CN108588423A - 一种废旧稀土电池的综合回收方法 - Google Patents

一种废旧稀土电池的综合回收方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种废旧稀土电池的综合回收方法，其收回方法包括以下步骤：A、电池去外壳和完全放电；B、将废旧稀土电池进行粉碎处理，并分选出正极、负极、隔膜、电芯和钢壳；C、将隔膜按每2L～3L硫酸溶液投入1kg隔膜的比例投入浓度为2mol/L～6mol/L的硫酸溶液中，并反应0.5～2h后过滤得到隔膜和滤液。本发明通过物理方法从正负极极片中分离回收粗铜、粗镍等有价物质，且实现了电池零配件和电池材料分级回收以及稀土和钴的分离和再利用，同时整个过程减少了化学反应试剂的使用量，降低了反应时间与能耗，工艺简单、回收率高，为稀土、镍等稀有资源动态储备建立了基础，且采用本方法成本低廉、经济效益明显。

Description

一种废旧稀土电池的综合回收方法
技术领域
本发明涉及电池回收技术领域，具体为一种废旧稀土电池的综合回收方法。
背景技术
蓄电池是贮存化学能量，于必要时放出电能的一种电气化学设备，是将化学能直接转化成电能的一种装置，是按可再充电设计的电池，通过可逆的化学反应实现再充电，通常是指铅酸蓄电池，它是电池中的一种，属于二次电池，它的工作原理：充电时利用外部的电能使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出，比如生活中常用的手机电池等，化学能转换成电能的装置叫化学电池，一般简称为电池，放电后，能够用充电的方式使内部活性物质再生——把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能，将这类电池称为蓄电池也称二次电池。
进入21世纪以来，随着能源危机和环境污染日益加剧，节能减排的呼吁日趋高涨，世界经济的稳定增长和人类社会的可持续发展，也迫切需要发展新型能源和改进能源利用方式，装配稀土电池的纯电动公交车因具有环境、经济、社会效益明显的优势，受到广泛关注。
稀土电池在制造过程中会产生一定量的废品，并且在纯电动公交车上使用到寿命中止后需要处理，而稀土电池含有大量的稀土、镍等稀有有价资源，因此，不管是从环保、经济利益、社会价值的角度，还是从资源可持续性发展的角度，以及为国家战略资源(稀土、镍等)进行动态储备，回收再利用稀土电池材料具有重要的意义。
但当前稀土电池中稀土、镍等金属的回收方法主要是火法和湿法，火法就是利用废旧电池中各元素的沸点差异进行分离、熔炼，通过高温热解，最后萃取分离纯化，以达到回收镍铁合金为目的，这种方法能耗高，且未能有效的回收稀土电池中的稀土等元素；湿法主要是将电池物理分选，在此阶段废旧稀土电池经过机械粉碎或球磨、去除碱液、磁力与重力分离方法处理后，含铁物质被分离出来，通过酸洗将铁、镍等元素溶解在酸溶液中，根据不同金属盐或氢氧化物的不同溶度积，通过调节溶液的PH值将镍钴以外的其它金属沉淀出来，根据镍、钴的电化学还原电位不同，剩余的镍和钴可以采用金属电沉积技术以金属的形式沉积到电极上，但是，这样还是不能很好的回收稀土电池中的稀土等元素。
稀土电池为水系动力电池，方型钢壳，铜、铁在电池中呈微量(≤0.02％)，而镍含量50％以上，采用火法制备镍铁合金回收镍，显然不可取；采用传统的湿法，大量的稀土、镍等物质具有磁性，难以磁力分选，而机械粉碎，又容易造成集流体(即泡沫镍)变成碎渣，增加回收难度和回收试剂使用量；同时，镍、钴含量的质量比为8:1，选择电化学还原存在较大的交叉污染，降低其经济利用价值，且稀土均未能进行充分回收，为此，我们提出一种废旧稀土电池的综合回收方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种废旧稀土电池的综合回收方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种废旧稀土电池的综合回收方法，其收回方法包括以下步骤：
A、电池去外壳和完全放电；
B、将废旧稀土电池进行粉碎处理，并分选出正极、负极、隔膜、电芯和钢壳；
C、将隔膜按每2L～3L硫酸溶液投入1kg隔膜的比例投入浓度为2mol/L～6mol/L的硫酸溶液中，并反应0.5～2h后过滤得到隔膜和滤液；
D、将正极和负极分别进行球磨，对球磨后的粉末分别采用≤75目的不锈钢筛网过筛，并对正极筛上物进行旋风分离回收粗镍，对负极筛上物进行旋风分离回收粗铜；
E、将过筛所得正负极筛下物一起按每3L～6L硫酸溶液投入1kg筛下物的比例投入浓度为2mol/～6mol/L的硫酸溶液中，并升温至50～95℃持续反应2～8h后过滤得到滤渣和滤液；
F、调节滤液的pH值至2～5，并加入水溶性硫酸盐，沉淀其中的稀土元素；
G、将电芯加入NaOH溶液中进行超声浸泡处理，并分离出隔膜和泡沫镍，得到浸泡液；
H、配制浸出液，且浸出液中含有硫酸和氧化剂，同时将所得的各物质均投入其中；
I、加入萃取剂除杂，得到含镍和钴的硫酸盐溶液。
优选的，所述步骤A采用机械并结合人工的方法去除废旧稀土电池外面的塑料外壳，回收其中的充电控制电路板和连接金属片，把得到的单体电池送入预处理池中进行完全放电处理，且预处理池中放入纯净水和金属铁粉并进行机械搅拌，使电池产生短路并最终完成电池的完全放电。
优选的，所述步骤B中粉碎过程为：把经过完全放电的电池滤去水分，放入真空粉碎机中破碎，并在破碎过程中通过真空蒸馏的方法回收稀土电池中的有机溶剂，且空粉碎机的真空度为30～50mmHg，温度保持在80～100℃。
优选的，所述步骤F中PH的调节物质为碳酸钠或氢氧化钠，且在沉淀稀土元素时，调节滤液的温度至70～90℃。
优选的，所述步骤H浸出液中过氧化氢的质量百分浓度为7～10％；浸出液中过硫酸碱金属盐的浓度为2.5～5mol/L；浸出液中硫酸的浓度为2～5mol/L，且浸出液：粉末＝2～6L：1kg。
优选的，所述步骤I中萃取溶剂为2-乙基己基磷酸或P204。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过物理方法从正负极极片中分离回收粗铜、粗镍等有价物质，且实现了电池零配件和电池材料分级回收以及稀土和钴的分离和再利用，同时整个过程减少了化学反应试剂的使用量，降低了反应时间与能耗，工艺简单、回收率高，为稀土、镍等稀有资源动态储备建立了基础，且采用本方法成本低廉、经济效益明显。
附图说明
图1为本发明方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种废旧稀土电池的综合回收方法，其收回方法包括以下步骤：
A、电池去外壳和完全放电；
B、将废旧稀土电池进行粉碎处理，并分选出正极、负极、隔膜、电芯和钢壳；
C、将隔膜按每2L～3L硫酸溶液投入1kg隔膜的比例投入浓度为2mol/L～6mol/L的硫酸溶液中，并反应0.5～2h后过滤得到隔膜和滤液；
D、将正极和负极分别进行球磨，对球磨后的粉末分别采用≤75目的不锈钢筛网过筛，并对正极筛上物进行旋风分离回收粗镍，对负极筛上物进行旋风分离回收粗铜；
E、将过筛所得正负极筛下物一起按每3L～6L硫酸溶液投入1kg筛下物的比例投入浓度为2mol/～6mol/L的硫酸溶液中，并升温至50～95℃持续反应2～8h后过滤得到滤渣和滤液；
F、调节滤液的pH值至2～5，并加入水溶性硫酸盐，沉淀其中的稀土元素；
G、将电芯加入NaOH溶液中进行超声浸泡处理，并分离出隔膜和泡沫镍，得到浸泡液；
H、配制浸出液，且浸出液中含有硫酸和氧化剂，同时将所得的各物质均投入其中；
I、加入萃取剂除杂，得到含镍和钴的硫酸盐溶液。
步骤A采用机械并结合人工的方法去除废旧稀土电池外面的塑料外壳，回收其中的充电控制电路板和连接金属片，把得到的单体电池送入预处理池中进行完全放电处理，且预处理池中放入纯净水和金属铁粉并进行机械搅拌，使电池产生短路并最终完成电池的完全放电。
步骤B中粉碎过程为：把经过完全放电的电池滤去水分，放入真空粉碎机中破碎，并在破碎过程中通过真空蒸馏的方法回收稀土电池中的有机溶剂，且空粉碎机的真空度为30～50mmHg，温度保持在80～100℃。
步骤F中PH的调节物质为碳酸钠或氢氧化钠，且在沉淀稀土元素时，调节滤液的温度至70～90℃。
步骤H浸出液中过氧化氢的质量百分浓度为7～10％；浸出液中过硫酸碱金属盐的浓度为2.5～5mol/L；浸出液中硫酸的浓度为2～5mol/L，且浸出液：粉末＝2～6L：1kg。
步骤I中萃取溶剂为2-乙基己基磷酸或P204。
使用时，通过物理方法从正负极极片中分离回收粗铜、粗镍等有价物质，且实现了电池零配件和电池材料分级回收以及稀土和钴的分离和再利用，同时整个过程减少了化学反应试剂的使用量，降低了反应时间与能耗，工艺简单、回收率高，为稀土、镍等稀有资源动态储备建立了基础，且采用本方法成本低廉、经济效益明显。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种废旧稀土电池的综合回收方法，其特征在于：其收回方法包括以下步骤：
A、电池去外壳和完全放电；
B、将废旧稀土电池进行粉碎处理，并分选出正极、负极、隔膜、电芯和钢壳；
C、将隔膜按每2L～3L硫酸溶液投入1kg隔膜的比例投入浓度为2mol/L～6mol/L的硫酸溶液中，并反应0.5～2h后过滤得到隔膜和滤液；
D、将正极和负极分别进行球磨，对球磨后的粉末分别采用≤75目的不锈钢筛网过筛，并对正极筛上物进行旋风分离回收粗镍，对负极筛上物进行旋风分离回收粗铜；
E、将过筛所得正负极筛下物一起按每3L～6L硫酸溶液投入1kg筛下物的比例投入浓度为2mol/～6mol/L的硫酸溶液中，并升温至50～95℃持续反应2～8h后过滤得到滤渣和滤液；
F、调节滤液的pH值至2～5，并加入水溶性硫酸盐，沉淀其中的稀土元素；
G、将电芯加入NaOH溶液中进行超声浸泡处理，并分离出隔膜和泡沫镍，得到浸泡液；
H、配制浸出液，且浸出液中含有硫酸和氧化剂，同时将所得的各物质均投入其中；
I、加入萃取剂除杂，得到含镍和钴的硫酸盐溶液。
2.根据权利要求1所述的一种废旧稀土电池的综合回收方法，其特征在于：所述步骤A采用机械并结合人工的方法去除废旧稀土电池外面的塑料外壳，回收其中的充电控制电路板和连接金属片，把得到的单体电池送入预处理池中进行完全放电处理，且预处理池中放入纯净水和金属铁粉并进行机械搅拌，使电池产生短路并最终完成电池的完全放电。
3.根据权利要求1所述的一种废旧稀土电池的综合回收方法，其特征在于：所述步骤B中粉碎过程为：把经过完全放电的电池滤去水分，放入真空粉碎机中破碎，并在破碎过程中通过真空蒸馏的方法回收稀土电池中的有机溶剂，且空粉碎机的真空度为30～50mmHg，温度保持在80～100℃。
4.根据权利要求1所述的一种废旧稀土电池的综合回收方法，其特征在于：所述步骤F中PH的调节物质为碳酸钠或氢氧化钠，且在沉淀稀土元素时，调节滤液的温度至70～90℃。
5.根据权利要求1所述的一种废旧稀土电池的综合回收方法，其特征在于：所述步骤H浸出液中过氧化氢的质量百分浓度为7～10％；浸出液中过硫酸碱金属盐的浓度为2.5～5mol/L；浸出液中硫酸的浓度为2～5mol/L，且浸出液：粉末＝2～6L：1kg。
6.根据权利要求1所述的一种废旧稀土电池的综合回收方法，其特征在于：所述步骤I中萃取溶剂为2-乙基己基磷酸或P204。
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