FR3140212A1 - Procédé de récupération pour une batterie au phosphate de lithium-fer - Google Patents

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Dingshan RUAN
You Zhou
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Abstract

Un procédé de récupération pour une batterie au phosphate de lithium-fer est fourni, lequel procédé appartient au domaine technique de la récupération de batteries au phosphate de lithium-fer. Dans la présente demande, le cuivre et l’aluminium sont sélectivement lixiviés dans une étape différente du lithium de sorte que les impuretés de cuivre et d’aluminium soient empêchées d’entrer dans une liqueur de lixiviation de lithium, et la liqueur de lixiviation de lithium peut être directement utilisée pour la précipitation et la préparation du carbonate de lithium, évitant ainsi une perte de lithium due à l’élimination des impuretés du cuivre et de l’aluminium de précipitation et un effet sur le taux de récupération du lithium. Dans la présente demande, le phosphate de fer et le graphite dans un deuxième résidu de lixiviation sont utilisés comme cathode, le lithium dans une liqueur résiduaire de précipitation de lithium et l’eau de lavage est enrichi par un procédé d’électrodéposition, et le phosphate de lithium-fer enrichi est renvoyé à la procédure de lixiviation de lithium sélective. La procédure résout les problèmes suivants dans le processus conventionnel d’enrichissement du lithium par évaporation et cristallisation et ensuite de précipitation du lithium avec du carbonate de sodium : (a) un acide doit être ajouté avant l’évaporation et la cristallisation pour éliminer le carbonate, consommant l’acide ; (b) l’évaporation et la cristallisation ont une consommation d’énergie élevée ; (c) les cristaux de sulfate de sodium précipités dans le processus d’évaporation enlèvent une partie du sel de lithium, provoquant une perte de lithium et un faible rendement global en lithium.

Description

PROCÉDÉ DE RÉCUPÉRATION POUR UNE BATTERIE AU PHOSPHATE DE LITHIUM-FER
La présente demande se rapporte au domaine technique de récupération de batteries au phosphate de lithium-fer et, en particulier, à un procédé de récupération pour une batterie au phosphate de lithium-fer.
ARRIÈRE-PLAN
Les matériaux de cathode de phosphate de lithium-fer présentent les avantages d’un prix bas, de bonnes performances de cycle, d’une capacité spécifique théorique élevée (170 mAh/g), d’une stabilité thermique supérieure, et d’une sécurité et d’une fiabilité. Les batteries au phosphate de lithium-fer sont largement utilisées dans les domaines des gros véhicules électriques, des véhicules électriques hybrides, et autres analogues. La durée de vie d’une batterie d’alimentation au lithium-ion est généralement de 3 à 5 ans. Avec le développement rapide de l’industrie des véhicules à énergie nouvelle, un grand nombre de batteries d’alimentation usagées sont mises au rebut, provoquant inévitablement un grand gaspillage de ressources et une grave pollution de l’environnement. La récupération des batteries d’alimentation au phosphate de lithium-fer usagées est d’une grande importance pour le développement durable de l’industrie des véhicules électriques à énergie nouvelle en Chine.
Les procédés actuels de récupération du phosphate de lithium-fer comprennent un procédé de réparation directe et une lixiviation sélective par un procédé par voie humide. Le brevet chinois CN113683073A divulgue un procédé de récupération et de régénération du phosphate de lithium-fer dans une batterie au lithium-ion usagée, qui comprend principalement les étapes de recristallisation du phosphate de lithium-fer par grillage au micro-ondes et de régénération d’un matériau de cathode de phosphate de lithium-fer. Le brevet chinois CN201710282875.9 divulgue une technique écologique de réparation et de régénération pour un matériau de phosphate de lithium-fer dans une batterie usagée, où les poudres de cathode de phosphate de lithium-fer sont réparées et régénérées par ajustement de la proportion de phosphate de lithium-fer, ajout d’une source de carbone, broyage à boulets, et grillage sous atmosphère. Cependant, les poudres de cathode de phosphate de lithium-fer pour la réparation doivent être de très haute qualité, et les poudres de cathode ont une teneur en aluminium inférieure à 0,02% et une teneur en carbone inférieure à 2%. Les poudres noires de batterie obtenues par concassage et tamisage des batteries au phosphate de lithium-fer usagées à grande échelle sont difficiles à répondre aux exigences de qualité pour une réparation directe.
Le brevet chinois CN110331288B divulgue un procédé d’extraction sélective du lithium à partir d’un matériau de phosphate de lithium-fer usagé, qui comprend les étapes d’immersion du matériau de phosphate de lithium-fer usagé dans une solution d’hydroxyde de sodium pour l’élimination de l’aluminium par immersion dans un alcali, de filtration et de séchage du matériau filtré avec l’aluminium éliminé pour obtenir des poudres de phosphate de lithium-fer, et de récupération du filtrat d’aluminate de sodium filtré ; de mise des poudres de phosphate de lithium-fer dans un four de chauffage, d’introduction d’un gaz d’extraction de lithium sélectif et de grillage des poudres de phosphate de lithium-fer pour obtenir un composé de phosphate de fer et de lithium ; d’ajout du composé de phosphate de fer et de lithium à un broyeur à boulets, de réalisation d’un broyage humide à boulets et de filtration pour obtenir un solide de phosphate de fer et une solution contenant du lithium ; d’ajustement du pH de la solution contenant du lithium entre 9,0 et 11,0 et d’élimination des impuretés pour obtenir une solution de lithium pure ; et d’ajout d’une solution de carbonate de sodium à la solution de lithium pure pour une réaction, de filtration, et de lavage et de séchage du solide filtré pour obtenir du carbonate de lithium. Dans le processus ci-dessus de préparation de carbonate de lithium purifié, le carbonate de lithium a un faible rendement direct, la teneur en lithium dans la liqueur résiduaire de précipitation de lithium de carbonate de sodium et de l’eau de lavage est comprise entre 1 et 3 g/L, et le rendement direct en lithium est compris entre 60% et 70% seulement. Le lithium dans la liqueur résiduaire de précipité est enrichi par évaporation et cristallisation et ensuite la liqueur résiduaire de précipité continue d’être utilisée pour la précipitation du lithium, le sel de lithium sera co-précipité avec le sel de sodium précipité pendant le processus d’évaporation, et le lithium co-précipité par le sel de sodium est difficile à récupérer. Par conséquent, le processus conventionnel de précipitation du lithium lixivié par voie humide par le carbonate de sodium et d’enrichissement du lithium par évaporation et cristallisation présente les problèmes d’un long flux de processus, d’une consommation d’énergie élevée et d’un faible rendement global en lithium.
RÉSUMÉ
Pour surmonter les inconvénients de l’art existant, la présente demande fournit un procédé de récupération pour une batterie au phosphate de lithium-fer, résolvant les problèmes d’un long flux de processus, d’une consommation d’énergie élevée et d’un faible rendement global en lithium dans le processus conventionnel de précipitation du lithium lixivié par voie humide par le carbonate de sodium et d’enrichissement du lithium par évaporation et cristallisation.
Pour atteindre l’objet précédent, la présente demande adopte les solutions techniques ci-dessous. Un procédé de récupération pour une batterie au phosphate de lithium-fer est fourni, lequel procédé comprend :
S1 : la décharge, le concassage et le tamisage d’une batterie au phosphate de lithium-fer usagée pour obtenir des feuilles de cuivre et d’aluminium et des poudres de cathode et d’anode de batterie ;
S2 : la soumission des poudres de cathode et d’anode de batterie à une réaction de lixiviation primaire et la réalisation d’une séparation pour obtenir une liqueur de lixiviation de lithium et un premier résidu de lixiviation ;
S3 : la soumission du premier résidu de lixiviation à une réaction de lixiviation secondaire et la réalisation d’une séparation pour obtenir une liqueur de lixiviation de cuivre et d’aluminium et un deuxième résidu de lixiviation ;
S4 : la mise en contact de la liqueur de lixiviation de lithium avec un alcali pour obtenir un précipité de carbonate de lithium et une liqueur résiduaire de précipité, et le lavage du précipité de carbonate de lithium pour obtenir un produit de carbonate de lithium et de l’eau de lavage ; et
S5 : l’application du deuxième résidu de lixiviation sur une plaque d’électrode, le séchage de la plaque d’électrode pour obtenir une plaque de cathode, le placement de la plaque de cathode et d’une plaque d’anode dans une cellule électrolytique, et la réalisation d’une électrolyse avec la liqueur résiduaire de précipité et l’eau de lavage obtenues dans l’étape S4 en tant qu’électrolyte pour obtenir du phosphate de lithium-fer ; et le retour du phosphate de lithium-fer à l’étape S2.
En tant que mode de réalisation préféré du procédé de récupération de la présente demande, dans l’étape S2, la réaction de lixiviation primaire comprend : l’immersion des poudres de cathode et d’anode de batterie dans une solution d’acide sulfurique, l’ajout d’un premier agent oxydant, et la réalisation d’une lixiviation pendant 1 à 4 h à un pH allant de 3,5 à 6, une température allant de 60 à 90°C et un rapport liquide-solide de (3-6) : 1.
En tant que mode de réalisation préféré du procédé de récupération de la présente demande, une masse du premier agent oxydant est 0,2 à 1 fois la masse des poudres de cathode et d’anode de batterie.
En tant que mode de réalisation préféré du procédé de récupération de la présente demande, dans l’étape S3, la réaction de lixiviation secondaire comprend : l’immersion du premier résidu de lixiviation dans une solution d’acide sulfurique, l’ajout d’un deuxième agent oxydant et la réalisation d’une lixiviation pendant 1 à 4 h à un pH allant de 0,5 à 2,5, une température allant de 60 à 90°C et un rapport liquide-solide de (3-6) : 1.
En tant que mode de réalisation préféré du procédé de récupération de la présente demande, une masse du deuxième agent oxydant est 0,2 à 1 fois la masse du premier résidu de lixiviation.
En tant que mode de réalisation préféré du procédé de récupération de la présente demande, le premier agent oxydant et le deuxième agent oxydant sont chacun indépendamment choisis parmi H2O2, NaClO3, KClO3ou KMnO4.
En tant que mode de réalisation préféré du procédé de récupération de la présente demande, dans l’étape S5, l’électrolyse a les paramètres suivants : un intervalle allant de 5 à 10 mm entre la plaque de cathode et la plaque d’anode dans la cellule électrolytique, une tension de cellule allant de 0,8 à 2 V, et une densité de courant allant de 14 à 20 A/m2.
En tant que mode de réalisation préféré du procédé de récupération de la présente demande, dans l’étape S5, la plaque d’anode est l’une d’une plaque de graphite, d’une plaque de titane et d’une plaque d’alliage plomb-étain-calcium.
Par rapport à l’art existant, la présente demande a les effets bénéfiques décrits ci-dessous.
1. Dans la présente demande, le cuivre et l’aluminium sont sélectivement lixiviés dans une étape différente du lithium de sorte que les impuretés de cuivre et d’aluminium soient empêchées d’entrer dans la liqueur de lixiviation de lithium, et la liqueur de lixiviation de lithium peut être directement utilisée pour la précipitation et la préparation du carbonate de lithium, évitant ainsi une perte de lithium due à l’élimination des impuretés du cuivre et de l’aluminium de précipitation et un effet sur le taux de récupération du lithium.
2. Dans la présente demande, le phosphate de fer et le graphite dans le deuxième résidu de lixiviation sont utilisés comme cathode, le lithium dans la liqueur résiduaire de précipitation de lithium et l’eau de lavage est enrichi par un procédé d’électrodéposition, et le phosphate de lithium-fer enrichi est renvoyé à la procédure de lixiviation de lithium sélective. La procédure résout les problèmes suivants dans le processus conventionnel d’enrichissement du lithium par évaporation et cristallisation et ensuite de précipitation du lithium avec du carbonate de sodium : (a) un acide doit être ajouté avant l’évaporation et la cristallisation pour éliminer le carbonate, consommant l’acide ; (b) l’évaporation et la cristallisation ont une consommation d’énergie élevée ; (c) les cristaux de sulfate de sodium précipités dans le processus d’évaporation enlèvent une partie du sel de lithium, provoquant une perte de lithium et un faible rendement global en lithium.
La est un organigramme d’un processus de récupération pour une batterie au phosphate de lithium-fer dans l’exemple 1 de la présente demande.
 DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Pour mieux illustrer les objets, les solutions techniques et les avantages de la présente demande, la présente demande est décrite plus en détail ci-dessous à travers les exemples et les dessins. Sauf indication contraire, toutes les matières premières et tous les réactifs dans la présente demande sont des matières premières et des réactifs conventionnels qui sont disponibles dans le commerce.
La présente demande fournit un procédé de récupération pour une batterie au phosphate de lithium-fer, comprenant les étapes ci-dessous.
Dans S1, une batterie au phosphate de lithium-fer usagée est déchargée, concassée et tamisée pour obtenir des feuilles de cuivre et d’aluminium et des poudres de cathode et d’anode de batterie.
Il convient de noter que la puissance restante de la batterie au phosphate de lithium-fer usagée peut être libérée en déchargeant la batterie, de sorte que les opérations ultérieures puissent être réalisées en toute sécurité. Le mode de décharge n’est pas particulièrement limité, et l’opération de décharge peut être réalisée selon une situation réelle par le procédé connu de l’homme du métier.
Spécifiquement, la batterie au phosphate de lithium-fer usagée est déchargée dans un dispositif de décharge à une tension inférieure ou égale à 1,5 V et ensuite entre dans la procédure de concassage et de tamisage.
Spécifiquement, la procédure de concassage et de tamisage comprend les étapes suivantes : la batterie déchargée est d’abord concassée en utilisant un concasseur pour obtenir des blocs de 2 à 5 cm, les blocs sont ensuite concassés en utilisant un concasseur et tamisés avec un tamis à 20 mailles pour obtenir un premier matériau tamisé et les feuilles de cuivre et d’aluminium, et le premier matériau tamisé est tamisé avec un tamis à 100 mailles pour obtenir les poudres de cathode et d’anode de batterie et des copeaux de cuivre et d’aluminium.
Le concassage et le tamisage peuvent séparer la majeure partie du cuivre et de l’aluminium dans la batterie et réduire la teneur en cuivre et en aluminium dans les poudres de cathode et d’anode de batterie.
Dans S2, les poudres de cathode et d’anode de batterie sont soumises à une réaction de lixiviation primaire et une séparation est réalisée pour obtenir une liqueur de lixiviation de lithium et un premier résidu de lixiviation.
Spécifiquement, dans l’étape S2, la réaction de lixiviation primaire comprend : l’immersion des poudres de cathode et d’anode de batterie dans une solution d’acide sulfurique, l’ajout d’un premier agent oxydant, et la réalisation d’une lixiviation pendant 1 à 4 h à un pH allant de 3,5 à 6, une température allant de 60 à 90°C et un rapport liquide-solide de (3-6) : 1.
La réaction de lixiviation primaire dans la présente demande n’est pas un terme couramment utilisé dans l’art. Dans la présente demande, la réaction de lixiviation primaire fait référence à une réaction des poudres de cathode et d’anode de batterie en contact avec l’acide sulfurique et l’agent oxydant. Généralement, la réaction chimique est la suivante : LiFePO4+ l’agent oxydant + H2SO4→ Li2SO4+ FePO4.
Dans la présente demande, les poudres de cathode et d’anode de batterie sont d’abord immergées dans la solution d’acide sulfurique, ensuite additionnées du premier agent oxydant, et soumises à la réaction de lixiviation primaire en contrôlant les paramètres de sorte que le lithium puisse être sélectivement lixivié. Spécifiquement, le pH pour la réaction de lixiviation primaire est compris entre 3,5 et 6, et cette plage garantit que le phosphate de lithium-fer peut être suffisamment dissous pour être dans un état ionique, et que les ions de fer peuvent être mieux oxydés pour former un précipité de phosphate de fer et être séparés d’une solution lithium-ion. À un pH trop bas, le cuivre et l’aluminium dans les poudres de batteries sont lixiviés, affectant la récupération des ions lithium. À un pH trop élevé, le fer divalent devient un précipité, ne peut pas être oxydé en fer trivalent et ne peut pas être utilisé dans le processus ultérieur, et le lithium ne peut pas être lixivié en l’absence d’ions hydrogène dans le système. De préférence, le pH pour la réaction de lixiviation primaire est compris entre 4 et 5.
Dans la présente demande, le premier agent oxydant est l’un parmi H2O2, NaClO3, KClO3et KMnO4, et une masse du premier agent oxydant est 0,2 à 1 fois la masse des poudres de cathode et d’anode de batterie. Dans la plage ci-dessus, le phosphate de lithium-fer peut être mieux oxydé complètement par l’agent oxydant pour former un précipité et ainsi être séparé de la solution lithium-ion.
Dans S3, le premier résidu de lixiviation est soumis à une réaction de lixiviation secondaire et une séparation est réalisée pour obtenir une liqueur de lixiviation de cuivre et d’aluminium et un deuxième résidu de lixiviation.
Spécifiquement, dans l’étape S3, la réaction de lixiviation secondaire comprend : l’immersion du premier résidu de lixiviation dans une solution d’acide sulfurique, l’ajout d’un deuxième agent oxydant et la réalisation d’une lixiviation pendant 1 à 4 h à un pH allant de 0,5 à 2,5, une température allant de 60 à 90°C et un rapport liquide-solide de (3-6) : 1.
La réaction de lixiviation secondaire dans la présente demande n’est pas un terme couramment utilisé dans l’art. Dans la présente demande, la réaction de lixiviation secondaire fait référence à une réaction du premier résidu de lixiviation en contact avec l’acide sulfurique et l’agent oxydant. Généralement, la réaction chimique comprend ce qui suit : Al + H2SO4→ Al2(SO4)3+ H2; et Cu + H2SO4+ l’agent oxydant → CuSO4.
Il convient de noter que le premier résidu de lixiviation est principalement le phosphate de fer, le graphite, le cuivre et l’aluminium ; et lorsque le pH se trouve dans une plage allant de 0,5 à 1, le cuivre et l’aluminium peuvent être suffisamment dissous pour être dans un état ionique afin d’obtenir la deuxième liqueur de lixiviation contenant du cuivre et de l’aluminium et le deuxième résidu de lixiviation contenant du phosphate de fer et du graphite.
Dans la présente demande, le deuxième agent oxydant est l’un parmi H2O2, NaClO3, KClO3et KMnO4, et une masse du deuxième agent oxydant est 0,2 à 1 fois la masse du premier résidu de lixiviation. Dans la plage ci-dessus, le cuivre et l’aluminium peuvent être mieux oxydés complètement par l’agent oxydant pour être dans l’état ionique et séparés du phosphate de fer et du graphite.
Dans S4, la liqueur de lixiviation de lithium est mise en contact avec un alcali pour obtenir un précipité de carbonate de lithium et une liqueur résiduaire de précipité, et le précipité de carbonate de lithium est lavé pour obtenir un produit de carbonate de lithium et de l’eau de lavage.
Dans la présente demande, la liqueur de lixiviation de lithium est évaporée et concentrée pour obtenir un concentré de lithium, où la teneur en lithium dans le concentré de lithium est comprise entre 18 et 25 g/L. Le concentré de lithium est mis en contact avec l’alcali pour une réaction de précipitation de lithium, où la réaction de précipitation de lithium peut être exprimée comme suit : Li2SO4+ Na2CO3= Li2CO3+ Na2SO4.
Dans la réaction de précipitation de lithium, la quantité de carbonate de sodium utilisée est illimitée tant que l’objet de réaction de la présente demande peut être atteint. Dans certains modes de réalisation, dans l’étape de mise en contact du concentré de lithium avec l’alcali, la masse de carbonate de sodium utilisée est 1,2 à 1,6 fois la quantité de réaction théorique de carbonate de sodium, par exemple 1,1, 1,2, 1,3, 1,4 et 1,5. Les valeurs susmentionnées sont chacune indépendamment combinées librement pour former une plage distincte.
Dans la présente demande, les conditions spécifiques de la réaction de précipitation de lithium sont illimitées, et l’homme du métier peut ajuster ces conditions selon les réactifs spécifiques utilisés et l’objet de réaction à atteindre. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, l’étape de mise en contact du concentré de lithium avec l’alcali est réalisée pendant 1 à 4 h à une température allant de 55 à 95°C. De préférence, l’étape de mise en contact du concentré de lithium avec l’alcali est réalisée pendant 1 à 4 h à une température allant de 75 à 95°C.
La solubilité du carbonate de sodium, la solubilité du sulfate de lithium et la solubilité du carbonate de lithium diminuent avec l’augmentation de la température. À la même température, la solubilité du carbonate de lithium est bien inférieure à celle du carbonate de sodium et à celle du sulfate de lithium. Par conséquent, lorsque la réaction est réalisée à une température allant de 75 à 95°C, la teneur en impuretés dans le précipité de carbonate de lithium peut être réduite, et l’efficacité de précipitation de lithium et la pureté de carbonate de lithium peuvent être améliorées.
De préférence, l’étape de lavage du précipité de carbonate de lithium comprend le lavage du précipité de carbonate de lithium plusieurs fois avec de l’eau pure chaude. Étant donné que la solubilité du carbonate de lithium dans l’eau chaude est très faible, le lavage du carbonate de lithium avec de l’eau pure chaude peut éliminer autant que possible les impuretés fixées à la surface du précipité de carbonate de lithium, améliorant davantage la pureté du produit de carbonate de lithium.
Après l’étape S4, le rendement direct en lithium dans la liqueur de lixiviation de lithium est compris entre 60 et 70%, et de 30 à 40% de lithium restent dans la liqueur résiduaire de précipité et l’eau de lavage.
La liqueur résiduaire de précipité et l’eau de lavage sont mélangées pour obtenir une solution mixte, où la concentration en ions lithium dans la solution mixte est comprise entre 2 et 3 g/L.
Dans S5, le deuxième résidu de lixiviation est appliqué sur une plaque d’électrode et séché pour obtenir une plaque de cathode, la plaque de cathode et une plaque d’anode sont placées dans une cellule électrolytique, et l’électrolyse est réalisée avec la liqueur résiduaire de précipité et l’eau de lavage obtenues dans l’étape S4 en tant qu’électrolyte pour obtenir du phosphate de lithium-fer ; et le phosphate de lithium-fer est renvoyé à l’étape S2.
Spécifiquement, le deuxième résidu de lixiviation est appliqué sur la plaque d’électrode, séché à une température allant de 100 à 200°C et recouvert d’un sac filtrant pour servir de plaque de cathode d’électrodéposition, la plaque de cathode d’électrodéposition et la plaque d’anode sont placées dans la cellule électrolytique, et la liqueur résiduaire de précipité et l’eau de lavage obtenues dans l’étape S4 sont ajoutées comme étant l’électrolyte, et le lithium dans l’électrolyte est enrichi par dépôt électrolytique, où dans le processus de dépôt électrolytique, le phosphate de fer et le graphite sur la plaque de cathode sont utilisés comme adsorbant de lithium et agent conducteur, respectivement. La réaction électrochimique se produisant dans le processus d’électrodéposition est la suivante : cathode : Li++ FePO4+ e-→ LiFePO4; anode : 4OH-- e-→ 2H2O + O2. Une fois l’électrodéposition terminée, les poudres de phosphate de lithium-fer sur la plaque de cathode sont enlevées par pelage mécanique et concassées et ensuite passent à l’étape S2 pour poursuivre la récupération. La teneur en lithium dans les poudres de phosphate de lithium-fer obtenues est d’environ 2 à 4%.
De préférence, dans l’étape S5, l’électrolyse a les paramètres suivants : un intervalle allant de 5 à 10 mm entre la plaque de cathode et la plaque d’anode dans la cellule électrolytique, une tension de cellule allant de 0,8 à 2 V, et une densité de courant allant de 14 à 24 A/m2.
La tension de cellule affecte un effet d’électrodéposition. Lorsque la tension de cellule est inférieure à 0,8 V, les ions lithium ne peuvent pas être insérés sur une cathode de phosphate de fer par électrodéposition. Lorsque la tension de cellule dépasse 2 V, la plaque d’anode sera corrodée, affectant l’effet d’électrodéposition. Lorsque la tension de cellule se trouve dans une plage allant de 0,8 à 2,0 V, une augmentation de la tension augmentera la densité de courant et la puissance de sortie de l’électricité, de sorte que les ions lithium soient insérés par électrodéposition à un taux plus élevé.
Dans certains modes de réalisation, dans l’étape S5, la plaque d’anode est l’une d’une plaque de graphite, d’une plaque de titane et d’une plaque d’alliage plomb-étain-calcium.
La présente demande peut être mieux comprise à travers les exemples ci-dessous.
Exemple 1
Cet exemple fournit un procédé de récupération pour une batterie au phosphate de lithium-fer, comprenant les étapes ci-dessous.
Dans S1, en reliant une électrode positive et une électrode négative avec un fil, une batterie au phosphate de lithium-fer usagée a été déchargée par court-circuit à une tension de batterie inférieure à 1 V et concassée avec un concasseur à mâchoires en blocs de batterie de 2 à 5 cm, les blocs de batterie ont été ensuite concassés avec un concasseur fin et tamisés avec un tamis à 20 mailles pour obtenir un premier matériau tamisé et des feuilles de cuivre et d’aluminium, et le premier matériau tamisé a été tamisé avec un tamis à 100 mailles pour obtenir des poudres de cathode et d’anode de batterie et des copeaux de cuivre et d’aluminium ; les teneurs en composants dans les poudres de cathode et d’anode de batterie sont représentées dans le [Tableau 1].
Dans S2, 500 g de poudres de cathode et d’anode de batterie ont été placés dans un bécher, additionnés de 1500 mL d’eau, chauffés à 80°C, additionnés de l’acide sulfurique pour ajuster le pH de lixiviation à 4, additionnés lentement de 200 mL de peroxyde d’hydrogène, lixiviés pendant 1 h et filtrés et lavés pour obtenir 1600 mL de liqueur de lixiviation de lithium et un premier résidu de lixiviation, où le taux de lixiviation de lithium était de 98,5%, la teneur en lithium dans la liqueur de lixiviation de lithium était de 8 g/L, et la teneur en cuivre et la teneur en aluminium étaient toutes deux inférieures à 20 mg/L.
Dans S3, le premier résidu de lixiviation a été placé dans un bécher, additionné de 1000 mL d’eau, chauffé à 80°C, additionné de l’acide sulfurique pour ajuster le pH de lixiviation à 1, additionné lentement de 20 mL de peroxyde d’hydrogène, lixivié pendant 1 h et filtré et lavé pour obtenir une liqueur de lixiviation de cuivre et d’aluminium et un deuxième résidu de lixiviation ; le taux de lixiviation de cuivre et d’aluminium était supérieur à 98%, et la teneur en cuivre et la teneur en aluminium dans le deuxième résidu de lixiviation étaient toutes deux inférieures à 0,1%.
Dans S4, la liqueur de lixiviation de lithium obtenue dans l’étape S2 a été chauffée et évaporée pour obtenir un concentré, où le volume du concentré était de 600 mL et la concentration en ions lithium dans le concentré était de 21 g/L ; le concentré obtenu a été additionné de 190 g de carbonate de sodium pour une réaction de précipitation de lithium afin d’obtenir un précipité de carbonate de lithium (86 g) et une liqueur résiduaire de précipité ; le précipité de carbonate de lithium obtenu a été lavé deux fois avec de l’eau pure chaude pour obtenir un produit de carbonate de lithium (78 g) et de l’eau de lavage ; et la liqueur résiduaire de précipité et l’eau de lavage ont été mélangées pour obtenir une solution mixte, où le volume de la solution mixte était de 2600 mL et la concentration en ions lithium dans la solution mixte était de 2,4 g/L.
Dans S5, le deuxième résidu de lixiviation a été appliqué sur une plaque en acier inoxydable, séché à une température de 150°C et recouvert d’un sac filtrant pour servir de plaque de cathode d’une cellule électrolytique, une plaque de graphite a été utilisée comme plaque d’anode de la cellule électrolytique, et la solution mixte obtenue dans l’étape S4 a été utilisée comme électrolyte, où un intervalle entre la plaque de cathode et la plaque d’anode dans la cellule électrolytique était de 8 mm ; une tension de cellule a été ajustée à 0,8 V, une densité de courant était de 18 A/m2et le lithium a été enrichi par électrodéposition, où la concentration en ions lithium dans l’électrolyte a diminué à 0,1 g/L après 12 h d’électrodéposition ; et un résidu appliqué sur la plaque de cathode a été enlevé de la plaque en acier inoxydable avec une pelle, et le résidu appliqué obtenu a été concassé pour obtenir des poudres de phosphate de lithium-fer, où la teneur en lithium dans les poudres de phosphate de lithium-fer était de 3% ; et les poudres de phosphate de lithium-fer obtenues ont été renvoyées à l’étape S2 pour poursuivre la récupération du lithium.
Élément Fe P Li Al Cu C Autres
Teneur (%) 20 12 2,6 3 2 31 29,4
Exemple 2
Cet exemple fournit un procédé de récupération pour une batterie au phosphate de lithium-fer, comprenant les étapes ci-dessous.
Dans S1, en reliant une électrode positive et une électrode négative avec un fil, une batterie au phosphate de lithium-fer usagée a été déchargée par court-circuit à une tension de batterie inférieure à 1 V et concassée avec un concasseur à mâchoires en blocs de batterie de 2 à 5 cm, les blocs de batterie ont été ensuite concassés avec un concasseur fin et tamisés avec un tamis à 20 mailles pour obtenir un premier matériau tamisé et des feuilles de cuivre et d’aluminium, et le premier matériau tamisé a été tamisé avec un tamis à 100 mailles pour obtenir des poudres de cathode et d’anode de batterie et des copeaux de cuivre et d’aluminium ; les teneurs en composants dans les poudres de cathode et d’anode de batterie sont représentées dans le [Tableau 1].
Dans S2, 500 g de poudres de cathode et d’anode de batterie ont été placés dans un bécher, additionnés de 1500 mL d’eau, chauffés à 80°C, additionnés de l’acide sulfurique pour ajuster le pH de lixiviation à 3,5, additionnés lentement de 200 mL de peroxyde d’hydrogène, lixiviés pendant 1 h et filtrés et lavés pour obtenir 1600 mL de liqueur de lixiviation de lithium et un premier résidu de lixiviation, où le taux de lixiviation de lithium était de 99%, la teneur en lithium dans la liqueur de lixiviation de lithium était de 8 g/L, et la teneur en cuivre et la teneur en aluminium étaient toutes deux inférieures à 30 mg/L.
Dans S3, le premier résidu de lixiviation a été placé dans un bécher, additionné de 1000 mL d’eau, chauffé à 80°C, additionné de l’acide sulfurique pour ajuster le pH de lixiviation à 1,5, additionné lentement de 20 mL de peroxyde d’hydrogène, lixivié pendant 1 h et filtré et lavé pour obtenir une liqueur de lixiviation de cuivre et d’aluminium et un deuxième résidu de lixiviation ; le taux de lixiviation de cuivre et d’aluminium était supérieur à 98%, et la teneur en cuivre et la teneur en aluminium dans le deuxième résidu de lixiviation étaient toutes deux inférieures à 0,1%.
Dans S4, la liqueur de lixiviation de lithium obtenue dans l’étape S2 a été chauffée et évaporée pour obtenir un concentré, où le volume du concentré était de 600 mL et la concentration en ions lithium dans le concentré était de 21 g/L ; le concentré obtenu a été additionné de 190 g de carbonate de sodium pour une réaction de précipitation de lithium afin d’obtenir un précipité de carbonate de lithium (86 g) et une liqueur résiduaire de précipité ; le précipité de carbonate de lithium obtenu a été lavé deux fois avec de l’eau pure chaude pour obtenir un produit de carbonate de lithium (78 g) et de l’eau de lavage ; et la liqueur résiduaire de précipité et l’eau de lavage ont été mélangées pour obtenir une solution mixte, où le volume de la solution mixte était de 2600 mL et la concentration en ions lithium dans la solution mixte était de 2,4 g/L.
Dans S5, le deuxième résidu de lixiviation a été appliqué sur une plaque en acier inoxydable, séché à une température de 150°C et recouvert d’un sac filtrant pour servir de plaque de cathode d’une cellule électrolytique, une plaque de graphite a été utilisée comme plaque d’anode de la cellule électrolytique, et la solution mixte obtenue dans l’étape S4 a été utilisée comme électrolyte, où un intervalle entre la plaque de cathode et la plaque d’anode dans la cellule électrolytique était de 8 mm ; une tension de cellule a été ajustée à 1,2 V, une densité de courant était de 22 A/m2et le lithium a été enrichi par électrodéposition, où la concentration en ions lithium dans l’électrolyte a diminué à 0,1 g/L après 8 h d’électrodéposition ; et un résidu appliqué sur la plaque de cathode a été enlevé de la plaque en acier inoxydable avec une pelle, et le résidu appliqué obtenu a été concassé pour obtenir des poudres de phosphate de lithium-fer, où la teneur en lithium dans les poudres de phosphate de lithium-fer était de 3% ; et les poudres de phosphate de lithium-fer obtenues ont été renvoyées à l’étape S2 pour poursuivre la récupération du lithium.
Exemple 3
Cet exemple fournit un procédé de récupération pour une batterie au phosphate de lithium-fer, comprenant les étapes ci-dessous.
Dans S1, en reliant une électrode positive et une électrode négative avec un fil, une batterie au phosphate de lithium-fer usagée a été déchargée par court-circuit à une tension de batterie inférieure à 1 V et concassée avec un concasseur à mâchoires en blocs de batterie de 2 à 5 cm, les blocs de batterie ont été ensuite concassés avec un concasseur fin et tamisés avec un tamis à 20 mailles pour obtenir un premier matériau tamisé et des feuilles de cuivre et d’aluminium, et le premier matériau tamisé a été tamisé avec un tamis à 100 mailles pour obtenir des poudres de cathode et d’anode de batterie et des copeaux de cuivre et d’aluminium ; les teneurs en composants dans les poudres de cathode et d’anode de batterie sont représentées dans le [Tableau 1].
Dans S2, 500 g de poudres de cathode et d’anode de batterie ont été placés dans un bécher, additionnés de 1300 mL d’eau, chauffés à 60°C, additionnés de l’acide sulfurique pour ajuster le pH de lixiviation à 5, additionnés lentement de 200 mL de peroxyde d’hydrogène, lixiviés pendant 1 h et filtrés et lavés pour obtenir 1600 mL de liqueur de lixiviation de lithium et un premier résidu de lixiviation, où le taux de lixiviation de lithium était de 98,5%, la teneur en lithium dans la liqueur de lixiviation de lithium était de 8 g/L, et la teneur en cuivre et la teneur en aluminium étaient toutes deux inférieures à 20 mg/L.
Dans S3, le premier résidu de lixiviation a été placé dans un bécher, additionné de 1000 mL d’eau, chauffé à 60°C, additionné de l’acide sulfurique pour ajuster le pH de lixiviation à 0,5, additionné lentement de 20 mL de peroxyde d’hydrogène, lixivié pendant 1 h et filtré et lavé pour obtenir une liqueur de lixiviation de cuivre et d’aluminium et un deuxième résidu de lixiviation ; le taux de lixiviation de cuivre et d’aluminium était supérieur à 98%, et la teneur en cuivre et la teneur en aluminium dans le deuxième résidu de lixiviation étaient toutes deux inférieures à 0,1%.
Dans S4, la liqueur de lixiviation de lithium obtenue dans l’étape S2 a été chauffée et évaporée pour obtenir un concentré, où le volume du concentré était de 600 mL et la concentration en ions lithium dans le concentré était de 18 g/L ; le concentré obtenu a été additionné de 190 g de carbonate de sodium pour une réaction de précipitation de lithium afin d’obtenir un précipité de carbonate de lithium (86 g) et une liqueur résiduaire de précipité ; le précipité de carbonate de lithium obtenu a été lavé deux fois avec de l’eau pure chaude pour obtenir un produit de carbonate de lithium (78 g) et de l’eau de lavage ; et la liqueur résiduaire de précipité et l’eau de lavage ont été mélangées pour obtenir une solution mixte, où le volume de la solution mixte était de 2600 mL et la concentration en ions lithium dans la solution mixte était de 2,4 g/L.
Dans S5, le deuxième résidu de lixiviation a été appliqué sur une plaque en acier inoxydable, séché à une température de 150°C et recouvert d’un sac filtrant pour servir de plaque de cathode d’une cellule électrolytique, une plaque de graphite a été utilisée comme plaque d’anode de la cellule électrolytique, et la solution mixte obtenue dans l’étape S4 a été utilisée comme électrolyte, où un intervalle entre la plaque de cathode et la plaque d’anode dans la cellule électrolytique était de 5 mm ; une tension de cellule a été ajustée à 1 V, une densité de courant était de 14 A/m2et le lithium a été enrichi par électrodéposition, où la concentration en ions lithium dans l’électrolyte a diminué à 0,1 g/L après 16 h d’électrodéposition ; et un résidu appliqué sur la plaque de cathode a été enlevé de la plaque en acier inoxydable avec une pelle, et le résidu appliqué obtenu a été concassé pour obtenir des poudres de phosphate de lithium-fer, où la teneur en lithium dans les poudres de phosphate de lithium-fer était de 3% ; et les poudres de phosphate de lithium-fer obtenues ont été renvoyées à l’étape S2 pour poursuivre la récupération du lithium.
Exemple 4
Cet exemple fournit un procédé de récupération pour une batterie au phosphate de lithium-fer, comprenant les étapes ci-dessous.
Dans S1, en reliant une électrode positive et une électrode négative avec un fil, une batterie au phosphate de lithium-fer usagée a été déchargée par court-circuit à une tension de batterie inférieure à 1 V et concassée avec un concasseur à mâchoires en blocs de batterie de 2 à 5 cm, les blocs de batterie ont été ensuite concassés avec un concasseur fin et tamisés avec un tamis à 20 mailles pour obtenir un premier matériau tamisé et des feuilles de cuivre et d’aluminium, et le premier matériau tamisé a été tamisé avec un tamis à 100 mailles pour obtenir des poudres de cathode et d’anode de batterie et des copeaux de cuivre et d’aluminium ; les teneurs en composants dans les poudres de cathode et d’anode de batterie sont représentées dans le [Tableau 1].
Dans S2, 500 g de poudres de cathode et d’anode de batterie ont été placés dans un bécher, additionnés de 1500 mL d’eau, chauffés à 80°C, additionnés de l’acide sulfurique pour ajuster le pH de lixiviation à 6, additionnés lentement de 200 mL de peroxyde d’hydrogène, lixiviés pendant 1 h et filtrés et lavés pour obtenir 1600 mL de liqueur de lixiviation de lithium et un premier résidu de lixiviation, où le taux de lixiviation de lithium était de 98,5%, la teneur en lithium dans la liqueur de lixiviation de lithium était de 8 g/L, et la teneur en cuivre et la teneur en aluminium étaient toutes deux inférieures à 20 mg/L.
Dans S3, le premier résidu de lixiviation a été placé dans un bécher, additionné de 1000 mL d’eau, chauffé à 80°C, additionné de l’acide sulfurique pour ajuster le pH de lixiviation à 2,5, additionné lentement de 20 mL de peroxyde d’hydrogène, lixivié pendant 1 h et filtré et lavé pour obtenir une liqueur de lixiviation de cuivre et d’aluminium et un deuxième résidu de lixiviation ; le taux de lixiviation de cuivre et d’aluminium était supérieur à 98%, et la teneur en cuivre et la teneur en aluminium dans le deuxième résidu de lixiviation étaient toutes deux inférieures à 0,1%.
Dans S4, la liqueur de lixiviation de lithium obtenue dans l’étape S2 a été chauffée et évaporée pour obtenir un concentré, où le volume du concentré était de 600 mL et la concentration en ions lithium dans le concentré était de 25 g/L ; le concentré obtenu a été additionné de 190 g de carbonate de sodium pour une réaction de précipitation de lithium afin d’obtenir un précipité de carbonate de lithium (86 g) et une liqueur résiduaire de précipité ; le précipité de carbonate de lithium obtenu a été lavé deux fois avec de l’eau pure chaude pour obtenir un produit de carbonate de lithium (78 g) et de l’eau de lavage ; et la liqueur résiduaire de précipité et l’eau de lavage ont été mélangées pour obtenir une solution mixte, où le volume de la solution mixte était de 2600 mL et la concentration en ions lithium dans la solution mixte était de 2,4 g/L.
Dans S5, le deuxième résidu de lixiviation a été appliqué sur une plaque en acier inoxydable, séché à une température de 150°C et recouvert d’un sac filtrant pour servir de plaque de cathode d’une cellule électrolytique, une plaque de graphite a été utilisée comme plaque d’anode de la cellule électrolytique, et la solution mixte obtenue dans l’étape S4 a été utilisée comme électrolyte, où un intervalle entre la plaque de cathode et la plaque d’anode dans la cellule électrolytique était de 10 mm ; une tension de cellule a été ajustée à 0,8 V, une densité de courant était de 18 A/m2et le lithium a été enrichi par électrodéposition, où la concentration en ions lithium dans l’électrolyte a diminué à 0,1 g/L après 12 h d’électrodéposition ; et un résidu appliqué sur la plaque de cathode a été enlevé de la plaque en acier inoxydable avec une pelle, et le résidu appliqué obtenu a été concassé pour obtenir des poudres de phosphate de lithium-fer, où la teneur en lithium dans les poudres de phosphate de lithium-fer était de 3% ; et les poudres de phosphate de lithium-fer obtenues ont été renvoyées à l’étape S2 pour poursuivre la récupération du lithium.
Exemple comparatif 1
Cet exemple fournit un procédé de récupération pour une batterie au phosphate de lithium-fer, comprenant les étapes ci-dessous.
Dans S1, en reliant une électrode positive et une électrode négative avec un fil, une batterie au phosphate de lithium-fer usagée a été déchargée par court-circuit à une tension de batterie inférieure à 1 V et concassée avec un concasseur à mâchoires en blocs de batterie de 2 à 5 cm, les blocs de batterie ont été ensuite concassés avec un concasseur fin et tamisés avec un tamis à 20 mailles pour obtenir un premier matériau tamisé et des feuilles de cuivre et d’aluminium, et le premier matériau tamisé a été tamisé avec un tamis à 100 mailles pour obtenir des poudres de cathode et d’anode de batterie et des copeaux de cuivre et d’aluminium ; les teneurs en composants dans les poudres de cathode et d’anode de batterie sont représentées dans le [Tableau 1].
Dans S2, 500 g de poudres de cathode et d’anode de batterie ont été placés dans un bécher, additionnés de 1500 mL d’eau, chauffés à 80°C, additionnés de l’acide sulfurique pour ajuster le pH de lixiviation à 3, additionnés lentement de 200 mL de peroxyde d’hydrogène, lixiviés pendant 1 h et filtrés et lavés pour obtenir 1600 mL de liqueur de lixiviation de lithium et un premier résidu de lixiviation, où le taux de lixiviation de lithium était de 98,5%, la teneur en lithium dans la liqueur de lixiviation de lithium était de 8 g/L, la teneur en cuivre était inférieure à 20 mg/L et la teneur en aluminium était de 280 mg/L.
Dans S3, le premier résidu de lixiviation a été placé dans un bécher, additionné de 1000 mL d’eau, chauffé à 80°C, additionné de l’acide sulfurique pour ajuster le pH de lixiviation à 1, additionné lentement de 20 mL de peroxyde d’hydrogène, lixivié pendant 1 h et filtré et lavé pour obtenir une liqueur de lixiviation de cuivre et d’aluminium et un deuxième résidu de lixiviation ; le taux de lixiviation de cuivre et d’aluminium était supérieur à 98%, et la teneur en cuivre et la teneur en aluminium dans le deuxième résidu de lixiviation étaient toutes deux inférieures à 0,1%.
Dans S4, la liqueur de lixiviation de lithium obtenue dans l’étape S2 a été chauffée et évaporée pour obtenir un concentré, où le volume du concentré était de 600 mL et la concentration en ions lithium dans le concentré était de 21 g/L ; le concentré obtenu a été additionné de 190 g de carbonate de sodium pour une réaction de précipitation de lithium afin d’obtenir un précipité de carbonate de lithium (86 g) et une liqueur résiduaire de précipité ; le précipité de carbonate de lithium obtenu a été lavé deux fois avec de l’eau pure chaude pour obtenir un produit de carbonate de lithium (78 g) et de l’eau de lavage ; et la liqueur résiduaire de précipité et l’eau de lavage ont été mélangées pour obtenir une solution mixte, où le volume de la solution mixte était de 2600 mL et la concentration en ions lithium dans la solution mixte était de 2,4 g/L.
Dans S5, le deuxième résidu de lixiviation a été appliqué sur une plaque en acier inoxydable, séché à une température de 150°C et recouvert d’un sac filtrant pour servir de plaque de cathode d’une cellule électrolytique, une plaque de graphite a été utilisée comme plaque d’anode de la cellule électrolytique, et la solution mixte obtenue dans l’étape S4 a été utilisée comme électrolyte, où un intervalle entre la plaque de cathode et la plaque d’anode dans la cellule électrolytique était de 8 mm ; une tension de cellule a été ajustée à 0,8 V, une densité de courant était de 18 A/m2et le lithium a été enrichi par électrodéposition, où la concentration en ions lithium dans l’électrolyte a diminué à 0,1 g/L après 12 h d’électrodéposition ; et un résidu appliqué sur la plaque de cathode a été enlevé de la plaque en acier inoxydable avec une pelle, et le résidu appliqué obtenu a été concassé pour obtenir des poudres de phosphate de lithium-fer, où la teneur en lithium dans les poudres de phosphate de lithium-fer était de 3% ; et les poudres de phosphate de lithium-fer obtenues ont été renvoyées à l’étape S2 pour poursuivre la récupération du lithium.
Exemple comparatif 2
Cet exemple fournit un procédé de récupération pour une batterie au phosphate de lithium-fer, comprenant les étapes ci-dessous.
Dans S1, en reliant une électrode positive et une électrode négative avec un fil, une batterie au phosphate de lithium-fer usagée a été déchargée par court-circuit à une tension de batterie inférieure à 1 V et concassée avec un concasseur à mâchoires en blocs de batterie de 2 à 5 cm, les blocs de batterie ont été ensuite concassés avec un concasseur fin et tamisés avec un tamis à 20 mailles pour obtenir un premier matériau tamisé et des feuilles de cuivre et d’aluminium, et le premier matériau tamisé a été tamisé avec un tamis à 100 mailles pour obtenir des poudres de cathode et d’anode de batterie et des copeaux de cuivre et d’aluminium ; les teneurs en composants dans les poudres de cathode et d’anode de batterie sont représentées dans le [Tableau 1].
Dans S2, 500 g de poudres de cathode et d’anode de batterie ont été placés dans un bécher, additionnés de 1500 mL d’eau, chauffés à 80°C, additionnés de l’acide sulfurique pour ajuster le pH de lixiviation à 6,5, additionnés lentement de 200 mL de peroxyde d’hydrogène, lixiviés pendant 1 h et filtrés et lavés pour obtenir 1600 mL de liqueur de lixiviation de lithium et un premier résidu de lixiviation, où le taux de lixiviation de lithium était de 88,5%, la teneur en lithium dans la liqueur de lixiviation de lithium était de 6 g/L, et la teneur en cuivre et la teneur en aluminium étaient toutes deux inférieures à 20 mg/L.
Dans S3, le premier résidu de lixiviation a été placé dans un bécher, additionné de 1000 mL d’eau, chauffé à 80°C, additionné de l’acide sulfurique pour ajuster le pH de lixiviation à 1, additionné lentement de 20 mL de peroxyde d’hydrogène, lixivié pendant 1 h et filtré et lavé pour obtenir une liqueur de lixiviation de cuivre et d’aluminium et un deuxième résidu de lixiviation ; le taux de lixiviation de cuivre et d’aluminium était supérieur à 98%, et la teneur en cuivre et la teneur en aluminium dans le deuxième résidu de lixiviation étaient toutes deux inférieures à 0,1%.
Dans S4, la liqueur de lixiviation de lithium obtenue dans l’étape S2 a été chauffée et évaporée pour obtenir un concentré, où le volume du concentré était de 600 mL et la concentration en ions lithium dans le concentré était de 21 g/L ; le concentré obtenu a été additionné de 190 g de carbonate de sodium pour une réaction de précipitation de lithium afin d’obtenir un précipité de carbonate de lithium (86 g) et une liqueur résiduaire de précipité ; le précipité de carbonate de lithium obtenu a été lavé deux fois avec de l’eau pure chaude pour obtenir un produit de carbonate de lithium (78 g) et de l’eau de lavage ; et la liqueur résiduaire de précipité et l’eau de lavage ont été mélangées pour obtenir une solution mixte, où le volume de la solution mixte était de 2600 mL et la concentration en ions lithium dans la solution mixte était de 2,4 g/L.
Dans S5, le deuxième résidu de lixiviation a été appliqué sur une plaque en acier inoxydable, séché à une température de 150°C et recouvert d’un sac filtrant pour servir de plaque de cathode d’une cellule électrolytique, une plaque de graphite a été utilisée comme plaque d’anode de la cellule électrolytique, et la solution mixte obtenue dans l’étape S4 a été utilisée comme électrolyte, où un intervalle entre la plaque de cathode et la plaque d’anode dans la cellule électrolytique était de 8 mm ; une tension de cellule a été ajustée à 0,8 V, une densité de courant était de 18 A/m2et le lithium a été enrichi par électrodéposition, où la concentration en ions lithium dans l’électrolyte a diminué à 0,1 g/L après 12 h d’électrodéposition ; et un résidu appliqué sur la plaque de cathode a été enlevé de la plaque en acier inoxydable avec une pelle, et le résidu appliqué obtenu a été concassé pour obtenir des poudres de phosphate de lithium-fer, où la teneur en lithium dans les poudres de phosphate de lithium-fer était de 3% ; et les poudres de phosphate de lithium-fer obtenues ont été renvoyées à l’étape S2 pour poursuivre la récupération du lithium.
Exemple comparatif 3
Cet exemple fournit un procédé de récupération pour une batterie au phosphate de lithium-fer, comprenant les étapes ci-dessous.
Dans S1, en reliant une électrode positive et une électrode négative avec un fil, une batterie au phosphate de lithium-fer usagée a été déchargée par court-circuit à une tension de batterie inférieure à 1 V et concassée avec un concasseur à mâchoires en blocs de batterie de 2 à 5 cm, les blocs de batterie ont été ensuite concassés avec un concasseur fin et tamisés avec un tamis à 20 mailles pour obtenir un premier matériau tamisé et des feuilles de cuivre et d’aluminium, et le premier matériau tamisé a été tamisé avec un tamis à 100 mailles pour obtenir des poudres de cathode et d’anode de batterie et des copeaux de cuivre et d’aluminium ; les teneurs en composants dans les poudres de cathode et d’anode de batterie sont représentées dans le [Tableau 1].
Dans S2, 500 g de poudres de cathode et d’anode de batterie ont été placés dans un bécher, additionnés de 1500 mL d’eau, chauffés à 80°C, additionnés de l’acide sulfurique pour ajuster le pH de lixiviation à 4, additionnés lentement de 200 mL de peroxyde d’hydrogène, lixiviés pendant 1 h et filtrés et lavés pour obtenir 1600 mL de liqueur de lixiviation de lithium et un premier résidu de lixiviation, où le taux de lixiviation de lithium était de 98,5%, la teneur en lithium dans la liqueur de lixiviation de lithium était de 8 g/L, et la teneur en cuivre et la teneur en aluminium étaient toutes deux inférieures à 20 mg/L.
Dans S3, le premier résidu de lixiviation a été placé dans un bécher, additionné de 1000 mL d’eau, chauffé à 80°C, additionné de l’acide sulfurique pour ajuster le pH de lixiviation à 0,3, additionné lentement de 20 mL de peroxyde d’hydrogène, lixivié pendant 1 h et filtré et lavé pour obtenir une liqueur de lixiviation de cuivre et d’aluminium et un deuxième résidu de lixiviation ; le taux de lixiviation de cuivre et d’aluminium était supérieur à 98%, la teneur en cuivre et la teneur en aluminium dans le deuxième résidu de lixiviation étaient toutes deux inférieures à 0,1% et le taux de lixiviation phosphore-fer était de 25%.
Dans S4, la liqueur de lixiviation de lithium obtenue dans l’étape S2 a été chauffée et évaporée pour obtenir un concentré, où le volume du concentré était de 600 mL et la concentration en ions lithium dans le concentré était de 21 g/L ; le concentré obtenu a été additionné de 190 g de carbonate de sodium pour une réaction de précipitation de lithium afin d’obtenir un précipité de carbonate de lithium (86 g) et une liqueur résiduaire de précipité ; le précipité de carbonate de lithium obtenu a été lavé deux fois avec de l’eau pure chaude pour obtenir un produit de carbonate de lithium (78 g) et de l’eau de lavage ; et la liqueur résiduaire de précipité et l’eau de lavage ont été mélangées pour obtenir une solution mixte, où le volume de la solution mixte était de 2600 mL et la concentration en ions lithium dans la solution mixte était de 2,4 g/L.
Dans S5, le deuxième résidu de lixiviation a été appliqué sur une plaque en acier inoxydable, séché à une température de 150°C et recouvert d’un sac filtrant pour servir de plaque de cathode d’une cellule électrolytique, une plaque de graphite a été utilisée comme plaque d’anode de la cellule électrolytique, et la solution mixte obtenue dans l’étape S4 a été utilisée comme électrolyte, où un intervalle entre la plaque de cathode et la plaque d’anode dans la cellule électrolytique était de 8 mm ; une tension de cellule a été ajustée à 0,8 V, une densité de courant était de 18 A/m2et le lithium a été enrichi par électrodéposition, où la concentration en ions lithium dans l’électrolyte a diminué à 0,1 g/L après 12 h d’électrodéposition ; et un résidu appliqué sur la plaque de cathode a été enlevé de la plaque en acier inoxydable avec une pelle, et le résidu appliqué obtenu a été concassé pour obtenir des poudres de phosphate de lithium-fer, où la teneur en lithium dans les poudres de phosphate de lithium-fer était de 3% ; et les poudres de phosphate de lithium-fer obtenues ont été renvoyées à l’étape S2 pour poursuivre la récupération du lithium.
Exemple comparatif 4
Cet exemple fournit un procédé de récupération pour une batterie au phosphate de lithium-fer, comprenant les étapes ci-dessous.
Dans S1, en reliant une électrode positive et une électrode négative avec un fil, une batterie au phosphate de lithium-fer usagée a été déchargée par court-circuit à une tension de batterie inférieure à 1 V et concassée avec un concasseur à mâchoires en blocs de batterie de 2 à 5 cm, les blocs de batterie ont été ensuite concassés avec un concasseur fin et tamisés avec un tamis à 20 mailles pour obtenir un premier matériau tamisé et des feuilles de cuivre et d’aluminium, et le premier matériau tamisé a été tamisé avec un tamis à 100 mailles pour obtenir des poudres de cathode et d’anode de batterie et des copeaux de cuivre et d’aluminium ; les teneurs en composants dans les poudres de cathode et d’anode de batterie sont représentées dans le [Tableau 1].
Dans S2, 500 g de poudres de cathode et d’anode de batterie ont été placés dans un bécher, additionnés de 1500 mL d’eau, chauffés à 80°C, additionnés de l’acide sulfurique pour ajuster le pH de lixiviation à 4, additionnés lentement de 200 mL de peroxyde d’hydrogène, lixiviés pendant 1 h et filtrés et lavés pour obtenir 1600 mL de liqueur de lixiviation de lithium et un premier résidu de lixiviation, où le taux de lixiviation de lithium était de 98,5%, la teneur en lithium dans la liqueur de lixiviation de lithium était de 8 g/L, et la teneur en cuivre et la teneur en aluminium étaient toutes deux inférieures à 20 mg/L.
Dans S3, le premier résidu de lixiviation a été placé dans un bécher, additionné de 1000 mL d’eau, chauffé à 80°C, additionné de l’acide sulfurique pour ajuster le pH de lixiviation à 3, additionné lentement de 20 mL de peroxyde d’hydrogène, lixivié pendant 1 h et filtré et lavé pour obtenir une liqueur de lixiviation de cuivre et d’aluminium et un deuxième résidu de lixiviation ; le taux de lixiviation de cuivre et d’aluminium était de 88%, et la teneur en cuivre et la teneur en aluminium dans le deuxième résidu de lixiviation étaient toutes deux de 0,4%.
Dans S4, la liqueur de lixiviation de lithium obtenue dans l’étape S2 a été chauffée et évaporée pour obtenir un concentré, où le volume du concentré était de 600 mL et la concentration en ions lithium dans le concentré était de 21 g/L ; le concentré obtenu a été additionné de 190 g de carbonate de sodium pour une réaction de précipitation de lithium afin d’obtenir un précipité de carbonate de lithium (86 g) et une liqueur résiduaire de précipité ; le précipité de carbonate de lithium obtenu a été lavé deux fois avec de l’eau pure chaude pour obtenir un produit de carbonate de lithium (78 g) et de l’eau de lavage ; et la liqueur résiduaire de précipité et l’eau de lavage ont été mélangées pour obtenir une solution mixte, où le volume de la solution mixte était de 2600 mL et la concentration en ions lithium dans la solution mixte était de 2,4 g/L.
Dans S5, le deuxième résidu de lixiviation a été appliqué sur une plaque en acier inoxydable, séché à une température de 150°C et recouvert d’un sac filtrant pour servir de plaque de cathode d’une cellule électrolytique, une plaque de graphite a été utilisée comme plaque d’anode de la cellule électrolytique, et la solution mixte obtenue dans l’étape S4 a été utilisée comme électrolyte, où un intervalle entre la plaque de cathode et la plaque d’anode dans la cellule électrolytique était de 8 mm ; une tension de cellule a été ajustée à 0,8 V, une densité de courant était de 18 A/m2et le lithium a été enrichi par électrodéposition, où la concentration en ions lithium dans l’électrolyte a diminué à 0,1 g/L après 12 h d’électrodéposition ; et un résidu appliqué sur la plaque de cathode a été enlevé de la plaque en acier inoxydable avec une pelle, et le résidu appliqué obtenu a été concassé pour obtenir des poudres de phosphate de lithium-fer, où la teneur en lithium dans les poudres de phosphate de lithium-fer était de 3% ; et les poudres de phosphate de lithium-fer obtenues ont été renvoyées à l’étape S2 pour poursuivre la récupération du lithium.
Il convient de noter que les exemples précédents sont utilisés pour illustrer les solutions techniques de la présente demande et ne doivent pas limiter le cadre de la présente demande. Bien que la présente demande ait été décrite en détail en référence à des exemples préférés, il faut que l’homme du métier comprenne que des modifications ou des substitutions équivalentes peuvent être apportées aux solutions techniques de la présente demande sans s’écarter du concept et du cadre des solutions techniques de la présente demande.

Claims (8)

  1. Procédé de récupération pour une batterie au phosphate de lithium-fer, comprenant :
    S1 : la décharge, le concassage et le tamisage d’une batterie au phosphate de lithium-fer usagée pour obtenir des feuilles de cuivre et d’aluminium et des poudres de cathode et d’anode de batterie ;
    S2 : la soumission des poudres de cathode et d’anode de batterie à une réaction de lixiviation primaire et la réalisation d’une séparation pour obtenir une liqueur de lixiviation de lithium et un premier résidu de lixiviation ;
    S3 : la soumission du premier résidu de lixiviation à une réaction de lixiviation secondaire et la réalisation d’une séparation pour obtenir une liqueur de lixiviation de cuivre et d’aluminium et un deuxième résidu de lixiviation ;
    S4 : la mise en contact de la liqueur de lixiviation de lithium avec un alcali pour obtenir un précipité de carbonate de lithium et une liqueur résiduaire de précipité, et le lavage du précipité de carbonate de lithium pour obtenir un produit de carbonate de lithium et de l’eau de lavage ; et
    S5 : l’application du deuxième résidu de lixiviation sur une plaque d’électrode, le séchage de la plaque d’électrode pour obtenir une plaque de cathode, le placement de la plaque de cathode et d’une plaque d’anode dans une cellule électrolytique, et la réalisation d’une électrolyse avec la liqueur résiduaire de précipité et l’eau de lavage obtenues dans l’étape S4 en tant qu’électrolyte pour obtenir du phosphate de lithium-fer ; et le retour du phosphate de lithium-fer obtenu à l’étape S2.
  2. Procédé de récupération selon la revendication 1, dans lequel dans l’étape S2, la réaction de lixiviation primaire comprend : l’immersion des poudres de cathode et d’anode de batterie dans une solution d’acide sulfurique, l’ajout d’un premier agent oxydant, et la réalisation d’une lixiviation pendant 1 à 4 h à un pH allant de 3,5 à 6, une température allant de 60 à 90°C et un rapport liquide-solide de (3-6) : 1.
  3. Procédé de récupération selon la revendication 2, dans lequel une masse du premier agent oxydant est 0,2 à 1 fois la masse des poudres de cathode et d’anode de batterie.
  4. Procédé de récupération selon la revendication 1, dans lequel dans l’étape S3, la réaction de lixiviation secondaire comprend : l’immersion du premier résidu de lixiviation dans une solution d’acide sulfurique, l’ajout d’un deuxième agent oxydant et la réalisation d’une lixiviation pendant 1 à 4 h à un pH allant de 0,5 à 2,5, une température allant de 60 à 90°C et un rapport liquide-solide de (3-6) : 1.
  5. Procédé de récupération selon la revendication 4, dans lequel une masse du deuxième agent oxydant est 0,2 à 1 fois la masse du premier résidu de lixiviation.
  6. Procédé de récupération selon la revendication 2 ou 4, dans lequel le premier agent oxydant et le deuxième agent oxydant sont chacun indépendamment choisis parmi H2O2, NaClO3, KClO3ou KMnO4.
  7. Procédé de récupération selon la revendication 1, dans lequel dans l’étape S5, l’électrolyse a les paramètres suivants : un intervalle allant de 5 à 10 mm entre la plaque de cathode et la plaque d’anode dans la cellule électrolytique, une tension de cellule allant de 0,8 à 2 V, et une densité de courant allant de 14 à 24 A/m2.
  8. Procédé de récupération selon la revendication 1, dans lequel dans l’étape S5, la plaque d’anode est l’une d’une plaque de graphite, d’une plaque de titane et d’une plaque d’alliage plomb-étain-calcium.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103400983B (zh) * 2013-07-29 2015-07-08 海门容汇通用锂业有限公司 一种常压水相合成纳米无结晶水磷酸亚铁锂的方法
CN105024106B (zh) * 2015-07-31 2018-01-12 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种从废旧锂离子电池及报废正极片中回收磷酸铁的方法
CN106910889B (zh) * 2017-02-27 2019-07-23 中南大学 一种从废旧磷酸铁锂电池中再生正极活性物质的方法
WO2018209164A1 (fr) * 2017-05-11 2018-11-15 Worcester Polytechnic Institute Procédé et appareil de recyclage de batteries au phosphate de fer-lithium
CN112441572B (zh) * 2019-08-27 2022-11-11 比亚迪股份有限公司 一种废旧磷酸铁锂正极材料的回收方法
EP3907182B1 (fr) * 2019-11-28 2022-12-14 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Procédé de production de précurseur de lithium-fer-phosphate au moyen d'une batterie lithium-fer-phosphate mise au rebut en tant que matière première
CN111187913B (zh) * 2020-02-20 2021-07-02 广东省稀有金属研究所 一种选择性回收废旧磷酸铁锂电池中锂和铜的方法
CN113501510A (zh) * 2021-07-13 2021-10-15 郑州中科新兴产业技术研究院 一种废旧磷酸铁锂电池正极材料的回收再生方法
CN113737018A (zh) * 2021-08-25 2021-12-03 金川集团股份有限公司 一种废旧电池正极原料的回收方法
CN113912032B (zh) * 2021-09-16 2023-06-02 湖北锂宝新材料科技发展有限公司 一种从废旧磷酸铁锂电池正极粉中回收制备电池级碳酸锂和磷酸铁的方法
CN113772649B (zh) * 2021-10-26 2024-04-12 中南大学 一种废旧磷酸铁锂正极粉回收再生制备电池级磷酸铁的方法
CN115367776B (zh) * 2022-09-27 2024-01-09 广东邦普循环科技有限公司 一种磷酸铁锂电池的回收方法
CN115784267A (zh) * 2022-11-15 2023-03-14 江西飞宇新能源科技有限公司 一种从废旧磷酸铁锂正极材料中回收铁锂磷的工艺方法

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