CN111847487A - 一种利用废旧锂离子电池制备碳酸锂的方法、电池级碳酸锂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用废旧锂离子电池制备碳酸锂的方法、电池级碳酸锂，用天然气对废旧锂离子电池的电池粉料进行还原焙烧，然后加水浸出，过滤，向滤液中依次加硫酸和碳酸钠，得到碳酸锂沉淀，向碳酸锂沉淀中加去离子水进行洗涤，烘干后得碳酸锂。本发明提供一种新的工艺，大大简化了锂回收工艺，且无需蒸发浓缩、焙烧料球磨、磁选工序，大大地降低了能耗与成本，工艺环保，锂回收成本与现有工艺相比，可降低60％。
Description
技术领域
本发明涉及废旧锂离子电池回收处理技术领域，具体是涉及一种利用废旧锂离子电池制备碳酸锂的方法以及利用该方法获得的电池级碳酸锂。
背景技术
锂离子电池因工作电压和比能量高、放电电压平稳、质量轻、体积小、循环寿命长、无记忆效应等优点，被广泛地应用在手机、笔记本电脑、电动汽车等领域。随着锂离子电池产量的增加，其废弃量也在逐年增加。目前从废旧锂离子电池中回收锂等元素已实现的工业化方法是：将废旧锂离子电池拆解，取出电芯，而后破碎去除大部分铜箔、铝箔，得到电池粉料。将所得电池粉料加酸溶解，料中镍、钴、锰等元素与锂元素共同进入溶液，待回收镍、钴、锰等元素后，将含锂溶液蒸发浓缩、析出钠盐，过滤除去钠盐，再加入碳酸钠溶液沉淀出粗制碳酸锂，而后再将此粗制碳酸锂加酸溶解，得到纯锂溶液，然后再次加入碳酸钠溶液沉淀出碳酸锂，经洗涤得到高纯碳酸锂产品。此类工艺将锂、钴、镍等有价金属全部浸出，之后依次分离，存在工艺复杂和锂回收难的问题。
中国专利CN106129511A公开了一种从废旧锂离子电池材料中综合回收有价金属的方法，主要是将废旧锂离子电池正极材料与还原剂混合，在500～750℃的温度下进行还原焙烧处理，焙烧产物首先采用CO2碳化水浸，得到碳酸氢锂水溶液，用于制取Li2CO3产品。该方法虽然实现了优先提取锂金属，但由于废旧锂离子电池正极材料不可避免含有铝等其它元素杂质，所得Li2CO3产品为粗制碳酸锂，且引入了固体还原剂，浸出渣量增加，不利于环保。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用废旧锂离子电池制备碳酸锂的新方法。
为了实现上述的目的，本发明提供的利用废旧锂离子电池制备碳酸锂的方法包括以下步骤：用天然气对废旧锂离子电池的电池粉料进行还原焙烧，然后加水浸出，过滤，向滤液中依次加硫酸和碳酸钠，得到碳酸锂沉淀，向碳酸锂沉淀中加去离子水进行洗涤，烘干后得碳酸锂。
进一步的方案是，将废旧锂离子电池拆解，取出电芯后经破碎筛分，得到电池粉料。
优选地，具体包括以下步骤：将电池粉料于天然气流量12Nm3/h、650℃下还原焙烧2.0小时；加水浸出，过滤去除滤渣；向滤液中加硫酸，待滤液中的氢氧化锂与浓硫酸充分反应，得硫酸锂料液；硫酸锂料液经离子交换柱除杂，得净化液；向净化液中加入浓度为300g/L的碳酸钠溶液，在98℃下充分反应，得沉淀物；沉淀物加去离子水在98℃下逆流洗涤多次，烘干得碳酸锂。
进一步的方案是，电池粉料由两种废旧锂离子电池原料混合后破碎筛分得到，两种废旧锂离子电池原料中Li含量分别为3.3％和4.5％。
优选地，将电池粉料于天然气流量13Nm3/h、750℃下还原焙烧2.5小时；加水浸出，过滤去除滤渣；向滤液中加硫酸，待滤液中的氢氧化锂与浓硫酸充分反应，得硫酸锂料液；硫酸锂料液经离子交换柱除杂，得净化液；向净化液中加入浓度为300g/L的碳酸钠溶液，在98℃下充分反应，得沉淀物；所述沉淀物加去离子水在98℃下逆流洗涤多次，烘干得碳酸锂。
进一步的方案是，电池粉料由两种废旧锂离子电池原料混合筛分得到，两种废旧锂离子电池原料中Li含量分别为3.8％和5.2％。
优选地，将电池粉料于天然气流量15Nm3/h、800℃下还原焙烧2.5小时；加水浸出，过滤去除滤渣；向滤液中加硫酸，待滤液中的氢氧化锂与浓硫酸充分反应，得硫酸锂料液；硫酸锂料液经离子交换柱除杂，得净化液；向净化液中加入浓度为300g/L的碳酸钠溶液，在98℃下充分反应，得沉淀物；所述沉淀物加去离子水在98℃下逆流洗涤多次，烘干得碳酸锂。
进一步的方案是，电池粉料由两种废旧锂离子电池原料混合筛分得到，两种废旧锂离子电池原料中Li含量分别为6.08％和4.9％。
本发明还提供一种采用上述方法获得的电池级碳酸锂。
本发明的有益效果是：本发明提供一种新的工艺，将废旧锂离子电池在还原焙烧前增加拆解、破碎、筛分工序，防止焙烧产物结块；摒弃固体还原剂，使用天然气还原焙烧，使电池粉料中锂元素转化成氧化锂形态；经天然气还原焙烧过后的电池粉料仍然为粉状，加水(无需加酸)浸出时，氧化锂形成氢氧化锂进入溶液，得到富锂溶液，而镍、钴、锰等元素留在水浸渣中，从而实现了锂的选择性溶出。将所得富锂溶液酸化、净化、提纯后，加入碳酸钠溶液沉淀出碳酸锂，经洗涤得到电池级高纯碳酸锂，从而大大简化了锂回收工艺，且无需蒸发浓缩、焙烧料球磨、磁选工序，大大地降低了能耗与成本，工艺环保，目前已实现工业化生产，锂回收成本与现有工艺相比，可降低60％。
具体实施方式
实施例一
2.5吨含Li3.3％与2.5吨Li4.5％的废旧锂离子电池原料，混合后破碎，经80目振动筛筛分，得到的电池粉料于天然气流量12Nm3/h(标准立方米/小时)、650℃下还原焙烧2.0小时，将电池粉料中的锂、钴、镍、锰元素分别还原成氧化锂、钴金属、镍金属和氧化锰；向还原焙烧产物中加10m3水浸出，其中氧化锂与水反应得到氢氧化锂，钴金属、镍金属和氧化锰不溶于水，过滤去除其中不溶的钴金属、镍金属和氧化锰，得过滤液8.8m3；向滤液中加98％的浓硫酸1.2吨，调整滤液的pH值为7，将滤液中的氢氧化锂转化为硫酸锂；硫酸锂料液经离子交换柱深度除杂后，得到净化液9.0m3；向净化液中加入浓度为300g/L的碳酸钠溶液4.4m3，在98℃反应2小时，所得沉淀物加去离子水3.4m3在98℃下逆流洗涤四次，烘干得碳酸锂710千克，所得产品经检测符合YS/T582-2013标准，碳酸锂的纯度达到99.875％，远高于标准要求的99.5％。
实施例二
2.5吨含Li3.8％与2.5吨Li5.2％的废旧锂离子电池原料，混合后破碎，经80目振动筛筛分，得到的电池粉料于天然气流量13Nm3/h(标准立方米/小时)、750℃下还原焙烧2.5小时，将电池粉料中的锂、钴、镍、锰元素分别还原成氧化锂、钴金属、镍金属和氧化锰；向还原焙烧产物中加10m3水浸出，其中氧化锂与水反应得到氢氧化锂，钴金属、镍金属和氧化锰不溶于水，过滤去除其中不溶的钴金属、镍金属和氧化锰，得过滤液8.9m3；向滤液中加浓硫酸1.4吨，调整滤液的pH值为7，将滤液中的氢氧化锂转化为硫酸锂，得硫酸锂料液；硫酸锂料液经离子交换柱深度除杂后，得到净化液9.4m3；向净化液中加入浓度为300g/L的碳酸钠溶液5.1m3，在98℃反应2小时，所得沉淀物加去离子水3.5m3在98℃下逆流洗涤四次，烘干得碳酸锂820千克，所得产品经检测符合YS/T582-2013标准，碳酸锂的纯度达到99.823％。
实施例三
1.0吨含Li6.08％与2.0吨Li4.9％的废旧锂离子电池原料，混合后破碎，经80目振动筛筛分，得到的电池粉料于天然气流量15Nm3/h(标准立方米/小时)、800℃下还原焙烧2.5小时，将电池粉料中的锂、钴、镍、锰元素分别还原成氧化锂、钴金属、镍金属和氧化锰；向还原焙烧产物中加10m3水浸出，其中氧化锂与水反应得到氢氧化锂，钴金属、镍金属和氧化锰不溶于水，过滤去除其中不溶的钴金属、镍金属和氧化锰，得过滤液9.0m3；向滤液中加浓硫酸1.6吨，调整滤液的pH值为7，将滤液中的氢氧化锂转化为硫酸锂；硫酸锂料液经离子交换柱深度除杂后，得到净化液9.8m3；向净化液中加入浓度为300g/L的碳酸钠溶液6.0m3，在98℃反应2小时，所得沉淀物加去离子水4.0m3在98℃下逆流洗涤四次，烘干得碳酸锂965千克，所得产品经检测符合YS/T582-2013标准，碳酸锂的纯度达到99.912％。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种利用废旧锂离子电池制备碳酸锂的方法，其特征在于：
用天然气对废旧锂离子电池的电池粉料进行还原焙烧，然后加水浸出，过滤，向滤液中依次加硫酸和碳酸钠，得到碳酸锂沉淀，向所述碳酸锂沉淀中加去离子水进行洗涤，烘干后得碳酸锂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
将废旧锂离子电池拆解，取出电芯后经破碎、筛分，得到所述电池粉料。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
将电池粉料于天然气流量12Nm3/h、650℃下还原焙烧2.0小时；加水浸出，过滤去除滤渣；向滤液中加硫酸，待滤液中的氢氧化锂与浓硫酸充分反应，得硫酸锂料液；硫酸锂料液经离子交换柱除杂，得净化液；向净化液中加入浓度为300g/L的碳酸钠溶液，在98℃下充分反应，得沉淀物；所述沉淀物加去离子水在98℃下逆流洗涤多次，烘干得碳酸锂。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
所述电池粉料由两种废旧锂离子电池原料混合后破碎筛分得到，两种废旧锂离子电池原料中Li含量分别为3.3％和4.5％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
将电池粉料于天然气流量13Nm3/h、750℃下还原焙烧2.5小时；加水浸出，过滤去除滤渣；向滤液中加硫酸，待滤液中的氢氧化锂与浓硫酸充分反应，得硫酸锂料液；硫酸锂料液经离子交换柱除杂，得净化液；向净化液中加入浓度为300g/L的碳酸钠溶液，在98℃下充分反应，得沉淀物；所述沉淀物加去离子水在98℃下逆流洗涤多次，烘干得碳酸锂。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：
所述电池粉料由两种废旧锂离子电池原料混合筛分得到，两种废旧锂离子电池原料中Li含量分别为3.8％和5.2％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
将电池粉料于天然气流量15Nm3/h、800℃下还原焙烧2.5小时；加水浸出，过滤去除滤渣；向滤液中加硫酸，待滤液中的氢氧化锂与浓硫酸充分反应，得硫酸锂料液；硫酸锂料液经离子交换柱除杂，得净化液；向净化液中加入浓度为300g/L的碳酸钠溶液，在98℃下充分反应，得沉淀物；所述沉淀物加去离子水在98℃下逆流洗涤多次，烘干得碳酸锂。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：
所述电池粉料由两种废旧锂离子电池原料混合筛分得到，两种废旧锂离子电池原料中Li含量分别为6.08％和4.9％。
9.电池级碳酸锂，其特征在于：
采用权利要求1-8任一项所述的方法获得。
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