CN112322899A - 一种浸出处理废锂离子电池正极的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种浸出处理废锂离子电池正极的方法及装置，属于废旧电池处理回收技术领域，解决了现有技术中回收电池采用多重酸浸出的方式或者酸碱结合的浸出方式中消耗酸碱量极大，浸出效率低，资源消耗大的问题。本发明公开一种浸出处理废锂离子电池正极的方法，包括：步骤1、称量废电池经过预处理得到均质电池粉，将浓硫酸配制成硫酸溶液；步骤2、将步骤1称量的均质电池粉与配制的硫酸溶液进行预混合，得到混合均匀的废电池粉末溶液，然后将废电池粉末溶液加入微波反应釜中；步骤3、开启微波，对反应釜中的废电池粉末溶液微波照射进行浸出，控制温度为50‑100℃；步骤4、将浸出液体与炭黑渣分离。实现了废旧电池正极材料的高效、低耗回收。

Description

一种浸出处理废锂离子电池正极的方法及装置

技术领域

本发明涉及废旧电池处理回收技术领域，尤其涉及一种浸出处理废锂离子电池正极的方法及装置。

背景技术

锂离子电池以其高能量密度、循环寿命长、环境友好等优势受到了市场和消费者的青睐，广泛应用于笔记本电脑、相机、手机等便携式电子设备。随着新能源汽车的大发展，动力锂电池作为新能源汽车的―心脏，也随之迅猛发展。锂离子电池的平均使用年限为3-5年，其中含有大量的镍、钴、锰、锂等有价金属，这些有价金属如不回收利用，会对环境造成严重污染。因此，必须对废电池进行资源化利用或无害化处理。与传统有色金属生产企业相比，利用废旧动力锂电池开发再生有价金属，能源消耗可降低85～95％，生产成本可减少50～70％，能有效缓解我国金属资源的短缺问题。锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。现有技术中回收锂离子电池正极材料中镍、钴、锂、锰、铜等的工艺较为繁琐，尤其是在硫酸浸出工序，废锂离子电池正极材料粉末在酸浸过程中酸、碱等化学试剂消耗量过大，且浸出时间长、效率较低，很大程度阻碍了锂离子电池回收产业的发展，不利于环保和持续发展。

CN 109775766 A公开了一种三元电池材料中镍钴元素的快速回收方法，主要步骤为“预处理-焙烧-酸浸-过滤-萃取提纯”，简化了从三元电池中回收镍钴元素的回收方法。专利CN 108987841 A公开了一种两段酸性浸出从废旧锂离子电池中回收有价金属的工艺，可将正极粉料中各有价金属回收，并可对炭黑渣进行二次酸浸，提高了炭黑渣的品质。公开号CN 111302408A公开了一种“碱浸出—酸浸出—调节PH值—沉淀—调节PH值—沉淀—酸溶”的工艺，过程中涉及多次酸碱浸出工序，化学试剂消耗大，效率低。

因此，目前废电池正极材料粉末的利用多采用多重酸浸出的方式或者酸碱结合的浸出的方式，该种废旧电池的处理方式中采用浸出溶解工序中消耗酸碱量极大，浸出效率低，资源消耗大。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种浸出处理废锂离子电池正极的方法及装置，用以解决现有废旧电池的处理方式中浸出溶解工序中消耗酸碱量大，浸出效率低，资源消耗大的问题。

一方面本发明提供一种浸出处理废锂离子电池正极的方法，包括以下主要步骤：

步骤1、称量废电池经过预处理得到均质电池粉，将浓硫酸配制成硫酸溶液；

步骤2、将步骤1称量的均质电池粉与配制的硫酸溶液进行预混合，得到混合均匀的废电池粉末溶液，然后将废电池粉末溶液加入微波反应釜中；

步骤3、开启微波，对反应釜中的废电池粉末溶液微波照射进行浸出，控制温度为50-100℃；

步骤4、将浸出液体与炭黑渣分离。

进一步地，所述步骤2中，加入废电池粉末质量分数2％-6％的添加剂到微波反应釜中，所述添加剂包括：H₂O₂、NaClO、Na₂S₂O₃、NaHSO₃中的一种。

进一步地，所述步骤1中所述预处理为放电、破碎和焙烧处理。

进一步地，步骤1中，配制的硫酸溶液浓度为1mol/L-8mol/L；所述步骤2中，硫酸溶液的体积与加入均质电池粉质量的液固比4-10mL/g。

进一步地，所述步骤3中浸出时间0.5-3h。

另一方面本发明提供一种浸出处理废锂离子电池正极的装置，用于上述浸出处理废锂离子电池正极的方法，其中包括微波反应釜。

进一步地，所述微波反应釜包括釜体、微波发生装置、搅拌装置、排热装置及保护气氛管路；

所述釜体顶部设有进料口和排气口，所述釜体底部设有出料口；

所述微波发生装置由均匀分布在釜体外侧壁上的微波单元构成；

所述保护气氛管路用于向釜体外侧的微波单元布置空间内通入保护气，保护微波装置不受污染。

进一步地，所述釜体包括金属外壁和内衬，所述内衬材料为透波性材料；

所述透波性材料包括聚碳酸酯材料、聚乙烯材料、聚丙烯材料、聚四或氟乙烯材料。

进一步地，所述微波单元包括电连接的磁控管、二级管、变压器及波导。

进一步地，所述微波反应釜还包括金属外箱体；

所述微波单元设置在金属外箱体内，金属外箱体设置有保护气进口，在釜体外侧与金属外箱体内壁间的通道内充满保护气。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1、通过微波辐射促进废锂离子电池浸出，提高了浸出工序的效率，浸出时间可缩短三分之一，提高了各元素的浸出率，元素浸出率可达到99.5％以上，减少了硫酸消耗，浸出中酸的消耗可降低10％。

2、通过对微波辐射条件进行控制，使浸出工序的控制更加精确，可实现废锂电池正极材料粉末中的镍、钴、锰、铜、锂等金属的清洁、高效提取分离，节能减排效果明显，具有显著的经济效益和环境效益。

3、由于微波辐射促进浸出过程，使得浸出所需温度降低，可减少对设备的侵蚀，不需要传统蒸汽换热，可避免因设备腐蚀、结垢导致的浸出效率降低等问题。工艺过程灵活，不受蒸汽来源、供给等的影响。浸出效率高可使反应槽罐体积大大缩小，生产周期和工艺流程缩短。

4、在浸出过程中，微波可以直接作用于物质分子，促进电池中各金属元素与浸出介质的反应，提高浸出速度，克服活化能垒；微波直接加热物质分子，避免传统加热过程中因温度梯度造成的传热效率低的现象。微波强化浸出是利用极性浸出剂分子及水分子以上亿次每秒的速度高速旋转来实现对物质的浸蚀和向其内部渗透的，避免了动力学上扩散控制对浸出速率的影响。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为实施例1废锂离子电池正极的浸出方法工艺流程图。

图2为实施例2废锂离子电池正极的浸出方法工艺流程图。

图3为实施例3废锂离子电池正极的浸出方法工艺流程图。

图4为实施例4废锂离子电池正极的浸出方法工艺流程图。

图5a为实施例5微波反应釜主视示意图。

图5b为实施例5微波反应釜侧视示意图。

图5c为实施例5微波反应釜沿图5a中c-c位置剖视示意图。

图5d为实施例5微波反应釜沿图5a中d-d位置剖视示意图。

图5e为实施例5微波反应釜底部局部放大结构示意图。

附图标记：

1-釜体；2-料浆液面；3-微波单元；4-进料口；5-排气口；6-出料口；7-观察窗；8-搅拌电机；9-电磁阀；10-密封；11-叶片；12-搅拌轴；13-外箱体；14-排风口；15-排风管；16-风机；17-微波单元安装位置；18-波导管；19-保护气氛管路。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

锂离子电池以其高能量密度、循环寿命长、环境友好等优势受到了市场和消费者的青睐，广泛应用于笔记本电脑、相机、手机等便携式电子设备。同时新能源汽车的大发展，动力锂电池作为新能源汽车的动力，也随之迅猛发展。锂离子电池的平均使用年限为3-5年，其中含有大量的镍、钴、锰、锂等有价金属，这些有价金属如不回收利用，会对环境造成严重污染。因此，必须对废电池进行资源化利用或无害化处理。目前废电池正极材料粉末的利用多采用多重酸浸出的方式或者酸碱结合的浸出的方式，该种废旧电池的处理方式中采用浸出溶解工序中消耗酸碱量极大，浸出效率低，资源消耗大。

一方面，本发明提供了一种浸出处理废锂离子电池正极的方法，包括以下主要步骤：步骤1、称量废电池经过预处理得到均质电池粉，将浓硫酸制成硫酸溶液(如在中间罐配中配置)；步骤2、将步骤1称量的均质电池粉与配制的硫酸溶液进行预混合，得到混合均匀的废电池粉末溶液，然后将废电池粉末溶液加入微波反应釜中，硫酸溶液的体积与加入电池粉质量的液固比4-10mL/g；步骤3、开启微波，对反应釜中的溶液照射进行浸出，控制温度为50-100℃；步骤4、将浸出液体与炭黑渣分离。

浸出过程初期由于酸浓度高，反应较剧烈，随着反应进行，酸的消耗，反应趋于温和。

酸浸出过程实际也是个酸溶解过程，过程中的浸出液中可溶性物质为镍、钴、锰、锂、硫酸根，少量的铁、铝、铜、钙、镁等，不溶性物质为未参加反应的炭黑渣。浸出过程中的钴酸锂LiCoO₂、锰酸锂LiMn₂O₄等金属酸的锂盐反应式如下：(以钴酸锂为例)

6H₂SO₄+4LiCoO₂→4CoSO₄+2Li₂SO₄+6H₂O+O₂↑

氧化镁MgO、氧化铜CuO、氧化镍NiO、氧化亚锰MnO等金属氧化物的反应式如下：(以氧化镍为例)

NiO+H₂SO₄→NiSO₄+H₂O

微波对化学反应具有明显的促进作用，其频率为300MHz-3000GHz，波长约为100μm-1mm，此波段的电磁波可直接作用于分子层面，可促进分子的转动、振动等，使能量直接传递给分子，改变了传统梯度传热的方式。酸在水中电离为氢离子H⁺和酸根离子，H⁺在水溶液中由于溶剂化作用被水分子包裹，微波能有效破坏水的溶剂化作用，有效的增加H⁺与电池粉的接触和碰撞，加速反应的进行。在酸浸出过程中，微波可与电池粉中物质分子直接作用，能量直接传递到分子层面，有利于分子克服活化能垒，促进物质分子与酸液进行反应。

需要说明的是，本发明废旧电池，包括：笔记本电脑、相机、手机等便携式电子设备锂离子电池和电动汽车锂离子动力电池。本发明使用的电池粉是经过预处理得到的均质电池粉，即已经过放电、破碎、焙烧处理。所选均质电池粉平均粒度为200μm-1mm。电池粉颗粒的大小对浸出效果有重要影响。电池粉颗粒过大，会造成浸出反应困难，反应难以彻底，浸出效果较差。电池粉颗粒太小，则浸出效率低。

需要说明的是，配置得到的硫酸溶液的浓度范围为1mol/L-8mol/L，所配置硫酸溶液浓度太高，会导致酸的消耗量过大，提高浸出成本。配置硫酸溶液浓度太低可能会造成浸出率降低。同时，综合考虑反应的液固比、反应量等因素，确定选择此浓度范围。

不同于传统工艺中使用酸或碱进行高温处理，本发明微波促进锂离子电池阳极浸出，反应温度控制在50-100℃范围内即可。温度越高能耗越大、浸出工序成本越高，若浸出过程温度太低会造成浸出效率降低。

硫酸溶液的体积与加入电池粉质量的液固比范围为4:1～10:1，即4-10mL/g。液固比太高，则浸出所消耗酸多，若液固比太低则固体难以与酸充分反应，导致浸出率低。

浸出液体与炭黑渣的分离操作可使用过滤和离心操作，过滤操作包括真空抽滤、板框压滤等方式。

为了促进Fe、Co、Ni、Mn等拥有多价态的金属离子的浸出，在步骤2中，加入2％-6％的添加剂到微波反应釜中，添加剂包括：过氧化氢H₂O₂、次氯酸钠NaClO、硫代硫酸钠Na₂S₂O₃、亚硫酸氢钠NaHSO₃中的一种或多种。

其中，过氧化氢和次氯酸钠是氧化剂，可以将反应中生成的金属离子进一步氧化为更高价的金属离子，增加金属离子在溶液中的总溶解度，同时可以降低浸出得到的金属离子的浓度，促进反应的进行。而硫代硫酸钠和亚硫酸氢钠是还原剂，可以将反应中生成的金属离子进一步还原为更低价的金属离子，增加金属离子在溶液中的总溶解度，同时可以降低浸出得到的金属离子的浓度，促进反应的进行。上述氧化和还原性质的添加剂的加入可以大大促进Fe、Co、Ni、Mn等拥有多价态的金属离子的浸出。例如浸出物为含Fe(Ⅱ)的电池粉，过氧化氢将浸出反应生成的Fe²⁺氧化为Fe³⁺：2FeSO₄+H₂O₂+H₂SO₄→Fe₂(SO₄)₃+2H₂O。

一种可行的改进是，浸出时间0.5-3h，照射的微波的频率为2450MHz或者915MHz，功率为500-20000W。

选用的微波频率是国标规定的两个频段用于民用的微波频率915MHz和2450MHz。该频率适用范围广，应用范围广，相应的微波发生和控制装置工业生产量大，易于获得且价格便宜。功率是按照加入的电池粉的量和酸量确定的，功率在微波照射过程中连续可调，范围为500-20000W，按照温度的变化自动调节，保证反应温度不超过100℃，不低于50℃。

另一方面，本发明提供了一种浸出处理废锂离子电池正极的装置，其中包括微波反应釜。微波反应釜，包括釜体、微波发生装置、搅拌装置、排热装置及保护气氛管路，釜体顶部设有进料口和排气口，釜体底部设有出料口；所述微波发生装置由间隔均匀分布在釜体外侧壁上的微波单元构成；保护气氛管路通入空气或氮气，保护微波溃口及波导等微波装置不受酸气污染，保护气充满在反应釜外侧与金属外箱的通道内，保护气管路进口和出口与金属外箱相连。

氮气保护的作用是防止酸碱对磁控管、波导等的腐蚀影响，同时也可防止逸出的酸蒸气对设备的腐蚀。

微波反应釜由金属外壁及透波性材料内衬制成，透波性材料包括PC(聚碳酸酯材料)、聚乙烯材料等；所述微波发生装置的每个微波单元均包括电连接的磁控管、二级管、变压器及波导；微波单元的磁控管功率为500～20000W，微波频率2450MHz或915MHz；微波波导管路由金属材料制成，微波波导管路为矩型管或圆型管；微波发生装置外部采用金属外箱体将微波单元与外部空间隔开；在金属外箱体上设有排风管，与排热风机连接。

搅拌装置自上而下设有2～10组叶片，叶片为螺旋桨形、涡轮形、平直桨形中的一种或者其任意组合。搅拌装置包括固定于搅拌电机下方并伸入到釜体内的搅拌轴，搅拌轴与釜体的连接处密封，在搅拌轴上固定有叶片；转速为50r/min～300r/min。

叶片的转速即为反应的搅拌速度，因本反应是液固非均相反应，因此，搅拌速度太低会造成固体周围的反应局部产物浓度过高，酸浓度过低，影响反应速率。搅拌速度过快会造成反应液移动过于剧烈，既会存在反应液涌入其他腔室的风险，也会造成因搅拌过于剧烈，大量气体进入反应体系，造成液固表面接触的气体阻隔层，对反应造成不利影响。

在一种可能的改进中，微波发生装置的排布可以采用每个微波单元通过间隔均匀分布在釜体外侧的方式实现微波均匀辐射，也可采用微波通过波导管分散传输的方式，使微波均匀分布在釜体周围；也可采用微波单元间隔排布和微波通过波导管分散传输相结合的方式，使微波均匀分布在釜体周围。

磁控管的分布位置直接影响微波电磁场的分布、均匀性等关键问题，对微波磁控管的寿命也有很大影响。因微波是促进该反应的关键，保证微波的均匀辐射有利于反应的充分和均匀，也有助于提高反应效率。

与现有技术相比，由于采用了微波辅助浸出，相比传统浸出的酸浓度更低，浸出的效率提高，浸出所需要的时间缩短。另外，更加节能，更加环保，传统浸出需要高温蒸汽，需要锅炉，即便是采用余热，能耗也较高。

实施例1

一种废锂离子电池正极的浸出方法，如图1所示，废锂离子电池粉末为典型的三元锂电池正极材料粉末，成分见表1，平均粒度为200μm。双氧水H₂O₂为分析纯，硫酸为工业硫酸，成分如表2。

表1电池粉成分/wt％

Ni	Co	Mn	Li	C	Fe	Cu	Zn
								24.7	18.3	18	4.1	1.8	12.8	15.5	1.28

表2硫酸成分/wt％

H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>	灰份	Fe	As	Pb
					≥98	≤0.02	≤0.005	≤0.0001	≤0.005

表3浸出液体成分/mol/L

Ni	Co	Mn	Li	Fe	Cu	Zn
							0.74	0.55	0.58	1.05	0.40	0.43	0.035

表4炭黑渣成分/wt％

C	Mn	Fe	有机物	Ni	Zn
						99	0.05	0.05	0.01	0.01	0.005

首先，准备原料。将电池粉从料仓中经皮带秤定量称量输送至加料中间罐，打开浓硫酸管道阀门，量取定量浓硫酸至中间罐，并在中间罐中加入去离子水配制成2.5mol/L硫酸溶液；

然后将硫酸溶液与定量电池粉从进料口加入微波反应釜中，控制硫酸溶液与定量电池粉的液固比5:1。微波反应釜如图5a-5e所示。

进料完成后，开启微波加热反应釜中的物料，微波频率915MHz，选择初始功率50kw，过程中不断调整微波功率，使物料温度保持在设定温度80℃，调节转速200r/min，然后缓慢加入电池粉质量2％的H₂O₂，保持1.5h。

浸出过程中，通过保护气管向反应釜外侧与金属外箱间的通道内通入氮气，全程保护，使磁控管、波导、溃口不受酸的影响。

浸出完成后，将浸出液体从微波反应釜出料口排出，送至过滤器，使浸出液体即浸出的金属离子液体与炭黑渣分离，浸出液体成分如表3所示，炭黑渣成分如表4，电池粉中的各元素实现了几乎全部浸出，浸出率可达99.5％以上，浸出液体可用于元素的进一步富集提取，炭黑渣收集待处理。

实施例2

一种废锂离子电池正极的浸出方法，如图2所示，废锂离子电池粉末为典型的三元锂电池正极材料粉末，成分见表5，平均粒度为300μm。NaClO为分析纯，硫酸为工业硫酸，成分如表6。

表5电池粉成分/wt％

Ni	Co	Mn	Li	C	Fe	Cu	Zn
								24.7	18.3	18	4.1	0.8	12.8	15.5	1.28

表6硫酸成分/wt％

H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>	灰份	Fe	As	Pb
					≥98	≤0.02	≤0.005	≤0.0001	≤0.005

表7浸出溶液成分/mol/L

Ni	Co	Mn	Li	Fe	Cu	Zn
							0.50	0.37	0.39	0.70	0.27	0.29	0.023

表8炭黑渣成分/wt％

C	Mn	Fe	有机物	Ni	Zn
						99.2	0.07	0.003	0.01	0.005	0.005

首先，电池粉从料仓中经皮带秤定量称量输送至加料中间罐，打开浓硫酸管道阀门，量取定量浓硫酸至配酸中间罐，加入定量去离子水，配置3.5mol/L的硫酸溶液，将硫酸溶液泵送至预混中间罐中，开启搅拌电机，然后将定量电池粉加入预混中间罐中，控制液固比8:1，搅拌均匀后，通过输送泵泵送至微波反应釜中。进料完成后，开启微波加热反应釜中的溶液，微波频率2450MHz，选择初始功率60kw，过程中不断调整微波功率，使溶液温度保持在设定温度90℃，调节转速150r/min，加入电池粉质量2.5％的NaClO，保持2h，整个浸出过程中，由保护气管通入压缩空气至反应釜外侧与金属外箱的通道内，全程保护，使磁控管、波导、溃口不受酸的影响。浸出完成后，将浸出浆液从微波反应釜出料口排出至离心过滤器，使浸出液体与炭黑渣分离，浸出液体成分如表7所示，炭黑渣成分如表8，电池粉中的各元素实现了几乎全部浸出，浸出率可达99.5％以上，浸出液体可用于元素的进一步富集提取，，炭黑渣收集待处理。

实施例3

一种废锂离子电池正极的浸出方法，如图3所示，废锂离子电池粉末为典型的磷酸铁锂电池正极材料粉末，成分见表9，平均粒度为200μm。亚硫酸钠Na₂SO₃为分析纯，硫酸为工业硫酸，成分如表10。

表9电池粉成分/wt％

Li	C	Fe	P	Al	Zn
						5.0	0.3	50.58	25	14.3	1.83

表10硫酸成分/wt％

H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>	灰份	Fe	As	Pb
					≥98	≤0.02	≤0.005	≤0.0001	≤0.005

表11浸出溶液成分/mol/L

Al	Li	Fe	P	Zn
					0.93	1.25	1.59	1.59	0.04

表12炭黑渣成分/wt％

C	Fe	Zn	P
				99.2	0.23	0.15	0.3

电池粉从料仓中经皮带输送机输送至称量中间罐中称量，打开浓硫酸管道阀门，量取定量浓硫酸至配酸中间罐，加入定量去离子水，配置2mol/L的硫酸溶液，将硫酸溶液加入预混中间罐中，开启搅拌电机，然后将称量中间罐中的电池粉加入预混中间罐中，控制液固比10mL/g，搅拌均匀后，输送泵送至微波反应釜中，微波反应釜如图所示。进料完成后，开启微波加热反应釜中的料液，微波频率915MHz，选择初始功率50kw，过程中不断调整微波功率，使溶液温度保持在设定温度70℃，调节转速100r/min，缓慢加入电池粉质量2.5％的H₂O₂，保持1h，整个浸出过程中，由保护气管通入氮气至反应釜外侧与金属外箱的通道内，全程保护，使磁控管、波导、溃口不受酸的影响。浸出完成后，将浸出浆液从微波反应釜出料口排出，送至离心过滤器，使浸出液体与炭黑渣分离，液体送至下一步处理工序，炭黑渣收集待处理。

需要说明的是，不同于其他金属以阳离子存在于浸出溶液中，浸出的磷元素以磷酸根状态存在，可加入氢氧化钙，使磷酸根转变为磷酸钙，直接售给化肥厂。

磷酸铁锂电池酸浸出化学反应式：

2LiFePO₄+3H₂SO₄＝Li₂SO₄+2FeSO₄+2H₃PO₄

实施例4

一种废锂离子电池正极的浸出方法，如图4所示，废锂离子电池粉末为典型的三元锂电池正极材料粉末，成分见表13，平均粒度为1mm。硫代硫酸钠Na₂S₂O₃为分析纯，硫酸为工业硫酸，成分如表14。

表13电池粉成分/wt％

Co	Ni	Mn	Li	Cu	Al	Fe	Zn	C
									14.62	35.48	19.13	5.9	0.62	1.16	0.5	1.28	0.2

表14硫酸成分/wt％

H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>	灰份	Fe	As	Pb
					≥98	≤0.02	≤0.005	≤0.0001	≤0.005

表15浸出溶液成分/mol/L

Co	Ni	Mn	Li	Cu	Al	Fe
							0.188	0.456	0.26	0.647	0.0015	0.033	0.007

表16炭黑渣成分/wt％

C	Mn	Fe	有机物	Ni	Zn
						99.2	0.07	0.003	0.01	0.005	0.005

粗电池粉经球磨后转移至细电池粉仓，细电池粉从舱中经皮带输送机输送至称量中间罐称量，打开浓硫酸管道阀门，量取定量浓硫酸至配酸中间罐，加入定量去离子水，配置一定浓度的硫酸溶液，将硫酸溶液加入预混中间罐中，开启搅拌电机，然后将称量中间罐中的电池粉加入预混中间罐中，搅拌均匀后，输送泵送至微波反应釜中，微波反应釜如图所示。进料完成后，开启微波加热反应釜中的溶液，微波频率2450MHz，选择初始功率60kw，过程中不断调整微波功率，使溶液温度保持在设定温度90℃，调节转速120r/min，缓慢加入电池粉质量2％的NaClO，保持1h，整个浸出过程中，由保护气管通入压缩空气至反应釜外侧与金属外箱的通道内，全程保护，使磁控管、波导、溃口不受酸的影响。浸出完成后，将浸出浆液从微波反应釜出料口排出，送至离心过滤器，使浸出液体与炭黑渣分离，液体送至下一步处理工序，炭黑渣收集待处理。

实施例5

本实施例提供了一种废锂离子电池正极的浸出装置，可用于实现实施例1-4的废旧锂离子电池正极的浸出处理，如图5a-5e所示：

包括微波反应釜，微波反应釜包括釜体1、微波发生装置、搅拌装置、排热装置及保护气氛管路19，釜体1顶部设有进料口4和排气口5，釜体1底部设有出料口6和电磁阀9；微波发生装置由间隔分布在釜体外侧壁上的微波单元构成；保护气氛管路19通入空气，保护微波溃口及波导管18微波装置不受酸气污染，保护气充满在反应釜外侧与金属外箱体13的通道内，保护气管路进口和出口与金属外箱13相连。微波反应釜由金属外壁及内衬透波性材料制成，内衬透波性材料为聚乙烯。

微波发生装置的每个微波单元均包括电连接的磁控管、二级管、变压器及波导管18；微波单元的磁控管功率为500～20000W连续可调，微波频率可以选择控制2450MHz或915MHz；所述微波波导管路18由金属材料制成，微波波导管路为圆型管；微波发生装置外部采用金属外箱体13将微波单元与外部空间隔开；在金属外箱体上设有排风管15，与排热风机16连接。

搅拌装置自上而下设有5组叶片11，叶片11为平直桨形。搅拌装置包括固定于搅拌电机8下方并伸入到釜体内的搅拌轴12，搅拌轴12与釜体1的连接处密封，在搅拌轴上固定有叶片11；可调转速范围为50r/min～300r/min。

微波安装装置17的排布可以采用微波通过波导管分散传输的方式，使微波均匀分布在釜体1周围；使微波均匀分布在釜体1周围。

实施废锂离子电池正极的浸出处理时，将原料泵送至微波反应釜中，进料完成后，开启微波加热反应釜中的溶液，过程中不断调整微波功率，使物料温度保持在设定温度，调节转速。浸出过程中，通过保护气管向反应釜外侧与金属外箱间的通道内通入氮气，全程保护，使磁控管、波导、溃口不受酸的影响。

浸出完成后，将浸出液体从微波反应釜出料口排出，进行后续操作。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种浸出处理废锂离子电池正极的方法，其特征在于，包括以下主要步骤：

步骤1.称量废电池经过预处理得到的均质电池粉，将浓硫酸配制成硫酸溶液；

步骤2.将步骤1称量的均质电池粉与配制的硫酸溶液进行预混合，得到混合均匀的废电池粉末溶液，然后将废电池粉末溶液加入微波反应釜中；

步骤3.开启微波，对反应釜中的废电池粉末溶液微波照射进行浸出，控制温度为50-100℃；

步骤4.将浸出液体与炭黑渣分离。

2.根据权利要求1所述一种浸出处理废锂离子电池正极的方法，其特征在于，所述步骤2中，加入废电池粉末质量分数2％-6％的添加剂到微波反应釜中，所述添加剂包括：H₂O₂、NaClO、Na₂S₂O₃、NaHSO₃中的一种。

3.根据权利要求1所述一种浸出处理废锂离子电池正极的方法，其特征在于，所述步骤1中所述预处理为放电、破碎和焙烧处理。

4.根据权利要求1所述一种浸出处理废锂离子电池正极的方法，其特征在于，步骤1中，配制的硫酸溶液浓度为1mol/L-8mol/L；所述步骤2中，硫酸溶液的体积与加入均质电池粉质量的液固比4-10mL/g。

5.根据权利要求1所述一种浸出处理废锂离子电池正极的方法，其特征在于，所述步骤3中浸出时间0.5-3h。

6.一种浸出处理废锂离子电池正极的装置，用于权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，包括微波反应釜。

7.根据权利要求6所述的一种浸出处理废锂离子电池正极的装置，其特征在于，所述微波反应釜包括釜体、微波发生装置、搅拌装置、排热装置及保护气氛管路；

所述釜体顶部设有进料口和排气口，所述釜体底部设有出料口；

所述微波发生装置由均匀分布在釜体外侧壁上的微波单元构成；

所述保护气氛管路用于向釜体外侧的微波单元布置空间内通入保护气，保护微波装置不受污染。

8.根据权利要求7所述的一种浸出处理废锂离子电池正极的装置，其特征在于，所述釜体包括金属外壁和内衬，所述内衬材料为透波性材料；

所述透波性材料包括聚碳酸酯材料、聚乙烯材料、聚丙烯材料、聚四或氟乙烯材料。

9.根据权利要求6所述的一种浸出处理废锂离子电池正极的装置，其特征在于，所述微波单元包括电连接的磁控管、二级管、变压器及波导。

10.根据权利要求7所述的一种浸出处理废锂离子电池正极的装置，其特征在于，所述微波反应釜还包括金属外箱体；

所述微波单元设置在金属外箱体内，金属外箱体设置有保护气进口，在釜体外侧与金属外箱体内壁间的通道内充满保护气。

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