[发明专利]一种从废旧三元锂离子正极材料中回收有价金属方法

说明书

本发明公开了一种废旧三元锂离子电池粉末中有价金属回收的方法，先将废旧三元锂离子电池粉末放入通入氧气的井式炉中进行氧化焙烧，得到焙烧产物，焙烧产物中碳的含量减少99％以上，再将焙烧产物溶解于氨‑氯化铵溶液体系，放入反应釜，并加入体积分数为1.6％的水合肼作为还原剂，调节所得浸出液的pH值为8.00，按照O/A比为2加入到萃取剂中，其中Versatic 911的体积分数为20％，磺化煤油的体积分数为80％，控制反应温度为30℃，反应5min后经分离得到萃余液和有机相，通过3级逆流萃取，钴的萃取率为98％以上。本发明使用的设备简单、投资运营成本低、工艺能耗显著降低、有价金属回收率高。

技术领域

本发明涉及冶金领域中火法冶金和湿法冶金过程，特别是一种有效回收废旧三元锂离子正极材料中有价金属的方法。

技术背景

近年来，随着锂离子电池的广泛应用，造成了废旧电池的数量越来越多。锂离子电池主要成分包含外壳、电解液、正极材料、阴极材料、胶黏剂、铜箔和铝箔等。而正极材料通常含有Li、Co、Ni和Mn等有价金属元素，其中Co作为一种战略金属，是废旧锂离子电池中最具经济效益的金属元素。因此，从废旧三元锂离子电池正极材料中回收有价金属具有重要意义。

目前，废旧三元锂离子电池正极材料的回收技术可分为:热处理、浸出、有价金属分离三个过程。热处理的过程主要是为了除去废旧锂电池中难溶的有机物、碳粉等，以及对于电极材料和集流体的分离，目前采用的热处理方式多为高温真空热解法。浸出过程是对热处理后得到的产物进行溶解浸出，使产物中的金属元素以离子形式进入到溶液中，然后通过各种分离技术选择性分离回收其中的主要有价金属Co、Li等。浸出的方法主要包括化学浸出和生物浸出法。

化学浸出方法是通过酸浸或碱浸的方式实现电极材料的溶解浸出，酸浸一般采用无机酸HCl、HNO₃、H₂SO₄等作为浸出剂对电极材料直接溶解浸出。研究发现，在浸出剂中加入H₂O₂、Na₂S₂O₃等还原剂，使Co³⁺被还原成更易于溶解到浸出液中的Co²⁺，从而提高钴的浸出率(陈亮等.从废旧锂离子电池中分离回收钴镍锰.中国有色金属学报,2011,21(5):1192-1198)。但是，无机酸浸出存在浸出液酸性较强、易腐蚀设备的不足之处。碱浸通常是采用氨性体系进行废旧锂离子电池正极材料粉末的浸出(郑晓洪.基于铵-氨盐体系选择性浸出的动力电池正极废料回收的基础研究[D].中国科学院大学,2017)。虽然氨性体系浸出对金属离子具有很好的选择性，但是在氨性体系中钴的浸出率并不高，且浸出时间较长。

生物浸出方法是利用微生物从固体中分离有价金属的方法,但目前微生物浸出运用最多的是浸矿，近年来也被运用于废旧锂电池电池的浸出(Mishra Det al.Bioleachingof metals from spent lithium ion secondary batteries using Acidithiobacillusferrooxidans[J].Waste Management,2008,28(2):333-338)。微生物法回收废旧锂离子电池具有耗酸量少、成本低、操作简单等优点，但同时也存在周期长、菌种不易培养、易受污染且浸出液分离困难等缺点。