报废后必将带来新的环境问题。据预测，至2020年，我国累计的废旧动力锂离子电池将突破30万台，总重量近5万吨。因此，为了保护环境及促进新能源行业的工业生态循环，实现废旧动力锂离子电池的无害化及减量化已迫在眉睫。

然而，废旧动力锂离子电池有别于传统便携式锂电池，体积大、质量重。废旧动力锂离子废料其中一种主要来源于锂离子电池的正极材料废料，锂离子电池的正极材料成分较为多元化，主要包括有ɑ-NaFeO₂晶型的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiNi_5/10Co_2/10Mn_3/10O₂，以及高电压尖晶石晶型的LiNi_0.5Mn_1.5O₄、LiCo_0.5Mn_1.5O₄、LiNi_0.4Co_0.1Mn_1.5O₄等，故统称为含锂多元废料。由于该类废料中金属元素的价态较高(如锰为正四价或正三价，部分钴可能为正三价)，且晶型稳定(为高温煅烧而成)，其回收过程中必须采用强化还原浸出。强化还原浸出工艺中，所用酸包括高浓度的硫酸、盐酸、硝酸等，所用还原剂包括过氧化氢、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠等。采用强化还原浸出工艺，所得浸出液为钴、镍、锰、锂的多金属混合溶液，后续深加工主要围绕着元素的分离与纯化展开，成本高、流程长、难以实现全元素回收利用。例如，需采用化学沉淀法或P204萃取分离锰；萃取法回收钴与镍后，剩余溶液为锂与钠混合溶液，且钠含量极高，使得后续回收锂异常困难。因此，亟需针对其成分复杂、现有技术工业实用性不强的特点，开发短流程、低成本与精细化的技术方案，力争实现废旧动力锂离子电池的清洁循环与高值化利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种含锂多元废料的梯级浸出方法。与传统的“一次浸出+多工序分离”的回收路线不同，本发明的含锂多元废料的浸出方法主要是针对含锂多元废料具有晶型结构较单一且相对完整、废料中各组元的价态及活性差异大(锂为正一价，性质活波，易于浸出；镍、钴主要为正二价，少量为正三价，活性居中；锰主要为正四价或正三价，相对较稳定，难于浸出)的特点，采用不同类型、不同性质的酸依次定向浸出，通过将特定元素溶解导致晶格缺陷，使原料的微观晶型结构由稳定态过渡到亚稳定态、甚至不稳定态，进而促进后续元素的浸出与分离。本发明的含锂多元废料的浸出方法操作简单、条件温和、成本低、能实现废料中多组元的充分回收，易于实现工业化。

本发明提出的技术方案为：

一种含锂多元废料的梯级浸出方法，包括如下步骤：

(1)锂元素搅拌浸出：以含锂多元废料为原料，以草酸溶液为浸出液，靶向浸出废料中的锂元素，得到草酸锂浸出溶液和浸出渣A；(2)钴和/或镍元素搅拌浸出：以浸出渣A为原料，以磷酸溶液为浸出液，选择性浸出低价态元素包括：二价镍、二价钴或三价钴，得到含钴和/或镍的浸出溶液及浸出渣B；(3)锰元素搅拌浸出：以浸出渣B为原料，以硫酸溶液为浸出液，将高价态元素包括：四价锰、三价锰，得到硫酸锰浸出溶液，最终而实现含锂多元废料的梯级浸出。

本发明的含锂多元废料的梯级浸出方法所述步骤(1)中，通过草酸浸出废料中的锂元素，从而破坏物料中原有晶型结构，形成具有晶格缺陷的亚稳定态。浸出结束后，采用抽滤分离，滤液为含锂的浸出溶液，所得浸出渣A用于步骤(2)。