JP7482558B2 - バッテリから材料を回収するためのプロセス、装置、およびシステム - Google Patents
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Description
i)リチウムイオンバッテリを処理して、サイズ削減供給流を形成するステップと、
ii)サイズ削減供給流を磁性生成物流と非磁性供給流とに分離するステップと、
iii)場合により、磁性生成物流から鉄系生成物を単離するステップと、
iv)非磁性供給流をストリッピング溶媒でストリッピングして、ストリッピングされたスラリ流を形成するステップと、
v)ストリッピングされたスラリ流を篩上固形部分と篩下のストリッピングされたスラリ流とに分離するステップと、
vi)場合により、ストリッピングされたスラリ流の篩上固形部分を、予備アルミニウム生成物流、予備銅生成物流、およびプラスチック生成物流に分離するステップと、
vii)篩下のストリッピングされたスラリ流を固液分離に供して、黒色塊固体流と回収されたストリッピング溶媒とを形成するステップと、
viii)黒色塊固体流を酸で浸出して、浸出貴液および残留固形物を形成するステップと、
ix)残留固形物から浸出貴液を分離して、残留固形物を含む第1の生成物流と浸出貴液を含む第2の生成物流とを形成するステップと、
x)場合により、第1の生成物流からグラファイト生成物を単離するステップと、
xi)第2の生成物流から銅生成物を単離して、第3の生成物流を形成するステップと、
xii)第3の生成物流からアルミニウム(Al)および/または鉄(Fe)生成物を単離して、第4の生成物流を形成するステップと、
xiii)第4の生成物流からコバルト(Co)、ニッケル(Ni)、および/またはマンガン(Mn)生成物を単離して、第5の生成物流を形成するステップと、
xiv)第5の生成物流から塩副生成物を単離して、第6の生成物流を形成するステップと、
xv)第6の生成物流からリチウム生成物を単離するステップと、
を含む。
浸漬液を保持するように構成されたハウジングと、
ハウジング内に第1の種類のバッテリ材料を受け入れるための開口部を内部に画定する第1の供給シュートと、
第1の供給シュートから第1の種類のバッテリ材料を受け入れるようにハウジング内に配置された第1の浸漬型粉砕デバイスであって、上記第1の浸漬型粉砕デバイスが、第1の種類のバッテリ材料をサイズ削減させて第1のサイズ削減バッテリ材料を形成するように構成される、第1の浸漬型粉砕デバイスと、
第1の浸漬型粉砕デバイスから第1のサイズ削減バッテリ材料を受け入れるようにハウジング内に配置された第2の浸漬型粉砕デバイスであって、第2の浸漬型粉砕デバイスが、第1のサイズ削減バッテリ材料をさらにサイズ削減させて第2のサイズ削減バッテリ材料を形成するように構成される、第2の浸漬型粉砕デバイスと、
を備える。
(a)第1の種類のバッテリ材料を受け入れるための第1の浸漬型粉砕デバイスであって、第1の浸漬型粉砕デバイスが、第1の種類のバッテリ材料をサイズ削減させて第1のサイズ削減バッテリ材料を形成する、第1の浸漬型粉砕デバイスと、
(b)第1のサイズ削減バッテリ材料を受け入れるための第2の浸漬型粉砕デバイスであって、第2の浸漬型粉砕デバイスが、第1のサイズ削減バッテリ材料をさらにサイズ削減させて第2のサイズ削減バッテリ材料を形成する、第2の浸漬型粉砕デバイスと、
(c)第1の浸漬型粉砕デバイス、第2の浸漬型粉砕デバイス、第1のサイズ削減バッテリ材料、および第2のサイズ削減バッテリ材料のそれぞれが浸漬される浸漬液と、
を備える。
構成部品
リチウムイオンバッテリは、リチウムイオンが電気化学反応を引き起こす一種の充電式バッテリである。リチウムは電気化学的ポテンシャルが高く、重量当たりのエネルギー密度が高い。通常、リチウムイオンバッテリセルには、次の4つの主要な構成部品がある。
a.正の電極/正極:正極裏当て箔/集電体(例えば、アルミニウム)にインターカレートされた、バッテリの用途および製造業者に応じたリチウム金属酸化物およびリン酸鉄リチウムの様々な配合を含み、例えば、LiNixMnyCozO2(NMC)、LiCoO2(LCO)、LiFePO4(LFP)、LiMn2O4(LMO)、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)を含む。
b.負の電極/負極:一般に、負極裏当て箔/集電体(例えば、銅)にインターカレートされたグラファイトを含む。
c.電解質:例えば、有機溶媒(例えば、炭酸アルキルの混合物、例えば、エチレンカーボネート(EC、十分な負の電極/負極の不動態化のための混合物の一部として一般的に必要)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、プロピレンカーボネート(PC)などのC1~C6炭酸アルキル)に溶解させたヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)、テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF4)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、ヘキサフルオロヒ酸リチウム一水和物(LiAsF6)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、リチウムビス(ビストリフルオロメタンスルホニル)(LiTFSI)、リチウム有機ホウ酸塩、またはリチウムフルオロアルキルホスフェート。
d.正極と負極との間のセパレータ:例えば、ポリマーまたはセラミックベースのセパレータ。
a.円筒型のセル、
b.角型のセル、および
c.パウチ型のセル。
a.セル:セルは、鋼鉄、アルミニウム、および/またはプラスチックに収容された正極、負極、電解質、およびセパレータを含む。
b.モジュール:複数のセルがモジュールを構成し、通常は鋼鉄、アルミニウム、および/またはプラスチックに収容される。
c.バッテリパック:複数のモジュールがバッテリパックを構成し、通常は鋼鉄、アルミニウム、および/またはプラスチックに収容される。
(kg材料/kgリチウムイオンバッテリパック当たりの米ドル)は、Ni約9%、Mn約2%、Co約39%、Li2CO3(炭酸リチウム当量として表される)約16%、Cu約12%、Al約5%、グラファイト約10%、他の材料約7%を含む。
リチウムイオンバッテリセルが充電および放電すると、リチウムイオンが負極および正極に出入りする。この電気化学反応中に、リチウム化された負極(例えば、内部にリチウムを含むグラファイト)およびリチウムを欠く遷移金属酸化物が形成される。リチウム化された負極および遷移金属酸化物の両方が反応する。これらの遷移材料は、通常有機系電解質溶液(上記のように炭酸アルキルを含む)で「寄生反応」を起こす可能性がある。
プロセス1の1つの実施形態では、充電式リチウムイオンバッテリから材料を回収するためのプロセスが提供され、本プロセスは、
a)リチウムイオンバッテリを処理して、サイズ削減供給流を形成するステップと、
b)サイズ削減供給流を磁性生成物流と第1の非磁性供給流とに分離するステップと、
c)場合により、磁性生成物流から鉄系生成物を単離するステップと、
d)第1の非磁性供給流をアルミニウム生成物流と第2の非磁性供給流とに分離するステップと、
e)場合により、アルミニウム生成物流からアルミニウム生成物を単離するステップと、
f)酸で第2の非磁性供給流を浸出して、浸出されたスラリを形成するステップと、
g)浸出されたスラリを第1の生成物流と第2の生成物流とに分離するステップと、
h)場合により、第1の生成物流から第1の銅生成物を単離するステップと、
i)第2の生成物流をグラファイト生成物流と第3の生成物流とに分離するステップと、
j)場合により、グラファイト生成物流からグラファイト生成物を単離するステップと、
k)場合により、第3の生成物流をろ過して、有機物および固形物を単離して、第4の生成物流を形成するステップと、
l)第3または第4の生成物流から第2の銅生成物を堆積させて、第5の生成物流を形成するステップと、
m)第5の生成物流からCo、Ni、および/またはMn生成物を単離して、第6の生成物流を形成するステップと、
n)第6の生成物流からリチウム生成物を単離するステップと、
を含む。
上記のように、充電式リチウムイオンバッテリは、炭酸アルキル(例えば、C1~C6炭酸アルキル)などの有機物、鉄、アルミニウム、銅、プラスチック、グラファイト、コバルト、ニッケル、マンガン、そして当然のことながらリチウムを含むいくつかの異なる材料を含む。プロセス2の一実施形態では、充電式リチウムイオンバッテリから材料を回収するためのプロセスが提供され、本プロセスは、
i)リチウムイオンバッテリを処理して、サイズ削減供給流を形成するステップと、
ii)サイズ削減供給流を磁性生成物流と非磁性供給流とに分離するステップと、
iii)場合により、磁性生成物流から鉄系生成物を単離するステップと、
iv)非磁性供給流をストリッピング溶媒でストリッピングして、ストリッピングされたスラリ流を形成するステップと、
v)ストリッピングされたスラリ流を篩上固形部分と篩下のストリッピングされたスラリ流とに分離するステップと、
vi)場合により、ストリッピングされたスラリ流の篩上固形部分を、予備アルミニウム生成物流、予備銅生成物流、およびプラスチック生成物流に分離するステップと、
vii)篩下のストリッピングされたスラリ流を固液分離に供して、黒色塊固体流と回収されたストリッピング溶媒とを形成するステップと、
viii)黒色塊固体流を酸で浸出して、浸出貴液および残留固形物を形成するステップと、
ix)残留固形物から浸出貴液を分離して、残留固形物を含む第1の生成物流と浸出貴液を含む第2の生成物流とを形成するステップと、
x)場合により、第1の生成物流からグラファイト生成物を単離するステップと、
xi)第2の生成物流から銅生成物を単離して、第3の生成物流を形成するステップと、
xii)第3の生成物流からアルミニウム(Al)および/または鉄(Fe)生成物を単離して、第4の生成物流を形成するステップと、
xiii)第4の生成物流からコバルト(Co)、ニッケル(Ni)、および/またはマンガン(Mn)生成物を単離して、第5の生成物流を形成するステップと、
xiv)第5の生成物流から塩副生成物を単離して、第6の生成物流を形成するステップと、
xv)第6の生成物流からリチウム生成物を単離するステップと、
を含む。
1つの態様では、浸漬条件下でバッテリ材料のサイズ削減を実行するための装置が提供される。1つの実施形態では、本装置は、浸漬液を保持するように構成されたハウジングと、ハウジング内に第1の種類のバッテリ材料を受け入れるための開口部を内部に画定する第1の供給シュート(例えば、ホッパ)と、第1の供給シュートから第1の種類のバッテリ材料を受け入れるようにハウジング内に配置された第1の浸漬型粉砕デバイスであって、第1の浸漬型粉砕デバイスが、第1の種類のバッテリ材料をサイズ削減させて第1のサイズ削減バッテリ材料を形成するように構成される、第1の浸漬型粉砕デバイスと、第1の浸漬型粉砕デバイスから第1のサイズ削減バッテリ材料を受け入れるようにハウジング内に配置された第2の浸漬型粉砕デバイスであって、第2の浸漬型粉砕デバイスが、第1のサイズ削減バッテリ材料をさらにサイズ削減させて第2のサイズ削減バッテリ材料を形成するように構成される、第2の浸漬型粉砕デバイスと、を備える。
以下の実施例では、充電式リチウムイオンバッテリから材料を回収するための上記プロセスのフェーズ、ステップ、設計基準、およびIDEASプロセスシミュレーションパラメータ(IDEAS Bronze、鉱物処理パッケージ、v6.0.0.995)について説明する。
受け入れることになる大型リチウムイオンバッテリ(例えば、自動車、エネルギー貯蔵システムのバッテリパック)と小型リチウムイオンバッテリ(例えば、ラップトップ、携帯電話、タブレットなどからのもの)は、場合により、あらゆる機械的処理の前に約1.0~2.0Vまで、または約0Vまで放電される。放出されたエネルギーは、場合により、中央電力貯蔵部に送達され、これにより、例えば、発電所全体の電力消費のピーク負荷が削減される。リチウムイオンバッテリを放電すると、バッテリの解体または多段階の粉砕/破砕ステップ中にバッテリの負極(複数可)と正極(複数可)とが接触する、可能な短絡イベント中に放出されるエネルギーの制御が容易になる。
場合により篩選されたフェーズ1からの解体/粉砕されたスラリは、例えば磁気分離器に送達されることにより磁気的に分離され、例示的な動作パラメータを表3に示す。磁性/鉄系材料(例えば、鋼板、鉄系生成物(複数可))は、湿式磁気分離により非磁性/非鉄系材料から分離される。磁気分離は、受け入れる供給および分離効率に応じて、粗選ステップと、場合により精選ステップとから構成される。磁気分離器から分離された磁気(「マグ」)流は、例えば脱水スクリーンに送達されることにより固液分離を経て、破砕された鋼鉄または鉄系生成物を生成する。分離された水/水溶液は、場合によりメイクアップ水/水溶液として使用するために磁気分離器に再利用のために戻され、再利用流の一部が場合により下流浸出タンクに排出される。再利用流の一部を浸出タンクに排出する/送ることにより、磁気分離器および脱水スクリーン迂回路での不純物制御が容易になり得、再利用流の一部が排出されない場合、微粒子および/または迂回路の配管内の副反応化学作用から形成された化学種(例えば、微量の沈殿物)が蓄積する可能性があり、詰まり、ダウンタイム、および生産損失につながる可能性がある。
グラファイト生成物(例えば、グラファイト濃縮物)は固液分離、例えば、フェーズ2の浮選の精選フロスの遠心分離を介して単離される。グラファイト生成物は、場合によりいくらかのプラスチックおよび紙と混合され、(i)より高純度のグラファイト濃縮物を生成するための、不純物/可溶性金属(例えば、リチウム、ニッケル、コバルト、銅、および/またはマンガンなどの残留可溶性金属)を除去するための多段階酸洗浄(例えば、硫酸または塩酸を使用)を伴う低温化学処理、ならびに/または(ii)より高純度のグラファイト生成物を生成するための、熱精製、例えば、特定の成分(例えば、残留有機物およびプラスチック)を揮発させるための乾式製錬による濃縮物の温度の上昇(例えば、炉を使用してグラファイトの温度を~1000℃から2000°Cまで上げる)を介してさらに精製することができる。
抽出:CuSO4(aq)+2HR(org)→CuR2(org)+H2SO4(aq)
ストリッピング:CuR2(org)+H2SO4(aq)→CuSO4(aq)+2HR(org)
特に、以下の実施例では、充電式リチウムイオンバッテリから材料を回収するための上記プロセスのフェーズ、ステップ、設計基準、およびIDEASプロセスシミュレーションパラメータ(IDEAS Bronze、鉱物処理パッケージ、v6.0.0.995)について説明する。
上記のプロセス1と同様に、受け入れることになる大型リチウムイオンバッテリ(例えば、自動車、エネルギー貯蔵システムのバッテリパック)と小型リチウムイオンバッテリ(例えば、ラップトップ、携帯電話、タブレットなどからのもの)は、場合により、あらゆる機械的処理の前に約1.0~2.0Vまで、または約0Vまで放電される。放出されたエネルギーは、場合により、中央電力貯蔵部に送達され、これにより、例えば、発電所全体の電力消費のピーク負荷が削減される。リチウムイオンバッテリを放電すると、バッテリの解体または多段階の粉砕/破砕ステップ中にバッテリの負極(複数可)と正極(複数可)とが接触する、可能な短絡イベント中に放出されるエネルギーの制御が容易になる。
場合により篩選されたフェーズ1からの解体/粉砕/破砕されたスラリは、例えば磁気分離器に送達されることにより磁気的に分離され(図1Bのステップ(ii)を参照)、例示的な動作パラメータを表9に示す。磁性/鉄系材料(例えば、鋼板、鉄系生成物(複数可))は、湿式/乾式磁気分離により非磁性/非鉄系材料から分離される。磁気分離は、受け入れる供給および分離効率に応じて、粗選ステップと、場合により精選ステップとから構成される。磁気分離器から分離された磁気(「マグ」)流は、場合により、(湿式磁気分離が利用される場合)例えば脱水スクリーンに送達されることにより固液分離を経て、破砕された鋼鉄または鉄系生成物を生成する(図1Bのステップ(iii))。分離された水/水溶液は、場合によりメイクアップ水/水溶液として使用するために磁気分離器に再利用のために戻され、再利用流の一部が場合により下流浸出タンクに排出される。再利用流の一部を浸出タンクに排出する/送ることにより、磁気分離器および脱水スクリーン迂回路での不純物制御が容易になり得、再利用流の一部が排出されない場合、微粒子および/または迂回路の配管内の副反応化学作用から形成された化学種(例えば、微量の沈殿物)が蓄積する可能性があり、詰まり、ダウンタイム、および生産損失につながる可能性がある。
グラファイト生成物(例えば、グラファイト濃縮物)は固液分離、例えば、フェーズ2の浮選の精選フロスの遠心分離を介して単離される。グラファイト生成物は、場合によりいくらかのプラスチックおよび紙と混合され、(i)より高純度のグラファイト濃縮物を生成するための、不純物/可溶性金属(例えば、リチウム、ニッケル、コバルト、銅、および/またはマンガンなどの残留可溶性金属)を除去するための多段階酸洗浄(例えば、硫酸または塩酸を使用)を伴う低温化学処理、ならびに/または(ii)より高純度のグラファイト生成物を生成するための、熱精製、例えば、特定の成分(例えば、残留有機物/(すなわち、炭酸アルキル)およびプラスチック)を揮発させるための乾式製錬による濃縮物の温度の上昇(例えば、炉を使用してグラファイトの温度を1000℃未満から2000°Cまで上げる)を介してさらに精製することができる。
抽出:CuSO4(aq)+2HR(org)→CuR2(org)+H2SO4(aq)
ストリッピング:CuR2(org)+H2SO4(aq)→CuSO4(aq)+2HR(org)
以下の実施例5に概説されるようにリチウムイオンバッテリのサイズ削減を実施し、くず鉄(磁性生成物流)を材料の残り(非磁性供給流)から分離するために乾式磁気分離を実施した。次いで、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)をストリッピング溶媒として10重量%で80°Cで6時間混合することにより非磁性供給流をストリッピングし、アルミニウム(Al)箔および銅(Cu)箔から作られている基材から正極と負極を遊離させた。ストリッピングされたスラリ流を500μmの篩に通して、微細な正極および負極材料および液体有機溶媒(すなわち、ストリッピング溶媒)を含む篩下のストリッピングされたスラリ流を、基板のAl、Cu、およびプラスチック片を含む篩上固形部分から分離した。篩上固形部分に密度(比重)分離を施し、Al、Cu、およびプラスチックを互いに分離した。2.5の比重(SG)の液体を使用してプラスチックを分離した後、2.85のSGの液体を使用して銅からアルミニウムを分離した。真空フラスコに取り付けられた、Whatman(登録商標)グレード541ろ紙を備えたブフナー漏斗を使用して、微細な正極および負極材料を含む篩下のストリッピングされたスラリ流を液体有機(ストリッピング)溶媒から分離した。
図2は、本出願の装置およびシステムの例示的な実施形態による概略図である。図2は浸漬条件下でバッテリ材料のサイズ削減を実行するための装置1を示しており、本装置1は、浸漬液4を保持するように構成されたハウジング2と、ハウジング2内に第1の種類のバッテリ材料10を受け入れるために内部に配置された開口部8を有する第1の供給シュート6(ホッパ)と、第1の供給シュート6から第1の種類のバッテリ材料10を受け入れるようにハウジング2内に配置されて、第1の種類のバッテリ材料10をサイズ削減させ、第1のサイズ削減バッテリ材料14を形成するための第1の浸漬型粉砕デバイス12と、第1の浸漬型粉砕デバイス12から第1のサイズ削減バッテリ材料14を受け入れるようにハウジング2内に配置され、第1のサイズ削減バッテリ材料14をさらにサイズ削減させて第2のサイズ削減バッテリ材料18を形成するための第2の浸漬型粉砕デバイス16と、を備える。第2のサイズ削減バッテリ材料18は、例えば図2の矢印で示される方向に材料の出口流として装置から出ることができる、ならびに/または追加の下流の装置および/もしくはシステムおよび/もしくはプロセスによってさらに受け取られ処理されてもよい。この例示的な実施形態では、第1の種類のバッテリ材料10は、上記の大型充電式リチウムイオンバッテリである(例えば、サイズが最大約5000mm×2000mm×1450mmまでのリチウムイオンバッテリまたは電気自動車バッテリ)。図示の例示的な実施形態における第1のサイズ削減バッテリ材料14は、約400mmより小さい粒子サイズを有する。この例示的な実施形態では、第1の浸漬型粉砕デバイス12および第2の浸漬型粉砕デバイス16は多軸シュレッダである。
図3(a)、図3(b)、および図3(c)に示す修正したFranklin-Miller社製Taskmaster TM8500 Shredder(商標)を使用して、破砕/せん断により円筒形リチウムイオンバッテリをサイズ削減させるために、バッテリ材料サイズ削減のパイロットテストを実施した。
Ca(OH)2の溶液でバッテリを粉砕する前に、まず10%NaCl溶液にバッテリを浸漬して放電したが、同じ浸漬液を放電および粉砕の両方に使用できることを当業者であれば理解するはずである。浸漬液の他のオプションについては、上記のセクションで概説している。
Claims (22)
- リチウムバッテリ材料から構成材料を回収するためのプロセスであって、
a)浸漬液に浸漬される少なくとも1つの第1の粉砕デバイスを含む粉砕装置においてリチウムバッテリ材料を処理し、それによって、サイズ削減バッテリ材料を生成し、前記リチウムバッテリ材料内から電解質材料と、アノードおよびカソード粉末を含む黒色塊材料とを遊離させ、前記浸漬液内に取り込まれた前記サイズ削減バッテリ材料、前記黒色塊材料、および電解質材料を含むサイズ削減供給流を提供するステップと、
b)前記サイズ削減供給流を前記粉砕装置から出口を介して排出するステップと、
c)排出された前記サイズ削減供給流を処理して、前記黒色塊材料と、取り込まれた前記電解質材料を含む前記浸漬液の保持部分とを含む少なくとも1つの黒色塊固体流を得るステップとを含み、
前記浸漬液は、水、アルカリ金属塩化物、アルカリ土類金属塩化物、および水酸化カルシウムのうち少なくとも1つを含み、
前記c)のステップが、前記サイズ削減供給流を、前記黒色塊固体流と、前記電解質材料を取り込んだ前記浸漬液の第2の部分を含むろ過流とに分離する分離器により処理することを含み、
前記分離器が、液体-固体フィルターを含み、
前記ろ過流が前記液体-固体フィルターを通過し、前記黒色塊固体流が、前記液体-固体フィルターに保持されるろ過ケーク材料を含む、プロセス。 - i)前記ろ過流の少なくとも一部を前記粉砕装置内の前記浸漬液に再利用するステップ、および
ii)有機物除去回路を用いて前記ろ過流から取り込まれた前記電解質材料の少なくとも一部を回収するステップ、
の少なくとも1つを更に含む、請求項1に記載のプロセス。 - 前記黒色塊材料がリチウム材料を含み、前記黒色塊固体流を酸で浸出し、残留固形物と、前記リチウム材料を含む浸出貴液とを形成するステップをさらに含む、請求項1に記載のプロセス。
- 前記浸出貴液を処理し、前記浸出貴液から前記リチウム材料を分離するステップをさらに含む、請求項3に記載のプロセス。
- 前記浸出貴液を前記残留固形物から分離して、前記残留固形物を含む第1の生成物流と、前記浸出貴液を含む第2の生成物流とを形成するステップを含む、請求項3に記載のプロセス。
- 前記浸出貴液から銅、コバルト、ニッケル、マンガンおよびグラファイトのうち少なくとも1つを除去して、前記リチウム材料を含む中間生成物流を提供するステップをさらに含む、請求項3に記載のプロセス。
- 前記中間生成物流に水酸化物を加えて水酸化リチウム溶液を形成し、前記水酸化リチウム溶液を蒸発結晶化させて水酸化リチウム一水和物を形成することをさらに含む、請求項6に記載のプロセス。
- 前記水酸化リチウム一水和物を水に溶解し、機械的蒸気再圧縮晶析装置を用いて前記水酸化リチウム一水和物を再結晶させることを介して水酸化リチウム一水和物を精製することをさらに含む、請求項7に記載のプロセス。
- 前記浸出貴液から銅、コバルト、ニッケル、マンガンおよびグラファイトのうち少なくとも1つを除去することが、
a)前記浸出貴液から銅生成物を単離して、第2の生成物流を形成することと、
b)アルミニウム(Al)および/または鉄(Fe)生成物を前記第2の生成物流から単離し、第3の生成物流を形成することと、
c)前記第3の生成物流からコバルト(Co)、ニッケル(Ni)、および/またはマンガン(Mn)生成物を単離して、第4の生成物流を形成することと、
d)前記第4の生成物流から塩副生成物を単離し、中間生成物流を形成することと、
をさらに含む、請求項6に記載のプロセス。 - 前記浸出で使用される酸が、硫酸、硝酸、および塩酸のうち少なくとも1つを含み、前記浸出は、60℃~95℃の間の動作温度で実施される、請求項3に記載のプロセス。
- 前記サイズ削減供給流中の前記サイズ削減バッテリ材料がアルミニウムを含み、前記サイズ削減供給流からアルミニウム生産物流を分離するステップをさらに含む、請求項1に記載のプロセス。
- 前記黒色塊材料がコバルト材料を含み、前記黒色塊固体流を酸で浸出し、残留固形物と、前記コバルト材料を含む浸出貴液とを形成し、前記浸出貴液を処理してそこからコバルトを単離することをさらに含む、請求項1に記載のプロセス。
- 前記黒色塊材料がニッケル材料を含み、前記黒色塊固体流を酸で浸出し、残留固形物と、前記ニッケル材料を含む浸出貴液とを形成し、前記浸出貴液を処理してそこからニッケル材料を単離することをさらに含む、請求項1に記載のプロセス。
- 前記浸漬液が塩基性であり、電気的および熱的に導電性を有し、それによって前記バッテリ材料のサイズ削減によって火花が生じることが抑制され、前記サイズ削減によって生じる熱が前記浸漬液に吸収される、請求項1に記載のプロセス。
- リチウムバッテリ材料から構成材料を回収するためのプロセスであって、
a)浸漬液に浸漬される少なくとも1つの第1の粉砕デバイスを含む粉砕装置においてリチウムバッテリ材料を処理し、それによって、サイズ削減バッテリ材料を生成し、前記リチウムバッテリ材料内から電解質材料と、アノードおよびカソード粉末を含む黒色塊材料とを遊離させ、前記浸漬液内に取り込まれた前記サイズ削減バッテリ材料、前記黒色塊材料、および電解質材料を含むサイズ削減供給流を提供するステップであって、前記黒色塊材料がリチウム材料を含む、ステップと、
b)前記サイズ削減供給流を前記粉砕装置から出口を介して排出するステップと、
c)排出された前記サイズ削減供給流を処理して、前記黒色塊材料と、取り込まれた前記電解質材料を含む前記浸漬液の保持部分とを含む少なくとも1つの黒色塊固体流を得るステップと、
d)前記黒色塊固体を酸で浸出し、残留固形物と前記リチウム材料を含む浸出貴液とを形成するステップと、
e)前記浸出貴液から銅、コバルト、ニッケル、マンガンおよびグラファイトのうち少なくとも1つを除去して、前記リチウム材料を含む中間生成物流を提供するステップと、
f)前記中間生成物流に炭酸塩を添加して、炭酸リチウムを沈殿させるステップと、
をさらに含み、
前記c)のステップは、前記サイズ削減供給流を、前記黒色塊固体流と、取り込まれた前記電解質材料を含む浸漬液体の第2の部分を含む少なくとも1つのろ液流とに分離するように構成された液体-固体フィルターを含む分離器により処理することを含み、前記ろ液流は前記液体-固体フィルターを通過し、前記黒色塊固体流は前記液体-固体フィルターにより保持されるフィルターケーク材料を含む、プロセス。 - 前記炭酸リチウムを重炭酸リチウムに変換し、前記重炭酸リチウムを加熱して前記炭酸リチウムを再形成することを介して前記炭酸リチウムを精製するステップをさらに含む、請求項15に記載のプロセス。
- イオン交換装置を用いたイオン交換により、前記重炭酸リチウムからカルシウムおよびマグネシウムの少なくとも一方を除去するステップをさらに含む、請求項16に記載のプロセス。
- 前記粉砕装置が、前記浸漬液内に浸漬された少なくとも前記第1の粉砕デバイスと第2の粉砕デバイスとを備え、前記a)のステップが、
a1)前記浸漬液内に浸漬された前記第1の粉砕デバイスを用いて前記リチウムバッテリ材料を処理し、それにより、中間サイズ削減バッテリ材料を生成し、前記電解質材料と、負極粉末および正極粉末を含む黒色塊材料とを前記リチウムバッテリ材料内から遊離させ、前記中間サイズ削減バッテリ材料と、前記浸漬液内に取り込まれた前記黒色塊材料と、前記電解質材料とを含む中間サイズ削減供給流を提供するステップと、
a2)前記浸漬液内に浸漬された前記第2の粉砕デバイスを用いて、前記中間サイズ削減供給流を処理し、それにより、さらなるサイズ削減を行い、サイズ削減バッテリ材料を生成し、さらに、前記中間サイズ削減バッテリ材料内から電解質材料と、負極粉末および正極粉末を含む黒色塊材料とを遊離させ、前記サイズ削減バッテリ材料と、前記浸漬液内に取り込まれた前記黒色塊材料と、前記電解質材料とを含むサイズ削減供給流を提供するステップとを含む、請求項1に記載のプロセス。 - 前記粉砕装置が、前記浸漬液内に浸漬された少なくとも前記第1の粉砕デバイスと第2の粉砕デバイスとを備え、前記a)のステップが、
a1)前記浸漬液内に浸漬された前記第1の粉砕デバイスを用いて前記リチウムバッテリ材料を処理し、それにより、中間サイズ削減バッテリ材料を生成し、前記電解質材料と、負極粉末および正極粉末を含む黒色塊材料とを前記リチウムバッテリ材料内から遊離させ、前記中間サイズ削減バッテリ材料と、前記浸漬液内に取り込まれた前記黒色塊材料と、前記電解質材料とを含む中間サイズ削減供給流を提供するステップと、
a2)前記浸漬液内に浸漬された前記第2の粉砕デバイスを用いて、前記中間サイズ削減供給流を処理し、それにより、さらなるサイズ削減を行い、サイズ削減バッテリ材料を生成し、さらに、前記中間サイズ削減バッテリ材料内から電解質材料と、負極粉末および正極粉末を含む黒色塊材料とを遊離させ、前記サイズ削減バッテリ材料と、前記浸漬液内に取り込まれた前記黒色塊材料と、前記電解質材料とを含むサイズ削減供給流を提供するステップとを含む、請求項15に記載のプロセス。 - 前記c)のステップが、
c-a)排出された前記サイズ削減供給流をスクリーンで篩い分け、篩上分を除去するステップと、その後、
c-b)前記c-a)のステップにおいて前記篩上分を除去した後、前記サイズ削減供給流を、前記黒色塊固体流と、前記電解質材料を取り込んだ前記浸漬液の前記第2の部分を含むろ過流とに少なくとも分離する前記分離器で処理するステップとを含む、請求項1に記載のプロセス。 - 前記c)のステップが、
c-a)排出された前記サイズ削減供給流をスクリーンで篩い分け、篩上分を除去するステップと、その後、
c-b)前記c-a)のステップにおいて前記篩上分を除去した後、前記サイズ削減供給流を、前記黒色塊固体流と、前記電解質材料を取り込んだ前記浸漬液の前記第2の部分を含むろ過流とに少なくとも分離する前記分離器で処理するステップとを含む、請求項15に記載のプロセス。 - 前記浸漬液は、動作温度が2℃~69℃である、請求項1に記載のプロセス。
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