CN106601385A - 报废动力电池正极材料的循环利用方法 - Google Patents

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许开华
张爱青
叶圣毅
伍根
伍一根
孔继周
葛毅
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Jiangsu Cobalt Nickel Metal Co Ltd
GEM Co Ltd China
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Jiangsu Cobalt Nickel Metal Co Ltd
GEM Co Ltd China
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Abstract

本发明公开了一种报废动力电池正极材料的循环利用方法，该方法为：将报废动力电池材料分级处理后得到的正极材料置于H2SO4体系中，以纯氧气作氧化剂进行预浸‑加压浸出正极材料中的有价金属。本发明对动力电池正极材料类型和分级要求不高，处理工艺简单易行；有价金属回收率高，杂质含量低；能够充分利用原材料，操作简单、快捷，实现大规模生产，生产效率高，经济效益明显；资源有限，循环无限，有助于解决目前和未来的废弃动力电池处理难题，有利于我国和世界环保事业发展；得到的产品硫酸镍溶液、硫酸钴溶液、硫酸锰溶液、硫酸锂溶液能直接用于动力电池正极材料制造，也可以结晶为金属盐用于工业生产，实现了报废动力电池正极材料的循环利用。

Description

报废动力电池正极材料的循环利用方法
技术领域
本发明属于报废动力电池材料循环利用技术领域，具体涉及一种报废动力电池正极材料的循环利用方法。
背景技术
废旧动力电池对环境和人类健康的潜在威胁。现有的废旧电池处理方式主要有固化深埋、存放于废矿井和资源化回收，但目前我国电池资源化回收的能力有限，大部分废旧电池没有得到有效的处置，将会给自然环境和人类健康带来潜在的威胁。
组成动力电池的正极、负极、隔膜、电解质等材料中含有大量的有价金属。不同动力电池正极材料中所含的有价金属成分不同，其中潜在价值最高的金属包括钴、锂、镍等。例如，三元电池中锂的平均含量为1.9％、镍12.1％、钴2.3％；此外，铜部分、铝部分等占比也达到了13.3％和12.7％。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种报废动力电池正极材料的循环利用方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种报废动力电池正极材料的循环利用方法，该方法通过以下步骤实现：
步骤1、预浸工序：对报废动力电池材料分级处理后得到的正极材料球磨制粒，将球磨后的颗粒置于液体中进行预浸，控制预浸温度在80-100℃，液固比在8-20：1，预浸时间在60-120min之间，同时补充加入硫酸控制浸出浆液的酸度PH为2-6；
步骤2、加压浸出：预浸合格后的浆料泵入加压釜，进行加压浸出；当所述加压釜内温度达到120-180℃时，电磁搅拌，加入纯氧或空气为氧化剂，控制加压釜内氧分压保持在0.5-1.6MPa，硫酸的加入量为理论酸耗量的1.2倍；
步骤3、加压浸出渣固液分离：浸出完毕后，将加压釜内浆料冷却到80-90℃后泵入压滤机压滤，滤液放入储槽，萃取制得包含有价金属的溶液。
上述方案中，所述步骤2中以纯氧为氧化剂，浸出时间为80-100min；以空气为氧化剂，浸出时间为110-130min。
上述方案中，所述步骤3中采用P204萃取除杂或P507萃取提纯方式萃取制得包含有价金属的溶液。
上述方案中，所述步骤3中所述包含有价金属的溶液为硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰、硫酸锂。
上述方案中，所述步骤3的滤渣含铁滤渣，再经洗涤合格后获得能够再次销售或利用的产品。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明对动力电池正极材料类型和分级要求不高，主流的磷酸铁锂和三元材料电池都能处理，处理工艺简单易行；有价金属回收率高，杂质含量低；能够充分利用原材料，操作简单、快捷，可实现大规模生产，生产效率高，经济效益明显；资源有限，循环无限，有助于解决目前和未来的废弃动力电池处理难题，有利于我国和世界环保事业发展；得到的产品硫酸镍溶液、硫酸钴溶液、硫酸锰溶液、硫酸锂溶液能直接用于动力电池正极材料制造，也可以结晶为金属盐用于工业生产，实现了报废动力电池正极材料的循环利用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种报废动力电池正极材料的循环利用方法，该方法为：将报废动力电池材料分级处理后得到的正极材料置于H2SO4体系中，以纯氧气作氧化剂进行预浸-加压浸出正极材料中的有价金属；通过本发明废动力电池正极材料中的镍、钴、锰、锂的浸出率大于99％、铜的浸出率大于97％，铁的汁液浸出率小于5％。
具体通过以下步骤实现：
步骤1、预浸工序：对报废动力电池材料分级处理后得到的正极材料球磨制粒，将球磨后的颗粒置于液体中进行预浸，控制预浸温度在80-100℃，液固比在8-20：1，预浸时间在60-120min之间，同时补充加入硫酸控制浸出浆液的酸度PH为2-6；
步骤2、加压浸出：预浸合格后的浆料泵入加压釜，进行加压浸出；当所述加压釜内温度达到120-180℃时，电磁搅拌，加入纯氧或空气为氧化剂，控制加压釜内氧分压保持在0.5-1.6MPa，硫酸的加入量为理论酸耗量的1.2倍；
具体地，加压浸出前期，有价金属与酸和氧气作用的反应为
Me(Ni、Co、Mn、Cu、Li、Fe)+H□SO□+1/2O2＝MeSO□+H□O
铜的置换反应：生成的硫酸亚铁继续被氧化生成硫酸铁，三价铁的氧化浸出金属单质的反应。
加压浸出后期，生成的硫酸亚铁继续被氧化生成硫酸铁，生成的硫酸铁水解生成硫酸，水解产生硫酸在氧气作用被合金中未反应金属单质消耗掉。
所述步骤2中以纯氧为氧化剂，浸出时间为80-100min；以空气为氧化剂，浸出时间为110-130min。
步骤3、加压浸出渣固液分离：浸出完毕后，将加压釜内浆料冷却到80-90℃后泵入压滤机压滤，滤液放入储槽，萃取制得包含有价金属的溶液。
具体地，所述步骤3中采用P204萃取除杂或P507萃取提纯方式萃取制得包含有价金属的溶液。
所述步骤3中所述包含有价金属的溶液为硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰、硫酸锂。
所述步骤3的滤渣含铁滤渣(含铁量大于40％)，再经洗涤合格后获得能够再次销售或利用的产品。
实施例1：
本发明实施例提供一种报废动力电池正极材料的循环利用方法，具体通过以下步骤实现：
步骤1、预浸工序：对报废动力电池材料分级处理后得到的正极材料球磨制粒，将球磨后的颗粒置于液体中进行预浸，控制预浸温度在80℃，液固比在8：1，预浸时间在60min之间，同时补充加入硫酸控制浸出浆液的酸度PH为2；
步骤2、加压浸出：预浸合格后的浆料泵入加压釜，进行加压浸出；当所述加压釜内温度达到120℃时，电磁搅拌，加入纯氧为氧化剂，控制加压釜内氧分压保持在0.5MPa，硫酸的加入量为理论酸耗量的1.2倍，浸出时间为80min；
步骤3、加压浸出渣固液分离：浸出完毕后，将加压釜内浆料冷却到80℃后泵入压滤机压滤，滤液放入储槽，萃取制得包含有价金属的溶液。
实施例2：
本发明实施例提供一种报废动力电池正极材料的循环利用方法，具体通过以下步骤实现：
步骤1、预浸工序：对报废动力电池材料分级处理后得到的正极材料球磨制粒，将球磨后的颗粒置于液体中进行预浸，控制预浸温度在100℃，液固比在20：1，预浸时间在120min之间，同时补充加入硫酸控制浸出浆液的酸度PH为2-6；
步骤2、加压浸出：预浸合格后的浆料泵入加压釜，进行加压浸出；当所述加压釜内温度达到180℃时，电磁搅拌，加入空气为氧化剂，控制加压釜内氧分压保持在1.6MPa，硫酸的加入量为理论酸耗量的1.2倍，浸出时间为100min；
步骤3、加压浸出渣固液分离：浸出完毕后，将加压釜内浆料冷却到90℃后泵入压滤机压滤，滤液放入储槽，萃取制得包含有价金属的溶液。
实施例3：
本发明实施例提供一种报废动力电池正极材料的循环利用方法，具体通过以下步骤实现：
步骤1、预浸工序：对报废动力电池材料分级处理后得到的正极材料球磨制粒，将球磨后的颗粒置于液体中进行预浸，控制预浸温度在80-100℃，液固比在14：1，预浸时间在90min之间，同时补充加入硫酸控制浸出浆液的酸度PH为4；
步骤2、加压浸出：预浸合格后的浆料泵入加压釜，进行加压浸出；当所述加压釜内温度达到150℃时，电磁搅拌，加入空气为氧化剂，控制加压釜内氧分压保持在1.0MPa，硫酸的加入量为理论酸耗量的1.2倍，浸出时间为120min；
步骤3、加压浸出渣固液分离：浸出完毕后，将加压釜内浆料冷却到85℃后泵入压滤机压滤，滤液放入储槽，萃取制得包含有价金属的溶液。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种报废动力电池正极材料的循环利用方法，其特征在于，该方法通过以下步骤实现：
步骤1、预浸工序：对报废动力电池材料分级处理后得到的正极材料球磨制粒，将球磨后的颗粒置于液体中进行预浸，控制预浸温度在80-100℃，液固比在8-20：1，预浸时间在60-120min之间，同时补充加入硫酸控制浸出浆液的酸度PH为2-6；
步骤2、加压浸出：预浸合格后的浆料泵入加压釜，进行加压浸出；当所述加压釜内温度达到120-180℃时，电磁搅拌，加入纯氧或空气为氧化剂，控制加压釜内氧分压保持在0.5-1.6MPa，硫酸的加入量为理论酸耗量的1.2倍；
步骤3、加压浸出渣固液分离：浸出完毕后，将加压釜内浆料冷却到80-90℃后泵入压滤机压滤，滤液放入储槽，萃取制得包含有价金属的溶液。
2.根据权利要求1所述的报废动力电池正极材料的循环利用方法，其特征在于，所述步骤2中以纯氧为氧化剂，浸出时间为80-100min；以空气为氧化剂，浸出时间为110-130min。
3.根据权利要求1或2所述的报废动力电池正极材料的循环利用方法，其特征在于，所述步骤3中采用P204萃取除杂或P507萃取提纯方式萃取制得包含有价金属的溶液。
4.根据权利要求3所述的报废动力电池正极材料的循环利用方法，其特征在于，所述步骤3中所述包含有价金属的溶液为硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰、硫酸锂。
5.根据权利要求4所述的报废动力电池正极材料的循环利用方法，其特征在于，所述步骤3的滤渣含铁滤渣，再经洗涤合格后获得能够再次销售或利用的产品。
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