CN101928831B - 钴酸锂废电池正极材料的浸出方法 - Google Patents

钴酸锂废电池正极材料的浸出方法 Download PDF

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Abstract

本发明介绍的钴酸锂废电池正极材料的浸出方法是将从将从钴酸锂废电池中分离出的正极材料放入耐压并耐硫酸和硝酸腐蚀的容器中，然后密封容器，并将硫酸和硝酸泵入该容器，通入工业纯氧进行钴酸锂废电池正极材料的浸出。浸出温度为20～100℃，浸出压力为0.05～0.5MPa，浸出的硫酸初始浓度为1～5mol/L，硝酸初始浓度为5～20g/L，浸出时间为1～5小时，浸出过程进行搅拌，搅拌速度30～100r/min。硫酸加入量为加入反应容器的正极材料中全部金属浸出的硫酸理论消耗量的101～200％。

Description

钴酸锂废电池正极材料的浸出方法
技术领域
本发明涉及钴酸锂废电池正极材料的一种浸出方法。 
背景技术
钴酸锂电池是一类广泛使用的电池，该电池使用报废后将产生大量废电池。由于这类电池含有大量重金属，若弃入环境，将对环境产生很大的直接和潜在危害。钴酸锂电池正极材料主要含钴、锂、铜和铝，其中钴、锂和铜三者的总含量大于60％，很具回收价值。目前从钴酸锂废电池正极材料中回收镍、钴的工艺主要有火法工艺和湿法工艺。火法工艺得到的产品为合金材料，很难获得较纯的钴、锂和铜。湿法工艺比较容易得到较纯的钴、锂和铜。浸出是湿法工艺中必不可少的一个过程。目前钴酸锂废电池正极材料的浸出方法主要有盐酸浸出法、硫酸浸出法和硝酸浸出法。盐酸浸出法，设备腐蚀大，酸雾产生量大而污染环境。硫酸浸出法消耗较昂贵的氧化剂(如双氧水等)。硝酸浸出法的硝酸消耗量大，而且会产生大量氮氧化物，污染环境。开发设备腐蚀小、成本低、基本无环境污染的钴酸锂废电池正极材料的浸出方法具有较大实用价值。 
发明内容
针对目前钴酸锂废电池正极材料浸出的问题，本发明的目的是寻找一种不用昂贵氧化剂，基本无氮氧化物污染的钴酸锂废电池正极材料的浸出方法，其特征在于将从钴酸锂废电池中分离出的正极材料 (包括通过人工或机械分离出的初级正极材料、初级正极材料经破碎和球磨或棒磨得到的正极粉体材料、初级正极材料或正极粉体材料经焙烧等预处理得到的较纯净的正极材料)放入耐压并耐硫酸和硝酸腐蚀的容器中，然后密封容器，并将硫酸和硝酸泵入该容器，通入工业纯氧进行钴酸锂废电池正极材料的浸出，浸出结束后进行液固分离，得到所需浸出溶液。浸出温度为20～100℃，浸出压力为0.05～0.5MPa，浸出的硫酸初始浓度为1～5mol/L，硝酸初始浓度为5～20g/L，浸出时间为1～5小时，浸出过程进行搅拌，搅拌速度30～100r/min。硫酸加入量为加入反应容器的正极材料中全部金属浸出的硫酸理论消耗量的101～200％。 
本发明的目的是这样实现的：在加压工业纯氧和硝酸存在的条件下，硫酸浸出钴酸锂废电池正极材料(材料中的钴和锂以钴酸锂形式存在，铜和铝主要呈金属形态)时，金属铜生成硫酸铜的过程发生如下化学反应： 
Cu+2HNO3+H2SO4＝CuSO4+2NO2+2H2O 
3Cu+2HNO3+3H2SO4＝3CuSO4+2NO+4H2O 
2NO+O2＝2NO2
3NO2+H2O＝2HNO3+NO 
总反应为： 
2Cu+2H2SO4+O2＝2CuSO4+2H2O 
在加压工业纯氧和硝酸存在的条件下，硫酸浸出钴酸锂废电池正极材料时，金属铝生成硫酸铝的过程发生如下化学反应： 
2Al+6HNO3+3H2SO4＝Al2(SO4)3+6NO2+6H2O 
2Al+2HNO3+3H2SO4＝Al2(SO4)3+2NO+4H2O 
2NO+O2＝2NO2
3NO2+H2O＝2HNO3+NO 
总反应为： 
4Al+6H2SO4+3O2＝2Al2(SO4)3+6H2O 
硫酸浸出钴酸锂废电池正极材料时，钴酸锂发生如下化学反应： 
2LiCoO2+4H2SO4＝Co2(SO4)3+Li2SO4+4H2O 
经过上述一系列反应，最终避免使用较昂贵的氧化剂，也基本不产生氮氧化物污染，实现了工艺的清洁化。 
相对于现有方法，本发明的突出优点是不使用昂贵的氧化剂，基本避免了污染物氮氧化物的产生，从而不需要氮氧化物的污染治理，省去了污染治理费用，具有明显的经济效益和环境效益。 
具体实施方法 
实施例1：将100g钴酸锂废电池正极材料(含钴53.6％，锂5.3％、铜8.2％、铝3.4％)加入容积为1L的衬钛高压釜中，加入3.5mol/L的硫酸900ml，加入硝酸15g(以HNO3计)，通入0.2MPa的工业纯氧，在50～60℃下搅拌(搅拌速度80r/min)浸出2.5小时，浸出结束后进行液固分离，得到850ml浸出溶液(不含浸出渣洗涤水)。反应尾气约0.3L(折合成绝对压力0.1MPa的体积)，氮氧化物浓度为2.3mg/m3。钴、锂和铜的浸出率分别为98.1％和97.8％和97.5％(按进入浸出溶液和浸出渣洗涤液中的钴、锂和铜计算)。 
实施例2：将400g钴酸锂废电池正极材料(含钴53.6％，锂5.3％、铜8.2％、铝3.4％)加入容积为5L的衬钛高压釜中，加入3.0mol/L的硫酸4.5L，加入硝酸60g(以HNO3计)，通入0.1MPa的工业纯氧，在60～70℃下搅拌反应3小时，反应结束后进行液固分离，得到4.3L浸出溶液(不包括浸出渣洗涤水)，反应尾气约1L(折合成绝对压力0.1MPa的体积)，氮氧化物浓度为2.5mg/m3。钴、锂和铜的浸出率分别为98.3％、98.2％和97.7％(按进入浸出溶液和浸出渣洗涤液中的钴、锂和铜计算)。 

Claims (1)

1.一种钴酸锂废电池正极材料的浸出方法，其特征是将从钴酸锂废电池中分离出的正极材料放入耐压并耐硫酸和硝酸腐蚀的容器中，然后密封容器，并将硫酸和硝酸泵入该容器，通入工业纯氧进行钴酸锂废电池正极材料的浸出，浸出结束后进行液固分离，得到所需浸出溶液，浸出温度为20～100℃，浸出压力为0.05～0.5MPa，浸出的硫酸初始浓度为1～5mol/L，硝酸初始浓度为5～20g/L，浸出时间为1～5小时，浸出过程进行搅拌，搅拌速度30～100r/min，硫酸加入量为加入反应容器的正极材料中全部金属浸出的硫酸理论消耗量的101～200％。
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