[发明专利]一种分离和回收废弃锂电池中金属的方法

说明书

本发明公开了一种分离和回收废弃锂电池中金属的方法，该方法是将废弃锂电池回收混合极粉进行浮选分离I，得到含碳正极极粉和负极极粉；将含碳正极极粉与硫源混合进行硫化焙烧，得到硫化焙烧产物；将硫化焙烧产物经过水浸，得到锂盐溶液和过渡金属硫化物富集渣；将金属硫化物富集渣进行磨矿和浮选分离II，得到过渡金属硫化物精矿，该方法不但能够高效回收废旧锂电池中锂与铁、钴、镍、锰等有价金属，且工艺简单，成本低，不易造成环境污染，有利于大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种废弃锂电池中金属回收方法，特别涉及一种通过硫化焙烧结合浮选分离回收废弃锂电池中金属的方法，属于废旧锂电池资源化技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展，照相机、手机、笔记本电脑和其他电子产品日益成为人们生活中不可缺少的东西。与传统电池相比，这些电子器件的锂离子电池具有循环寿命长、比能量高、体积小、工作电压高、适用温度范围广等优点。因此，锂离子电池已成为大多数电子产品的主要电源。此外，锂电子电池驱动的新能源汽车已经出现，大大缓解了传统不可再生资源消耗的压力，减少了有害废气排放，因此极大地促进了环境保护。LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，通称为NCM，是目前最广泛使用的锂离子电池正极材料之一。虽然锂电子电池的快速发展给人们的生活带来了诸多便利，但电池的生命周期相对较短。随着世界人口的快速增长和经济的快速发展，产生了大量的废旧锂电池，且废弃量随着时间的推移不断增长。锂电池正极材料含有大量的重金属，如镍、钴和锰等，如果阴极材料中的金属化合物物粉末处理不当，不仅会对土壤和地下水造成严重污染，还会严重威胁人类的生命和健康，包括可能对人体呼吸道和肺部造成损害。同时，中国的锂、镍、钴资源面临储量低，矿产金属品位低，开采难度大，对进口依赖程度高的问题。科学、规范地回收有价值和污染的废弃锂电池不仅可以避免环境污染，而且可以大大缓解全球资源短缺危机。

NCM的制备过程是通过Ni_xCo_yMn_1-x-y(OH)₂或Ni_xCo_yMn_1-x-yCO₃前驱体与锂源混合，并在高温下进行焙烧。低镍三元材料通常通过在空气中烧结前驱体和Li₂CO₃来制备，而高镍三元材料通常通过在氧气气氛中烧结前驱体和一水氢氧化锂来制备。因此，废弃三元材料具有一定的氧化性，并在晶格中形成较强的Me–O键，导致后续金属浸出过程中酸耗高、浸出时间长、浸出温度高的问题。由于电池材料的复杂性，单一的某种工艺很难达到经济又环保的回收效果，物理与化学工艺相结合得到了广泛的应用。物理工艺如拆解、破碎、筛分、热处理、机械化学处理等可以有效的提高金属的回收率。化学工艺可以分为火法和湿法工艺，前者工艺简单、效率高，而后者反应条件更加温和，对金属的选择性更强，具有更大的应用潜力。目前废弃锂电池的有价金属回收方法有很多种，其中主要是以三种方式为主：(1)机械化学处理；(2)火法处理；(3)湿法处理。

机械化学处理：机械化学处理是由机械力引导正极材料化学反应，固体材料在摩擦碰撞等机械力作用下，物理化学性质和结构发生了显著的变化从而提高正极材料的反应活性，促进金属的浸出行为。其主要的机制为粒度降低、比表面积增加和结构损坏。不同的磨矿介质(干或湿)、磨机类型(球磨机、行星式磨机、振磨机、棒磨机等)都可以用来提供诱导化学反应所需的机械力。行星式磨机往往更加适用于机械化学处理因为其密度高、操作简单、清洁。助磨剂比如Fe粉末和EDTA2-Na的使用可以有效的促进金属的浸出行为。由于其简便性和所用试剂的经济性，机械化学处理往往被认为是高效并环保的。但这种方法主要的问题在于球磨消耗的能量巨大并且会产生很强的噪音污染，如何降低能耗和减少噪音污染值得注意。