權(quán)利要求

1.一種從廢舊鎳鈷錳酸鋰電池材料中回收金屬的方法，其特征在于，按重量份數(shù)計(jì)，所述從廢舊鎳鈷錳酸鋰電池材料中回收金屬的方法的原料組成為：焦炭50～100份、離子電池三元前驅(qū)體材料100～200份、去離子水500～1000份、雙氧水10～30份、硫酸20～35份、碳酸鈉3～10份、碳酸鎳2～5份，改性聚苯乙烯0.025～0.1份，乙醇10～60份，聚乙烯醇2～4份，所述從廢舊鎳鈷錳酸鋰電池材料中回收金屬的具體步驟如下：

S1：在多功能反應(yīng)釜中按比例加入焦炭和離子電池三元前驅(qū)體材料，攪拌速率為1300～1500r/min，在10～30℃下混合攪拌30～120分鐘;

S2：攪拌后將其置于馬弗爐中，設(shè)置焙燒溫度為400～600℃，焙燒時(shí)間為10～240分鐘，進(jìn)行焙燒，得到焙燒物料;

S3：將焙燒物料以1:1.5～1:2的比率與鋼球磨介混合添加至球磨機(jī)，以200～250rpm的轉(zhuǎn)速研磨20～60分鐘，然后水浸40～120分鐘;

S4：將水浸后的焙燒物料通過振動(dòng)篩以600～1200rpm的振動(dòng)頻率，控制振幅為2～4mm，篩分10～30分鐘，利用壓力濾器將篩分后的焙燒物料過濾，設(shè)置過濾壓力為0.5～1.0MPa，過濾速度為5～10L/min，得到含鋰水溶液和鎳鈷錳渣;

S5：將步驟S中的鎳鈷錳渣按液固比為4～12的比例打入浸出槽，進(jìn)行攪拌，設(shè)置攪拌速度為1500～1800r/min，在10～30℃下混合攪拌60～120分鐘;

S6：將硫酸和雙氧水按比例加入步驟S5中的浸出槽，進(jìn)行攪拌浸出，浸出溫度控制在45℃～85℃，浸出時(shí)間30～150分鐘，設(shè)置攪拌速度為1500～1800r/min，在10～30℃下混合攪拌60～120分鐘;

S7：對(duì)步驟S6中得到的浸出液進(jìn)行壓濾，過濾壓力為0.4～0.8MPa，壓濾后得到的濾渣打入洗渣槽進(jìn)行洗渣，洗渣后得到的濾渣作為報(bào)廢渣，洗渣水則打入步驟S5中浸出槽內(nèi)作為底水;

S8：將步驟S7中壓濾得到的浸出液進(jìn)行定向沉淀除雜，向除鐵槽內(nèi)按比例加入碳酸鈉和碳酸鎳進(jìn)行除鐵、鋁并進(jìn)行壓濾，過濾壓力為0.4～0.8MPa，壓濾后得到鐵鋁渣和除鐵鋁后液，鐵鋁渣用5～10份硫酸和500～600份去離子水進(jìn)行洗渣，洗渣后壓濾得到的鐵渣可作報(bào)廢處理，洗渣水則打入步驟S5中浸出槽內(nèi)作為底水;

S9：將步驟S8中的除鐵鋁后液通過萃取除雜技術(shù)得到銅、錳、鋅溶液和鎳、鈷、錳反萃液產(chǎn)品。

2.如權(quán)利要求1所述的一種從廢舊鎳鈷錳酸鋰電池材料中回收金屬的方法，其特征在于，所述方法在步驟S2中進(jìn)一步包括將焙燒物料在氮?dú)夥諊逻M(jìn)行處理，焙燒溫度為400～600℃，處理時(shí)間為20～40分鐘，以防止金屬氧化并提高鎳鈷錳的回收率。

3.如權(quán)利要求1所述的一種從廢舊鎳鈷錳酸鋰電池材料中回收金屬的方法，其特征在于，在步驟S3中，所述水浸過程中加入2%～4%質(zhì)量濃度的聚乙烯醇，以增強(qiáng)顆粒間的親水性，提高金屬的溶出率。

4.如權(quán)利要求1所述的一種從廢舊鎳鈷錳酸鋰電池材料中回收金屬的方法，其特征在于，步驟S4中，所述篩分過程中，利用超聲波振動(dòng)篩以20～40kHz的頻率進(jìn)行篩分，時(shí)間為20～60分鐘，以提高分離效率并減少顆粒粘連。

5.如權(quán)利要求1所述的一種從廢舊鎳鈷錳酸鋰電池材料中回收金屬的方法，其特征在于，步驟S7中，在洗渣過程中，使用去離子水進(jìn)行三次沖洗，每次使用的水量為濾渣重量的2～5倍，以確保去除殘留雜質(zhì)。

6.如權(quán)利要求1所述的一種從廢舊鎳鈷錳酸鋰電池材料中回收金屬的方法，其特征在于，在步驟S8中，使用改性聚苯乙烯作為沉淀劑，以提高除鐵鋁的選擇性，反應(yīng)溫度為40～60℃，處理時(shí)間為30～90分鐘。

7.如權(quán)利要求1所述的一種從廢舊鎳鈷錳酸鋰電池材料中回收金屬的方法，其特征在于，步驟S9中，通過加入10%～12%的有機(jī)溶劑乙醇進(jìn)行萃取，以提高銅、錳、鋅的分離效率，反應(yīng)時(shí)間為120分鐘。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

[0001]本發(fā)明屬于金屬的分離富集技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種從廢舊鎳鈷錳酸鋰電池材料中回收金屬的方法。

背景技術(shù)

[0002]隨著電動(dòng)汽車和便攜式電子設(shè)備的普及，鋰離子電池的使用量急劇增加，導(dǎo)致廢舊鋰離子電池的產(chǎn)生也隨之上升。廢舊鎳鈷錳酸鋰電池，作為其中一種重要類型，主要含有鎳、鈷、錳等有價(jià)值的金屬成分。這些金屬在電池的制造和回收中具有重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境價(jià)值。因此，開發(fā)有效的回收技術(shù)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)利用和減少環(huán)境污染具有重要意義。

[0003]目前，廢舊鎳鈷錳酸鋰電池的常用處理方法主要包括物理法、化學(xué)法和熱處理法。其中，物理法如破碎和篩分，雖然能夠初步分離出電池中的金屬成分，但其回收率相對(duì)較低，且無法去除雜質(zhì)?；瘜W(xué)法則通過酸浸出等手段提取金屬，但該方法通常流程較長(zhǎng)、成本高、環(huán)境污染嚴(yán)重。此外，熱處理法在焙燒過程中會(huì)產(chǎn)生有害氣體，對(duì)環(huán)境造成負(fù)擔(dān)。

[0004]現(xiàn)有技術(shù)在處理廢舊鋰離子電池時(shí)，普遍存在以下缺點(diǎn)：一是處理流程復(fù)雜，導(dǎo)致時(shí)間和成本的增加;二是對(duì)環(huán)境造成污染，尤其是在金屬提取過程中，易產(chǎn)生廢液和有害氣體;三是難以實(shí)現(xiàn)對(duì)雜質(zhì)元素的有效去除，影響最終產(chǎn)品的純度和市場(chǎng)價(jià)值。

[0005]針對(duì)上述問題，本發(fā)明創(chuàng)新性地提出了一種從廢舊鎳鈷錳酸鋰電池材料中回收金屬的方法。該方法強(qiáng)調(diào)鎳、鈷、錳的同步提取和雜質(zhì)元素的定向凈化，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的處理流程，降低了對(duì)環(huán)境的影響。通過利用鋰離子電池三元前驅(qū)體材料為功能導(dǎo)向，開展廢舊鋰離子電池浸出液的選擇性沉淀和低分離比萃取分離，最大限度地減少了環(huán)境負(fù)荷。這一方法不僅提高了金屬回收率，而且為廢舊鋰離子電池的綠色回收和增值利用提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)原型，具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種從廢舊鎳鈷錳酸鋰電池材料中回收金屬的方法，特別是通過將傳統(tǒng)冶金方法與終端產(chǎn)品制造工藝相結(jié)合，通過短流程、低成本、精細(xì)化的處理，直接制備具有特定結(jié)構(gòu)和功能的高附加值產(chǎn)品，研究回收廢舊電池的鎳、鈷、錳等金屬，生產(chǎn)硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳等產(chǎn)品，既解決了資源不足問題，滿足了動(dòng)力電池生產(chǎn)的需要，又解決廢舊電池污染環(huán)境問題，對(duì)推動(dòng)我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)鏈的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)具有重要的意義。

[0007]具體技術(shù)方案如下：

[0008]一種從廢舊鎳鈷錳酸鋰電池材料中回收金屬的方法，其特征在于，按重量份數(shù)計(jì)，所述從廢舊鎳鈷錳酸鋰電池材料中回收金屬的方法的原料組成為：焦炭50～100份、離子電池三元前驅(qū)體材料100～200份、去離子水500～1000份、雙氧水10～30份、硫酸20～35份、碳酸鈉3～10份、碳酸鎳2～5份，改性聚苯乙烯0.025～0.1份，乙醇10～60份，聚乙烯醇2～4份，所述從廢舊鎳鈷錳酸鋰電池材料中回收金屬的具體步驟如下：

[0009]S1：在多功能反應(yīng)釜中按比例加入焦炭和離子電池三元前驅(qū)體材料，攪拌速率為1300～1500r/min，在10～30℃下混合攪拌30～120分鐘;

[0010]S2：攪拌后將其置于馬弗爐中，設(shè)置焙燒溫度為400～600℃，焙燒時(shí)間為10～240分鐘，進(jìn)行焙燒，得到焙燒物料;

[0011]S3：將焙燒物料以1:1.5～1:2的比率與鋼球磨介混合添加至球磨機(jī)，以200～250rpm的轉(zhuǎn)速研磨20～60分鐘，然后水浸40～120分鐘;

[0012]S4：將水浸后的焙燒物料通過振動(dòng)篩以600～1200rpm的振動(dòng)頻率，控制振幅為2～4mm，篩分10～30分鐘，利用壓力濾器將篩分后的焙燒物料過濾，設(shè)置過濾壓力為0.5～1.0MPa，過濾速度為5～10L/min，得到含鋰水溶液和鎳鈷錳渣;

[0013]S5：將步驟S中的鎳鈷錳渣按液固比為4～12的比例打入浸出槽，進(jìn)行攪拌，設(shè)置攪拌速度為1500～1800r/min，在10～30℃下混合攪拌60～120分鐘;

[0014]S6：將硫酸和雙氧水按比例加入步驟S5中的浸出槽，進(jìn)行攪拌浸出，浸出溫度控制在45℃～85℃，浸出時(shí)間30～150分鐘，設(shè)置攪拌速度為1500～1800r/min，在10～30℃下混合攪拌60～120分鐘;

[0015]S7：對(duì)步驟S6中得到的浸出液進(jìn)行壓濾，過濾壓力為0.4～0.8MPa，壓濾后得到的濾渣打入洗渣槽進(jìn)行洗渣，洗渣后得到的濾渣作為報(bào)廢渣，洗渣水則打入步驟S5中浸出槽內(nèi)作為底水;

[0016]S8：將步驟S7中壓濾得到的浸出液進(jìn)行定向沉淀除雜，向除鐵槽內(nèi)按比例加入碳酸鈉和碳酸鎳進(jìn)行除鐵、鋁并進(jìn)行壓濾，過濾壓力為0.4～0.8MPa，壓濾后得到鐵鋁渣和除鐵鋁后液，鐵鋁渣用5～10份硫酸和500～600份去離子水進(jìn)行洗渣，洗渣后壓濾得到的鐵渣可作報(bào)廢處理，洗渣水則打入步驟S5中浸出槽內(nèi)作為底水;

[0017]S9：將步驟S8中的除鐵鋁后液通過萃取除雜技術(shù)得到銅、錳、鋅溶液和鎳、鈷、錳反萃液產(chǎn)品。

[0018]在其中一些實(shí)施例中，所述方法在步驟S2中進(jìn)一步包括將焙燒物料在氮?dú)夥諊逻M(jìn)行處理，焙燒溫度為400～600℃，處理時(shí)間為20～40分鐘，以防止金屬氧化并提高鎳鈷錳的回收率。

[0019]在其中一些實(shí)施例中，在步驟S3中，所述水浸過程中加入2%～4%質(zhì)量濃度的聚乙烯醇，以增強(qiáng)顆粒間的親水性，提高金屬的溶出率。

[0020]在其中一些實(shí)施例中，步驟S4中，所述篩分過程中，利用超聲波振動(dòng)篩以20～40kHz的頻率進(jìn)行篩分，時(shí)間為20～60分鐘，以提高分離效率并減少顆粒粘連。

[0021]在其中一些實(shí)施例中，步驟S7中，在洗渣過程中，使用去離子水進(jìn)行三次沖洗，每次使用的水量為濾渣重量的2～5倍，以確保去除殘留雜質(zhì)。

[0022]在其中一些實(shí)施例中，在步驟S8中，使用改性聚苯乙烯作為沉淀劑，以提高除鐵鋁的選擇性，反應(yīng)溫度為40～60℃，處理時(shí)間為30～90分鐘。

[0023]在其中一些實(shí)施例中，步驟S9中，通過加入10%～12%的有機(jī)溶劑乙醇進(jìn)行萃取，以提高銅、錳、鋅的分離效率，反應(yīng)時(shí)間為120分鐘。

[0024]本反應(yīng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

[0025](1)產(chǎn)率提升：通過優(yōu)化焙燒溫度和時(shí)間、控制浸出液的pH值以及反應(yīng)溫度，顯著提高鎳、鈷、錳的回收率，確保最大限度地提取有價(jià)值的金屬成分。

[0026](2)環(huán)境友好：本方法采用低分離比的萃取分離技術(shù)，降低了對(duì)環(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn)，減少了廢液和有害氣體的排放，實(shí)現(xiàn)了綠色回收。

[0027](3)成本降低：結(jié)合選擇性沉淀技術(shù)，減少了對(duì)昂貴化學(xué)試劑的需求，降低了整體生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

[0028](4)多金屬回收：該反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)鎳、鈷、錳的同步提取，同時(shí)對(duì)雜質(zhì)元素進(jìn)行定向凈化，使得最終產(chǎn)品的純度更高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng)。

附圖說明

[0029]圖1從廢舊鎳鈷錳酸鋰電池材料中回收金屬的流程示意圖

具體實(shí)施方式

[0030]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)工藝步驟，具體實(shí)施條件和材料，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

[0031]實(shí)施例1

[0032]如圖1所示，在多功能反應(yīng)釜中按比例加入焦炭和離子電池三元前驅(qū)體材料，攪拌速率為1300r/min，在15℃下混合攪拌40分鐘，攪拌后將其置于馬弗爐中，設(shè)置焙燒溫度為400℃，焙燒時(shí)間為100分鐘，進(jìn)行焙燒，得到焙燒物料，將焙燒物料在氮?dú)夥諊逻M(jìn)行處理，焙燒溫度為400℃，處理時(shí)間為20分鐘，將處理后的物料以1:1.5的比率與鋼球磨介混合添加至球磨機(jī)，以200rpm的轉(zhuǎn)速研磨20分鐘，然后水浸40分鐘，水溶液中加入2%質(zhì)量濃度的聚乙烯醇，得到水浸后的焙燒物料，備用。

[0033]表1實(shí)施例1離子電池三元前驅(qū)體材料焙燒水浸需要的原料配比

[0034]

焦炭50份離子電池三元前驅(qū)體材料100份聚乙烯醇2份

[0035]實(shí)施例2

[0036]如圖1所示，在多功能反應(yīng)釜中按比例加入焦炭和離子電池三元前驅(qū)體材料，攪拌速率為1500r/min，在30℃下混合攪拌120分鐘，攪拌后將其置于馬弗爐中，設(shè)置焙燒溫度為600℃，焙燒時(shí)間為200分鐘，進(jìn)行焙燒，得到焙燒物料，將焙燒物料在氮?dú)夥諊逻M(jìn)行處理，焙燒溫度為500℃，處理時(shí)間為30分鐘，將處理后的物料以1:2的比率與鋼球磨介混合添加至球磨機(jī)，以240rpm的轉(zhuǎn)速研磨50分鐘，然后水浸80分鐘，水溶液中加入4%質(zhì)量濃度的聚乙烯醇，得到水浸后的焙燒物料，備用。

[0037]表2實(shí)施例2離子電池三元前驅(qū)體材料焙燒水浸需要的原料配比

[0038]

焦炭50份離子電池三元前驅(qū)體材料100份聚乙烯醇4份

[0039]實(shí)施例3

[0040]如圖1所示，將實(shí)施例1中水浸后的焙燒物料通過振動(dòng)篩以600rpm的振動(dòng)頻率，控制振幅為2mm，篩分10分鐘，利用壓力濾器將篩分后的焙燒物料過濾，設(shè)置過濾壓力為0.5MPa，過濾速度為5L/min，得到含鋰水溶液和鎳鈷錳渣;備用。

[0041]實(shí)施例4

[0042]如圖1所示，將實(shí)施例2中水浸后的焙燒物料通過超聲波振動(dòng)篩以40kHz的頻率進(jìn)行篩分，時(shí)間為60分鐘，利用壓力濾器將篩分后的焙燒物料過濾，設(shè)置過濾壓力為1.0MPa，過濾速度為10L/min，得到含鋰水溶液和鎳鈷錳渣;備用。

[0043]實(shí)施例5

[0044]如圖1所示，將實(shí)施例3中的鎳鈷錳渣按液固比為6的比例打入浸出槽，進(jìn)行攪拌，設(shè)置攪拌速度為1500r/min，在10℃下混合攪拌60分鐘;將硫酸和雙氧水按比例加入步驟S5中的浸出槽，進(jìn)行攪拌浸出，浸出溫度控制在45℃，浸出時(shí)間60分鐘，設(shè)置攪拌速度為1500r/min，在10℃下混合攪拌60分鐘;將得到的浸出液進(jìn)行壓濾，過濾壓力為0.4MPa，壓濾后得到的濾渣打入洗渣槽進(jìn)行洗渣，在洗渣過程中，使用去離子水進(jìn)行三次沖洗，每次使用的水量為濾渣重量的2倍，洗渣后得到的濾渣作為報(bào)廢渣，洗渣水則打入步驟S5中浸出槽內(nèi)作為底水，備用。

[0045]表3實(shí)施例5鎳鈷錳渣浸出需要的原料配比

[0046]

硫酸5份雙氧水15份去離子水300份

[0047]實(shí)施例6

[0048]如圖1所示，將實(shí)施例4中的鎳鈷錳渣按液固比為10的比例打入浸出槽，進(jìn)行攪拌，設(shè)置攪拌速度為1800r/min，在30℃下混合攪拌100分鐘;將硫酸和雙氧水按比例加入步驟S5中的浸出槽，進(jìn)行攪拌浸出，浸出溫度控制在65℃，浸出時(shí)間120分鐘，設(shè)置攪拌速度為1600r/min，在30℃下混合攪拌100分鐘;將得到的浸出液進(jìn)行壓濾，過濾壓力為0.8MPa，壓濾后得到的濾渣打入洗渣槽進(jìn)行洗渣，在洗渣過程中，使用去離子水進(jìn)行三次沖洗，每次使用的水量為濾渣重量的5倍，洗渣后得到的濾渣作為報(bào)廢渣，洗渣水則打入步驟S5中浸出槽內(nèi)作為底水，備用。

[0049]表4實(shí)施例5鎳鈷錳渣浸出需要的原料配比

[0050]

硫酸3份雙氧水15份去離子水700份

[0051]實(shí)施例7

[0052]如圖1所示，將實(shí)施例5中壓濾得到的浸出液進(jìn)行定向沉淀除雜，向除鐵槽內(nèi)按比例加入碳酸鈉和碳酸鎳進(jìn)行除鐵、鋁并進(jìn)行壓濾，過濾壓力為0.4MPa，壓濾后得到鐵鋁渣和除鐵鋁后液，鐵鋁渣用硫酸和去離子水進(jìn)行洗渣，洗渣后壓濾得到的鐵渣可作報(bào)廢處理，洗渣水則打入中浸出槽內(nèi)作為底水;將除鐵鋁后液通過加入10%的有機(jī)溶劑乙醇進(jìn)行萃取除雜，得到銅、錳、鋅溶液和鎳、鈷、錳反萃液產(chǎn)品。

[0053]表5實(shí)施例7浸出液除雜需要的原料配比

[0054]

[0055]

[0056]依據(jù)《YS/T 798-2012鎳鈷錳酸鋰》使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜進(jìn)行金屬離子濃度測(cè)定鎳鈷錳反萃液中各元素的含量，測(cè)試結(jié)果表明符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

[0057]表6實(shí)施例7制備的鎳鈷錳反萃液的檢測(cè)成分表

[0058]

項(xiàng)目含量鎳(Ni)w%19.246鈷(Co)w%17.615錳(Mn)w%21.365銅(Cu)w%7.549鈉(Na)w%0.0176鎂(Mg)w%0.0107鈣(Ca)w%0.0086鐵(Fe)w%0.0027鋅(Zn)w%0.0013銅(Cu)w%0.0032

[0059]實(shí)施例8

[0060]如圖1所示，將實(shí)施例6中壓濾得到的浸出液進(jìn)行定向沉淀除雜，向除鐵槽內(nèi)按比例加入碳酸鈉和碳酸鎳，使用改性聚苯乙烯作為沉淀劑，以提高除鐵鋁的選擇性，反應(yīng)溫度為60℃，處理時(shí)間為90分鐘。并進(jìn)行壓濾，過濾壓力為0.8MPa，壓濾后得到鐵鋁渣和除鐵鋁后液，鐵鋁渣用硫酸和去離子水進(jìn)行洗渣，洗渣后壓濾得到的鐵渣可作報(bào)廢處理，洗渣水則打入步驟S5中浸出槽內(nèi)作為底水;將除鐵鋁后液通過加入12%的有機(jī)溶劑乙醇進(jìn)行萃取除雜，得到銅、錳、鋅溶液和鎳、鈷、錳反萃液產(chǎn)品。

[0061]表7實(shí)施例8浸出液除雜需要的原料配比

[0062]

[0063]

[0064]依據(jù)《YS/T 798-2012鎳鈷錳酸鋰》使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜進(jìn)行金屬離子濃度測(cè)定鎳鈷錳反萃液中各元素的含量，測(cè)試結(jié)果表明符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

[0065]表8實(shí)施例8制備的鎳鈷錳反萃液的檢測(cè)成分表

[0066]

項(xiàng)目含量鎳(Ni)w%21.726鈷(Co)w%18.975錳(Mn)w%13.426銅(Cu)w%7.537鈉(Na)w%0.0278鎂(Mg)w%0.0113鈣(Ca)w%0.0045鐵(Fe)w%0.0032鋅(Zn)w%0.0004銅(Cu)w%0.0019

[0067]各位技術(shù)人員須知：雖然本發(fā)明已按照上述具體實(shí)施方式做了描述，但是本發(fā)明的發(fā)明思想并不僅限于此發(fā)明，任何運(yùn)用本發(fā)明思想的改裝，都將納入本專利保護(hù)范圍。

說明書附圖(1)