[发明专利]一种废锂离子电池粉末选择性提锂及电解分离回收二氧化锰的方法

说明书

本发明公开了一种从废锂离子电池粉末选择性提锂及电解分离回收二氧化锰的方法，包括：称取一定量的废锂离子电池粉末，加入浓硫酸进行充分搅拌混匀；将拌酸混匀后的电池粉末放入电炉在一定温度下焙烧预定时间；将焙烧后的电池粉末用纯水在预定温度下机械搅拌浸出；对料浆进行液固分离，滤渣送湿法回收镍钴锰系统，含锂浸出液分别采用硫化沉淀与氧化中和沉淀分步去除杂质；含锂净化液在预定电流密度、酸度与温度下电解产出二氧化锰粉末；电解沉锰后的含锂溶液脱除残余锰离子后，添加饱和碳酸钠溶液进行碳化沉锂产出碳酸锂粉体。本发明为后续硫酸浸出回收镍钴创造良好条件，经过电沉积可实现富锂液中锂锰的高效分离，综合回收电解二氧化锰产品。

技术领域

本发明涉及废锂离子电池循环回收利用技术领域，尤其涉及一种废锂离子电池粉末选择性提锂及溶液中锂锰分离回收的方法。

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度大、循环寿命长、自放电率低、低污染、无记忆效应等优异特性，在移动电子设备、动力汽车、储能等领域得到广泛的应用。预计2025年动力电池退役报废量约为93GWh，市场经济规模将达到379亿元。报废锂离子电池循环回收具有环境保护与资源综合利用的重要意义。

当前我国废锂电池资源化回收利用主流工艺主要包括以下步骤：首先对废锂电池单体进行破碎分选得到外壳、隔膜、铜粒、铝粒及电池粉末，采用全湿法工艺经“还原浸出—净化除杂—萃取分离铜锰—镍钴分离”等工序由电池粉末制备电池级镍钴锰硫酸盐或三元前驱体材料，再对萃余液进行锂钠分离回收锂盐(碳酸锂或氢氧化锂)和元明粉。总体而言当前电池粉末湿法回收工艺流程长、工序多，锂在各单元过程无序分散，导致锂直收率很低；与此同时萃取剂皂化造成萃余液中硫酸钠含量高、锂浓度低，锂钠分离困难，生产成本高。

发明内容

为解决当前废锂离子电池粉末湿法处理过程中锂回收率低、锂钠分离困难、生产成本高等难题，本发明提供一种废锂离子电池粉末选择性提锂及电解分离回收二氧化锰的方法，具体步骤如下：

(1)称取一定量的废锂离子电池粉末，向其中加入预定配比的浓硫酸进行搅拌混匀并放入电炉在一定温度下焙烧预定时间；

(2)将焙烧后的电池粉末用纯水按一定液固比在预定温度下进行机械搅拌浸出；

(3)达到浸出反应时间后，对料浆进行液固分离，滤渣送湿法回收镍钴锰系统，含锂浸出液采用硫化沉淀脱除铜及微量镍、钴等重金属杂质，再通过氧化中和沉淀去除铁、铝等杂质；

(4)对所得富锂净化液在预定电流密度、酸度与温度下电解产出二氧化锰粉末；

(5)电解沉锰后的含锂溶液，采用硫化沉淀法脱除残余锰离子，硫化锰沉淀返回前序硫化除杂工序作为硫化剂；

(6)向硫酸锂溶液中添加饱和碳酸钠溶液，在预定温度下进行碳化沉锂产出碳酸锂粉体。

进一步的，所述步骤(1)中的电池粉末来自于废锂离子电池破碎分选产出的黑粉，其中所含的正极材料为锰酸锂、三元及其与钴酸锂等电池活性粉末的混合物。

进一步的，所述步骤(1)中采用的浓硫酸为98％的工业硫酸。

进一步的，所述步骤(1)中熟化焙烧过程中控制浓硫酸用量为n_H2SO4:n_Li＝0.6-1.5(摩尔比)、熟化焙烧温度为350-750℃、熟化焙烧时间为1-5h。

进一步的，所述步骤(2)中焙砂水浸温度30-98℃、液固比为(3-10):1、浸出时间为0.5-4h。

进一步的，所述步骤(3)中中硫化沉铜工序所用硫化剂为BaS与MnS中的任意一种或两者混合物，硫化沉铜工序反应pH＝2-7、温度30-95℃、硫化剂过剩系数1-3、反应时间0.5-5h。