TW201824631A - 自廢鋰離子電池回收金屬之方法 - Google Patents

Abstract

一種自廢鋰離子電池回收金屬之方法，可有效地回收廢鋰離子電池所包含的金屬，且節省回收處理時的操作成本。本發明之自廢鋰離子電池回收金屬之方法包含：使一廢鋰離子電池粉碎成一粉體；將該粉體加入一第一鹼液後過濾，以獲得一濾餅及一鋁酸鹽溶液；將該濾餅加入一酸液，以形成一酸浸液及一碳渣；對該酸浸液進行萃取，以獲得一銅萃取液及一萃餘液；及於該萃餘液添加一第二鹼液以調整該萃餘液的pH值並進行萃取，以回收鎳、鈷及錳。

Description

自廢鋰離子電池回收金屬之方法

本發明係關於一種回收金屬之方法，尤其是一種可以自廢鋰離子電池回收金屬之方法。

現代生活當中，手機、筆記型電腦等電子3C產品多依賴可重複充電的鋰離子電池運作，該鋰離子電池一般而言以包含錳酸鋰、鎳酸鋰、鈷酸鋰或三元系鎳鈷錳酸鋰等之材料作為正極，以包含碳之材料作為負極，且包含正極鋁箔及負極銅箔。當該鋰離子電池損壞或壽命耗盡而被廢棄時，其所包含的金屬元素若未妥善回收處理，則在金屬礦產資源有限的情況下，容易造成資源的浪費，金屬元素滲入土壤或水體時甚至有汙染環境的疑慮。

習用自鋰離子電池回收金屬之方法，係先將廢鋰離子電池粉碎並分離出包含鎳、鈷、錳、鋁等金屬之正極材料的粉體後，利用酸液浸漬該粉體以形成一酸浸液，再以一萃取劑搭配一超音波裝置將該酸浸液中的金屬分別萃取而分離。惟，上述習用方法中，僅能處理正極材料而無法處理負極材料，因此無法完全處理廢鋰離子電池內含的所有金屬，且為了分離正極與負極材料而需要增設一材料分選設備，因此增加操作步驟及成本，以超音波裝置輔助萃取亦增加操作成本。

有鑑於此，有必要提出一種自廢鋰離子電池回收金屬之方 法。以解決上述問題。

為解決上述問題，本發明提供一種自廢鋰離子電池回收金屬之方法，係可有效地回收廢鋰離子電池所包含的金屬，且節省回收處理時的操作成本。

本發明的一種自廢鋰離子電池回收金屬之方法，包含：使一廢鋰離子電池粉碎成一粉體，該粉體包含鎳、鈷、錳、鋁、銅、鋰及碳；將該粉體加入一第一鹼液後過濾，以獲得一濾餅及一鋁酸鹽溶液，該濾餅包含鎳、鈷、錳、銅、鋰及碳；將該濾餅加入一酸液，以形成一酸浸液及一碳渣，該酸浸液包含鎳、鈷、錳、銅及鋰；對該酸浸液進行萃取，以獲得一銅萃取液及一萃餘液；及於該萃餘液添加一第二鹼液以調整該萃餘液的pH值並進行萃取，且於pH值低於2時分離錳，於pH 2~5時分離鎳及鈷。

據此，本發明的自廢鋰離子電池回收金屬之方法，可以針對廢鋰離子電池所包含的金屬有效地分離並回收，且操作簡便而可降低操作成本。

其中，該粉體與該第一鹼液之重量比為1：2~1：4。藉此，可使該粉體中的鋁形成鋁酸鹽溶液，而可進一步藉由過濾使該鋁酸鹽溶液分離。

其中，該第一鹼液係濃度為10~50重量%之氫氧化鈉溶液，該第一鹼液較佳係濃度為30~40重量%之氫氧化鈉溶液。藉此，可避免過度使用該第一鹼液，而提高製程廢水的汙染程度，同時確保較佳的分離效果。

其中，該濾餅與該酸液之重量比為1：2~1：4。藉此，可使鎳、鈷、錳、銅及鋰溶解，而可進一步藉由過濾使該碳渣分離。

其中，該酸液係濃度為20~60重量%之鹽酸、硫酸、磷酸或硝酸溶液，該酸液較佳係濃度為40~50重量%之鹽酸、硫酸、磷酸或硝酸溶液。藉此，可避免過度使用該酸液，而提高製程廢水的汙染程度，同時確保較佳的酸浸效果。

其中，該第二鹼液係濃度為10~50重量%之碳酸鈉溶液，該第二鹼液較佳係濃度為20~40重量%之碳酸鈉溶液。藉此，可調整該萃餘液的酸性，使該萃餘液包含的鎳、鈷及錳分離。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明的自廢鋰離子電池回收金屬之方法包含：使一廢鋰離子電池粉碎成一粉體；將該粉體加入一第一鹼液後過濾，以獲得一濾餅及一鋁酸鹽溶液；將該濾餅加入一酸液，以形成一酸浸液及一碳渣；對該酸浸液進行萃取，以獲得一銅萃取液及一萃餘液；及於該萃餘液添加一第二鹼液以調整該萃餘液的pH值並進行萃取，以回收鎳、鈷及錳。

詳言之，該廢鋰離子電池係可為一般市售之鋰離子電池使用後的廢棄品，該廢鋰離子電池之材料種類不特別限制，例如可針對以包含錳酸鋰、鎳酸鋰、鈷酸鋰或三元系鎳鈷錳酸鋰等之材料作為正極，以包含碳之材料作為負極，且包含正極鋁箔及負極銅箔之廢鋰離子電池處理。又，使該廢鋰離子電池粉碎成一粉體時，可使用一般常用之粉碎機，本發明不加以限制，粉碎得到的該粉體可包含鎳、鈷、錳、鋁、銅、鋰及碳。此外，將該廢鋰離子電池粉碎前，可以先對該廢鋰離子電池進行放電處理，以減低該廢鋰離子電池在後續處理過程中發生燃燒或爆炸的危險性。

該第一鹼液係可以用例如氫氧化鈉或碳酸鈉等常用鹼性化合物調配，利用鋁可溶於鹼性溶液而其他金屬及碳不溶於鹼性溶液之性質，可使該粉體包含之鎳、鈷、錳、銅、鋰及碳形成沉澱，且使該粉體中的鋁形成鋁酸鹽溶液，而可進一步藉由過濾使該鋁酸鹽溶液與該等金屬沉澱分離。該第一鹼液的濃度可以為以重量百分比計10~50%，較佳為以重量百分比計30~40%，藉此，可避免過度使用該第一鹼液，而提高製程廢水的汙染程度，同時確保較佳的分離效果。該粉體與該第一鹼液之重量比可以為1：2~1：4。

該酸液係可以用例如硫酸、鹽酸、磷酸、硝酸等常用酸調配，利用鎳、鈷、錳、銅及鋰可溶於酸性溶液而碳不溶於酸性溶液之性質，可得到包含鎳、鈷、錳、銅及鋰之該酸浸液以及該碳渣，並可藉由過濾使該碳渣由該酸浸液分離。該酸液的濃度可以為以重量百分比計20~60%。又，該酸液的濃度較佳為以重量百分比計40~50%，藉此，可避免過度使用該酸液，而提高製程廢水的汙染程度，同時確保較佳的酸浸效果。該濾餅與該酸液之重量比可以為1：2~1：4。

對該酸浸液進行萃取時，可使用一般常用於萃取銅之萃取劑，例如二(2-乙基己基)磷酸酯(P204)或2-乙基己基磷酸單2-乙基己基脂(P507)等。又，亦可使用磺化煤油作為該萃取劑之稀釋劑，並使該萃取劑與該稀釋劑之重量比例可以為1：2~1：4。又，依照需求可進行多次萃取以提高銅之萃取率。

該第二鹼液係可以用例如碳酸鈉等常用鹼性化合物調配，且該第二鹼液的濃度可以為以重量百分比計10~50%。又，該第二鹼液的濃度較佳為以重量百分比計20~40%，藉此，對該萃餘液進行萃取時，利用不同pH值環境下各金屬與該萃取劑之間的作用力不同之特性，該第二鹼液可調整該萃餘液的酸性，使該萃餘液包含的鎳、鈷及錳分離。又，藉由 該第二鹼液調整酸性之方法並不特別限定，例如，以該第二鹼液調整該萃餘液的pH值低於2時可以分離錳，pH 2~5時可以分離鎳及鈷。此外，對該萃餘液進行萃取時的操作條件並不特別限定，例如可以使用上述對該酸浸液進行萃取時的操作條件。

本發明自廢鋰離子電池回收金屬之方法，可以針對廢鋰離子電池所包含的金屬有效地分離並回收，且操作簡便而可降低操作成本。

為證實本發明的自廢鋰離子電池回收金屬之方法確實可以有效地回收廢鋰離子電池所包含的金屬，係進行以下試驗：首先使一廢鋰離子電池粉碎後得到一粉體，取1000克之該粉體，其包含以重量百分比計為15%之銅、10%之鋁、10%之鎳、10%之鈷、5%之錳及7%之鋰。

如第1表所示，調配不同濃度之氫氧化鈉溶液作為第一鹼液，將該粉體加入該氫氧化鈉溶液，並使該粉體與該氫氧化鈉溶液之重量比為1：3，該粉體加入該氫氧化鈉溶液後再經由過濾以得到一濾餅及一鋁酸鹽溶液。測定各金屬殘留於該濾餅中的殘留率如第1表所示。

如第1表所示，在氫氧化鈉溶液濃度大於10%時，鋁的殘留率小於10%，亦即可以沉澱出超過90%的鋁，特別是在氫氧化鈉溶液濃度大於30%時，鋁的殘留率小於1%，亦即可以沉澱出超過99%的鋁。另一 方面，其他金屬的殘留率不受氫氧化鈉溶液濃度變化的影響。

取1000g的以氫氧化鈉溶液反應並過濾後得到之濾餅，其包含以重量百分比計為13%之銅、10%之鎳、11%之鈷、6%之錳及7%之鋰。如第2表所示，調配不同濃度之硫酸溶液作為酸液，將該濾餅加入該酸液進行酸浸，並使該濾餅與該酸液之重量比為1：3，以得到酸浸液，之後將該酸浸液過濾而得到一濾渣。測定各金屬殘留於濾渣中的殘留率如第2表所示。

如第2表所示，在硫酸溶液濃度大於20%時，濾渣中的各金屬殘留率均小於2%，亦即可以酸浸出98%以上之金屬至該酸浸液內，特別是在硫酸溶液濃度大於40%時，各金屬的殘留量均小於1%，亦即可以酸浸出99%以上之金屬至該酸浸液內。

將各個以硫酸溶液酸浸之酸浸液過濾去除碳渣後，以P204作為萃取劑，以磺化煤油作為P204之稀釋劑，並使P204與稀釋劑之重量比例為1：3。萃取後得到一銅萃取液及一萃餘液，該銅萃取液中之銅係形成硫酸銅，且萃取率為95~97%。

取1000毫升的萃取後之萃餘液，該萃餘液包含10g/L之鎳、10g/L之鈷、5g/L之錳及7%之鋰。如第3表所示，調配不同濃度之碳酸鈉溶液作為第二鹼液，於該萃餘液加入該碳酸鈉溶液並使該萃餘液與該碳酸鈉溶液之重量比為1：3，以回收鎳、鈷及錳。

如第3表所示，在碳酸鈉溶液濃度大於10%時，各金屬均有90%以上之回收率，特別是在碳酸鈉溶液濃度大於20%時，各金屬均有93%以上之回收率。

綜上所述，本發明的自廢鋰離子電池回收金屬之方法，確實可以針對廢鋰離子電池所包含的金屬有效地分離並回收，且操作簡便而可降低操作成本。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (9)

1. 一種自廢鋰離子電池回收金屬之方法，包含：使一廢鋰離子電池粉碎成一粉體，該粉體包含鎳、鈷、錳、鋁、銅、鋰及碳；將該粉體加入一第一鹼液後過濾，以獲得一濾餅及一鋁酸鹽溶液，該濾餅包含鎳、鈷、錳、銅、鋰及碳；將該濾餅加入一酸液，以形成一酸浸液及一碳渣，該酸浸液包含鎳、鈷、錳、銅及鋰；對該酸浸液進行萃取，以獲得一銅萃取液及一萃餘液；及於該萃餘液添加一第二鹼液以調整該萃餘液的pH值並進行萃取，且於pH值低於2時分離錳，於pH 2~5時分離鎳及鈷。
2. 如申請專利範圍第1項所述之自廢鋰離子電池回收金屬之方法，其中，該粉體與該第一鹼液之重量比為1：2~1：4。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之自廢鋰離子電池回收金屬之方法，其中，該第一鹼液係濃度為10~50重量%之氫氧化鈉溶液。
4. 如申請專利範圍第3項所述之自廢鋰離子電池回收金屬之方法，其中，該第一鹼液係濃度為30~40重量%之氫氧化鈉溶液。
5. 如申請專利範圍第1項所述之自廢鋰離子電池回收金屬之方法，其中，該濾餅與該酸液之重量比為1：2~1：4。
6. 如申請專利範圍第1或5項所述之自廢鋰離子電池回收金屬之方法，其中，該酸液係濃度為20~60重量%之鹽酸、硫酸、磷酸或硝酸溶液。
7. 如申請專利範圍第6項所述之自廢鋰離子電池回收金屬之方法，其中，該酸液係濃度為40~50重量%之鹽酸、硫酸、磷酸或硝酸溶液。
8. 如申請專利範圍第1項所述之自廢鋰離子電池回收金屬之方法，其中，該第二鹼液係濃度為10~50重量%之碳酸鈉溶液。
9. 如申請專利範圍第8項所述之自廢鋰離子電池回收金屬之方法，其中，該第二鹼液係濃度為20~40重量%之碳酸鈉溶液。