无机酸浸出-生物淋滤协同回收锂离子电池中金属的方法技术

本发明专利技术属于废旧电池金属回收处理技术领域，一种无机酸浸出‑生物淋滤协同回收锂离子电池中金属的方法，包括(1)氧化亚铁硫杆菌的驯化；(2)电池拆解；(3)酸浸出：向混合电极材料粉末中投入无机酸，得到含有重金属和电极粉末的溶液，反应体系最终pH为1.8‑2.5；(4)生物淋滤：向上述溶液中加培养液，并加入驯化好的氧化亚铁硫杆菌，反应后将混合液沉淀分离，分离得到的混合液进行离心，离心得到的含有重金属的液体进行重金属回收。本工艺将无机酸浸出与生物淋滤相结合，酸的用量少，金属浸出率高，发挥了生物淋滤反应条件温和的优势，环保、安全。

Inorganic acid leaching bioleaching synergistic recovery of metals in lithium ion batteries

The invention belongs to the technical field of waste battery metal recovery processing, a method for the synergistic recovery of metal in the lithium ion battery by inorganic acid leaching, including (1) acclimation of Thiobacillus ferrooxidans; (2) battery dismantling; (3) acid leaching: inorganic acids are put into the powder of mixed electrode material, and heavy metals and electrodes are obtained. In the solution of the powder, the reaction system was finally pH 1.8 and 2.5; (4) biological leaching: adding culture liquid to the above solution and adding the acclimated Thiobacillus ferrooxidans, the mixture was precipitated and separated after the reaction. The mixed liquid was centrifuged and the heavy metal was recovered by centrifugation. This process combines inorganic acid leaching with biological leaching, the amount of acid is less, the leaching rate of metal is high, and the condition of biological leaching is mild, it is environmentally friendly and safe.

【技术实现步骤摘要】
无机酸浸出-生物淋滤协同回收锂离子电池中金属的方法
本专利技术属于废旧电池金属回收处理
，具体涉及一种无机酸浸出-生物淋滤协同回收锂离子电池中金属的方法。
技术介绍
随着科技的发展锂离子电池应用越来越广泛，目前手机、电脑等电子产品均使用锂离子电池作为能量储存单元，但是锂离子电池报废量的不断增加给环境造成了严重的污染。废旧锂离子电池是重要的有色金属二次资源，废弃锂离子电池中含钴、锂、镍分别为5-15％、2-7％、0.5-2％，还有Cu、Al、Fe等金属元素。特别是我国钴资源极为缺乏，而锂离子电池中钴的质量分数可以达到l5％，钴含量是伴生钴矿含量的850倍左右，具有很高的回收价值。伴随着锂离子电池的商业化使用，国内外就开始了对其回收利用的研究。回收利用的原始动力为其中的有价金属，尤其是钴铜镍等有色金属。在废旧锂离子电池的再生利用技术中湿法冶金技术应用最多，其中回收的第一步是浸出工艺。一般采用无机酸浸出，但不仅无机酸用量大，且易产生酸雾、环境条件差，环保不达标，必须要酸雾收集处理，增加运行成本，而且，经酸浸出后，仍有一部分金属无法浸出。
技术实现思路
本专利技术主要提供了一种无机酸浸出-生物淋滤协同回收锂离子电池中金属的方法，将无机酸浸出与生物淋滤相结合的工艺，相比传统方法可以减少酸的用量，提高金属的浸出率。其技术方案如下：一种无机酸浸出-生物淋滤协同回收锂离子电池中金属的方法，包括以下步骤：(1)氧化亚铁硫杆菌的驯化：先将氧化亚铁硫杆菌活化处理，再在含有混合电极材料粉末的培养液中反复驯化，得耐受性强的氧化亚铁硫杆菌；(2)电池拆解：将废旧锂离子电池拆解去除外壳、放电并粉碎，得到正负极混合电极材料粉末；(3)酸浸出：将混合电极材料粉末放入第一反应池中，向第一反应池中投入无机酸与电极材料粉末混合，混合反应2-5h，得到pH为1.8-2.5的含有重金属和电极粉末的溶液，将该溶液放入第二反应池中；(4)生物淋滤：向第二反应池中加培养液进行浆化，并加入驯化好的氧化亚铁硫杆菌，搅拌反应4-10天，将混合液进行沉淀分离，分离得到的电极粉末渣进行无害化处理，分离得到的混合液进行离心，离心得到的菌体重回氧化亚铁硫杆菌培养罐中继续培养，离心得到的含有重金属的液体进行重金属回收即可。优选的，步骤(1)中氧化亚铁硫杆菌的驯化方法为，将活化后的含有氧化亚铁硫杆菌菌液加至培养液中，调节初始pH至1.8-3，加入混合电极材料粉末使其浓度为0.8-1.2g/L，摇床培养，定期测量培养液pH，待培养液pH维持在1.8-3.5时结束培养，上述为一循环，下一循环为吸取上一循环培养液中的菌液至新的培养液中，重复上述操作，且每一循环保证混合电极材料的加入量较上一循环增加5-15％，直到混合电极材料粉末浓度增加至1.5-2.0g/L时循环结束，驯化完成。优选的，步骤(1)中所述培养液为9K液体培养基，含有氧化亚铁流感菌菌液的加入量占培养液体积的1/4-1/6。优选的，步骤(3)中所述酸为无机酸，所述无机酸为硫酸与双氧水按照1:0.5-1的质量比例配置而成，所述硫酸浓度为0.75mol/L。优选的，步骤(3)中电极材料粉末与无机酸投加量的固液质量体积比为(1:10-15)g/L。优选的，步骤(4)中所述培养液为9K液体培养基。采用上述方案，本专利技术具有以下优点：本专利技术经长期分离、筛选、驯化，得到一株氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillusferrooxidans,T.f)，该菌株具有适应能力强、耐受多种重金属的特点，尤其耐受高浓度的铜、镍、锌、钴等重金属。利用这株氧化亚铁硫杆菌(简称：CHFe)对无机酸浸出后的废锂离子电池材料粉末，进行生物淋沥浸出，从而获得钴、铜、镍等金属高浸出率，为废锂离子电池后续的金属回收提供准备。本工艺将无机酸浸出与生物淋滤相结合，可以减少酸的用量，改善环境条件，提高金属的浸出率，同时发挥了生物淋滤反应条件温和的优势，整个过程耗酸少、环保、安全。具体实施方式以下实施例中的实验方法如无特殊规定，均为常规方法，所涉及的实验试剂及材料如无特殊规定均为常规生化试剂和材料。实施例11.氧化亚铁硫杆菌的驯化先将CHFe菌活化三次，再进行驯化6个月。驯化步骤如下：将活化的CHFe菌液取20ml至105ml9K培养液的锥形瓶中，调节初始pH至1.8-3(最佳的为2)，加入0.1-0.15g(最佳的为0.125g)的混合电极材料粉末，混合均匀后置于摇床上，30℃、120r·min-1下混合培养14天，每隔24小时测一次pH值，直至pH维持在1.8-3.5范围内不再上升。再重复上述步骤，但每次重复过程中混合电极材料的投加量增加10％，继续驯化培养，指到混合电极材料的粉末浓度增加至1.5-2.0g/L，最后一个循环至第14天后，CHFe菌对1.5-2.0g/L的混合电极材料混合液中pH维持在2-3范围，停止驯化。经长期分离、筛选、驯化，得到一株氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillusferrooxidans,T.f)，该菌株具有适应能力强、耐受多种重金属的特点，尤其耐受高浓度的铜、镍、锌、钴等重金属。利用这株氧化亚铁硫杆菌(简称：CHFe)对无机酸浸出后的废锂离子电池材料粉末，进行生物淋沥浸出，从而获得钴、铜、镍等金属高浸出率，为废锂离子电池后续的金属回收提供准备。2.电池拆解、去壳、粉碎将废旧锂离子电池拆解去外壳、放电、粉碎，分别得到正负极混合材料的粉末。3.无机酸浸出将混合电极材料的粉末放入第一反应池中，将H2SO4(浓度0.75mol/L)与H2O2按照1:0.5-1质量比例配置，按1:10-15(g/L)(最佳比例为1:13)的固液质量体积比比投加到第一反应池中，与混合电极粉末混合。混合反应3小时，得到pH为2.0含有重金属和电极粉末的溶液，将该溶液放入第二反应池。4.生物淋滤向第二反应池中加培养液进行浆化，同时加入在培养罐中培养好的氧化亚铁硫杆菌(简称：CHFe)，控制反应温度30℃，开启搅拌，反应4-10天后，停止搅拌，将混合液进入沉淀池沉淀分离，电极粉末渣进入无害化处置，混合液进入离心机离心得到的菌体回流到氧化亚铁硫杆菌培养罐中继续培养，离心得到的含重金属溶液后续回收工艺中。实施例2电池拆解：将废锂离子电池拆解去外壳、放电、粉碎，得到正负极混合电极材料的粉末1.5kg。酸浸出：在第一反应池中投入得到的正负极混合电极材料粉末1.5kg，按1：13固液质量体积比加入H2SO4(浓度0.75mol/L)-H2O2(1：1)19.5m3，反应混合3小时，得到pH为2的含有重金属和电极粉末的溶液，将溶液放入第二反应池中。生物淋滤：在第二反应池中加入1m3的经实施例1驯化方法驯化好的CHFe菌液和9K培养液(1:5.5)，控制反应温度30℃，开启搅拌，反应7天后，停止搅拌，将混合液体进行沉淀分离，分离得到的电极粉末渣进行无害化处理，分离得到的液体进行离心分离，离心得到含重金属液体，离心得到的菌体回流至氧化亚铁硫杆菌培养罐中继续培养。将得到的含重金属液体经过后续常规回收工艺回收，得到无机酸-生物淋滤工艺中的钴、镍、铜的回收率分别为94.3％、94.0％和96.8％。对比例1将实施例2中生物淋滤步骤省略，并提高酸浸出步骤中硫酸的浓度至5mol/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无机酸浸出‑生物淋滤协同回收锂离子电池中金属的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)氧化亚铁硫杆菌的驯化：先将氧化亚铁硫杆菌活化处理，再在含有混合电极材料粉末的培养液中反复驯化，得耐受性强的氧化亚铁硫杆菌；(2)电池拆解：将废旧锂离子电池拆解去除外壳、放电并粉碎，得到正负极混合电极材料粉末；(3)酸浸出：将混合电极材料粉末放入第一反应池中，向第一反应池中投入无机酸与电极材料粉末混合，混合反应2‑5h，得到pH为1.8‑2.5的含有重金属和电极粉末的溶液，将溶液放入第二反应池中；(4)生物淋滤：向第二反应池中加培养液进行浆化，并加入驯化好的氧化亚铁硫杆菌，搅拌反应4‑10天，将混合液进行沉淀分离，分离得到的电极粉末渣进行无害化处理，分离得到的混合液进行离心，离心得到的菌体重回氧化亚铁硫杆菌培养罐中继续培养，离心得到的含有重金属的液体进行重金属回收即可。

【技术特征摘要】
1.一种无机酸浸出-生物淋滤协同回收锂离子电池中金属的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)氧化亚铁硫杆菌的驯化：先将氧化亚铁硫杆菌活化处理，再在含有混合电极材料粉末的培养液中反复驯化，得耐受性强的氧化亚铁硫杆菌；(2)电池拆解：将废旧锂离子电池拆解去除外壳、放电并粉碎，得到正负极混合电极材料粉末；(3)酸浸出：将混合电极材料粉末放入第一反应池中，向第一反应池中投入无机酸与电极材料粉末混合，混合反应2-5h，得到pH为1.8-2.5的含有重金属和电极粉末的溶液，将溶液放入第二反应池中；(4)生物淋滤：向第二反应池中加培养液进行浆化，并加入驯化好的氧化亚铁硫杆菌，搅拌反应4-10天，将混合液进行沉淀分离，分离得到的电极粉末渣进行无害化处理，分离得到的混合液进行离心，离心得到的菌体重回氧化亚铁硫杆菌培养罐中继续培养，离心得到的含有重金属的液体进行重金属回收即可。2.根据权利要求1所述的无机酸浸出-生物淋滤协同回收锂离子电池中金属的方法，其特征在于：步骤(1)中氧化亚铁硫杆菌的驯化方法为，将活化后的含有氧化亚铁硫杆菌菌液加至培养液中，调节初始pH至1.8-3，加入混合电极材料粉末使其浓度为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：程洁红，张颢竞，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32