CN103173616A - 微乳液萃取分离废弃锂离子电池浸出液中铜和钴的方法 - Google Patents

微乳液萃取分离废弃锂离子电池浸出液中铜和钴的方法 Download PDF

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王建宏
陈家庆
朱小轩
李杨
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Abstract

本发明涉及一种用微乳液萃取分离废弃锂离子电池浸出液中铜和钴的方法，其特征在于将二-（2-乙基己基）膦酸酯／煤油／lix984N按体积比为20：70-80：0-15配比混合后，用NaOH水溶液缓慢滴至溶液变澄清为止，即制成铜/钴分离的winsor‖微乳液，将微乳液与Cu2+的浓度为2.2g/l、Co2+的浓度为5.2g/l，pH值为2.67的废弃锂离子电池浸出液以1：3的体积比混合后，以200rpm的转速搅拌2min进行萃取后静置，分离出铜的萃取有机相和钴的萃余水相，实现铜和钴分离，该方法具有可有效防止了微乳液萃取过程中的乳化现象，而且萃取速率快，萃取效率高，萃取剂的用量少、成本低的优点及效果。

Description

微乳液萃取分离废弃锂离子电池浸出液中铜和钴的方法
技术领域
本发明涉及一种微乳液萃取分离废弃锂离子电池浸出液中铜和钴的方法，具体是一种用萃取剂p204所形成的微乳液萃取分离废弃锂离子电池浸出液中铜/钴的方法，属冶金领域。
背景技术
微乳液是由油、水、表面活性剂等在一定条件下自发形成的热力学稳定、外观透明或半透明的分散体系。微乳液的分散相液珠小而均匀,一般在10nm～100nm，比表面积大，萃取时传质速率快。Wiencek（Seperation science and technology, 1992, 27(11):1408-1422）指出只有WinsorⅡ型微乳液（W/O型的微乳液和剩余水达到平衡状态）才能用于从水溶液中萃取重金属离子。Dantas运用皂化椰子油/正丁醇/煤油微乳体系对Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、和Pb等重金属离子的萃取率均在98%以上（Wat. Res., 2003, 37: 2709～2717），对污泥中的Cr萃取率也达到了91.8%（Wat. Res., 2009, 43: 2709～2717）。微乳液在萃取金属方面，与传统的萃取剂相比，不仅传质速率快而且萃取效率高，但是其主要的缺点是微乳液在与水溶液接触过程中，容易乳化，一般通过在微乳内水相加盐或者更多是外水相加盐来阻止乳化，这种加盐的方式决定了微乳液只能用于高含盐的水溶液萃取，否则所加的盐不仅导致后续处理困难而且导致运行成本上升。
而废弃锂离子电池酸性浸出液中，盐的浓度很高，比较适宜于采用微乳液萃取。
Junmin Nan对废弃锂离子电池酸浸后的溶液进行的研究表明其Co2+ 浓度20.045g/l Li+为2.064g/l,Cu2+为1.4172g/l,（Journal of Power Sources，2005，152 ：278–284），而Jingu Kang 的实验得出废弃锂离子电池磨碎酸浸后的主要组分的浓度如下：Co2+ 为24.88g/l, li+ 为3g/l, Cu2+ 为0.782g/l (Hydrometallurgy ,2010,100(3-4):168-171)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种廉价的微乳液进行废弃锂离子电池中高浓度铜/钴的高效、快速萃取，并且在萃取过程中不乳化。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
用微乳液萃取分离废弃锂离子电池浸出液中铜和钴的方法，它按下述步骤进行：
（a）将二-（2-乙基己基）膦酸酯／煤油／煤油／lix984N按体积比为20：70-80：0-15配比混合后，用1.5mol/l的NaOH水溶液缓慢滴至溶液变澄清为止，即制成铜/钴分离的winsor‖微乳液；
（b）将微乳液与Cu2+的浓度为2.2g/l、Co2+的浓度为5.2g/l，pH值为2.67的废弃锂离子电池浸出液以 1：3的体积比混合后，以200rpm的转速搅拌2min进行萃取后静置，分离出铜的萃取有机相和钴的萃余水相，实现铜和钴分离。
本发明的二-（2-乙基己基）膦酸酯，简称为P204，该方法是根据WinsorⅡ型微乳液可从水溶液中萃取重金属离子。由于废弃锂离子电池浸出液，采用不同的浸出工艺，其Co2+和Cu2+的浓度可能不同，选取Co2+的浓度为5.2g/l,Cu2+的浓度为2.2g/l废弃锂离子电池浸出液，用winsor‖微乳液可使废弃锂离子电池浸出液有效萃取铜，废弃锂离子电池浸出液中的Li+，由于其电荷与Na+一样，一般认为其即不被微乳液萃取，也不影响Co2+和Cu2+的微乳萃取分离，因为微乳液萃取主要依靠静电力，只有高电荷的阳离子将微乳液中的低电荷的阳离子，一般为钠离子置换出来才能被萃取。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和效果：
（a）减少了对昂贵的lix984N铜萃取剂的依赖，即使在不采用该萃取剂的条件下，仅采用P204常规萃取剂制备的微乳液，铜的单次萃取率也可达到95.88%，而钴的萃取率仅为1.44%；
（b）减少了所需萃取设备的尺寸，因为微乳液的比表面积大，所以传质速率快，例如萃取只需2分钟，所需的萃取设备尺寸可以大大缩小；
（c）减化了工艺，一般情况下，P204系列萃取金属时为了提高萃取率都需要预先皂化静置后分离出的油相后才能萃取，而微乳液萃取时微乳液的制备可以直接在皂化罐里进行，但去掉了油相与水相分离这一过程；
（d）利用废弃锂离子电池浸出液中的高盐度，克服了微乳液与金属水溶液接触即乳化这一难题；
（e）采用乳水比为1:3,大大节约了萃取剂的用量。
具体实施方式
实施例1
 取二-（2-乙基己基）膦酸酯20ml、煤油75ml和lix984N 15ml混合后，用1.5mol/l的NaOH水溶液缓慢滴至溶液变澄清为止，制成铜/钴分离的的的winsor‖微乳液，将微乳液100ml与Cu2+的浓度为2.2g/l、Co2+的浓度为5.2g/l，pH值为2.67的废弃锂离子电池浸出液300ml混合后，以200rpm的转速搅拌2min进行萃取后静置，分离出离出铜的萃取有机相和钴的萃余水相，实现铜和钴分离，Cu2+的萃取率为95.88%，Co2+的萃取率为1.44%。
实施例2
 取二-（2-乙基己基）膦酸酯 20ml、煤油70ml和lix984N 10ml混合后，用1.5mol/l的NaOH水溶液缓慢滴至溶液变澄清为止，制成铜/钴分离的的的winsor‖微乳液，将微乳液100ml与Cu2+的浓度为2.2g/l、Co2+的浓度为5.2g/l，pH值为2.67的废弃锂离子电池浸出液300ml混合后，以200rpm的转速搅拌2min进行萃取后静置，分离出离出铜的萃取有机相和钴的萃余水相，实现铜和钴分离，铜的萃取率为97.60%.钴的萃取率为19.96%。
 实施例3
 取二-（2-乙基己基）膦酸酯20ml和煤油80ml混合后，用1.5mol/l的NaOH水溶液缓慢滴至溶液变澄清为止，制成铜/钴分离的的的winsor‖微乳液，将微乳液100ml与Cu2+的浓度为2.2g/l、Co2+的浓度为5.2g/l，pH值为2.67的废弃锂离子电池浸出液300ml混合后，以200rpm的转速搅拌2min进行萃取后静置，分离出离出铜的萃取有机相和钴的萃余水相，实现铜和钴分离，铜的萃取率为94.82%.钴的萃取率为2.94%。

Claims (1)

1. 用微乳液萃取分离废弃锂离子电池浸出液中铜和钴的方法，其特征在于它按下述步骤进行：
（1）将二-（2-乙基己基）膦酸酯／煤油／lix984N按体积比为20：70-80：0-15配比混合后，用1.5mol/l的NaOH水溶液缓慢滴至溶液变澄清为止，即制成铜/钴分离的winsor‖微乳液；
（2）将微乳液与Cu2+的浓度为2.2g/l、Co2+的浓度为5.2g/l，pH值为2.67的废弃锂离子电池浸出液以 1：3的体积比混合后，以200rpm的转速搅拌2min进行萃取后静置，分离出铜的萃取有机相和钴的萃余水相，实现铜和钴分离。
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