一种废旧磷酸铁锂电池中金属回收的方法技术

本发明专利技术提供了一种废旧磷酸铁锂电池金属回收的方法，该方法将废旧磷酸铁锂电池焙烧分选，得到含锂正极粉料，所述含锂粉料在铵盐和/或氨的混合溶液中强化浸出，在氧化性环境中将二价铁转换为三价铁，并形成沉淀，从而获得含锂溶液，过滤，用于高纯锂产品的制备，获得氢氧化锂或者碳酸锂等高价值产品；该发明专利技术有别于传统的湿法酸浸，不再使用酸性浸出剂，避免了大量高盐废水的产生，通过选择性强化浸出锂元素，浸出效率高、浸出液消耗量小，能够得到高纯度含锂溶液，最终获得的锂产品纯度高，而且流程短，化学药剂来源广泛，工艺条件简单，可选择性强化浸出锂元素，回收获得高纯锂产品，提高了废旧磷酸铁锂电池的回收效益，具有良好的工业应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种废旧磷酸铁锂电池中金属回收的方法
本专利技术属于二次资源回收利用和循环经济
，尤其涉及一种废旧磷酸铁锂电池中金属回收的方法。
技术介绍
在节能和减排的双重压力下，新能源汽车已成为未来汽车工业发展的方向。随着政府的大力推广，新能源汽车产业将由起步阶段进入到快速发展阶段。动力电池作为新能源汽车最关键的零部件之一，需求量迅猛增长。其中，磷酸铁锂电池因具有较高的理论容量、良好的放电平台、优秀的循环稳定性及价格低廉等优点，被广泛用于新能源汽车。废旧磷酸铁锂材料的合理回收利用将促进新能源汽车行业的发展，实现资源的综合利用。近期，国内外研究人员基于湿法冶金的原理，开发出一系列废旧磷酸铁锂电池中回收高值元素的工艺，其主要流程是将废旧电池经焙烧、破碎得到混料，然后采用碱法除铝，获得铁、锂混合渣，再同时浸出铁、锂元素，之后选择性沉淀得到锂产品。如CN103280610A通过碱法溶解得到含铁含锂溶液，并将铁以磷酸铁沉淀形式去除，所得含锂溶液进一步用于锂元素的回收。CN101847763A则使用有机溶剂溶解和酸解，然后辅助加入硫化钠获得锂元素。CN102956936A公布了一种基于酸浸和碱浸回收利用有价金属的方法，焙烧后的正极材料在pH值0.5~2.0下酸浸后，酸浸滤液回调pH值沉淀铝、铁、铜，碱浸滤液进一步回调pH值用于回收利用锂。以上提及的湿法浸出工艺，在浸出之前未分离铁锂元素,在浸出过程中也未采用选择性浸出，导致浸出酸耗极大。浸出液含有大量的铁杂质，导致除杂工艺复杂，回收获得的碳酸锂产品品味低，不能够真正用于电池的再生产。加之现有工艺涉及到除杂及净化工序，通常会产生大量高盐废水，如处理不当就会导致二次污染，增加环境成本；如额外增加废水处理环节，则会增加废水处理成本，不符合循环经济发展理念，也不具备大规模推广使用的价值。目前，高温煅烧的研究主要集中在磷酸铁锂正极材料的再生，如CN102280673A、CN102583297A、CN102751548A、CN104362408A公布了在氧化性条件下高温煅烧制备磷酸铁锂产品的工艺参数。基于目前的湿法冶金或者高温冶金的回收工艺，虽然能够回收处理磷酸铁锂电池，并获得磷酸铁锂正极材料或者碳酸锂等多种产品，但是温煅烧直接制备磷酸铁锂正极材料往往工艺流程长，要求严格控制反应条件，并需要高能耗工序辅助生产，因此实际应用十分有限。
技术实现思路
为了提高废旧电池回收效率，提高所得产品质量，避免现有工艺衍生的废水处理问题，本专利技术旨在提供一种废旧磷酸铁锂电池中金属回收的方法。该专利技术选择性强化浸出锂元素，浸出效率高、浸出液消耗量小，能够得到高纯度含锂溶液，因此获得的锂产品纯度高。将废旧磷酸铁锂电池焙烧分选，得到含锂正极粉料。含锂粉料在铵盐和/或氨的混合溶液中强化浸出，在氧化性环境中将二价铁转换为三价铁，并形成沉淀，获得含锂溶液，过滤后可用于高纯锂产品的制备，获得氢氧化锂或者碳酸锂等高价值产品。该专利技术有别于了传统的湿法酸浸，不再使用酸性浸出剂，避免了大量高盐废水的产生。由于本专利技术流程短、工艺简单、可选择性强化浸出锂元素，回收获得高纯锂产品，提高了废旧磷酸铁锂电池的回收效益、具有良好的工业应用前景。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种废旧磷酸铁锂电池强化浸出回收金属的方法，包括以下步骤：（1）将废旧电池焙烧分选得到含有铝、铁、锂的电池材料粉末；（2）步骤（1）所得含铝、铁、锂粉料进行碱法除铝，得到含铁含锂残渣；（3）步骤（2）所得含铁含锂残渣，球磨得到含铁含锂粉料；（4）步骤（3）所得含锂粉料在铵盐和/或氨的混合溶液强化浸出，同时在氧化环境下，将二价铁转换为三价铁，形成不溶于水的含铁化合物，选择性浸出锂元素；（5）步骤（4）浸出液/渣分离后，浓缩含锂溶液，回收获得铵盐和/或氨；（6）步骤（5）所得浓缩液用于回收锂资源得到高纯氢氧化锂或者碳酸锂。步骤（1）将磷酸铁锂废旧电池破碎及焙烧分选，得到含铝、铁、锂的电池材料粉末；优选的，通过机械破碎将电池正极材料破碎为1~20mm×1~20mm的碎片；优选的，焙烧温度为200~1200℃，焙烧时间为1~6h。步骤（1）焙烧过程中可喷入含钙粉体以吸收产生的含氟气体，所述电池废料与含钙粉体的质量配比为20~300:1；优选的，所述含钙粉体为含钙无机物、含钙有机物及含钙生物质中一种或任意几种的组合；优选的，所述含钙粉体优选为CaC2、CaCl2、CaCO3、Ca(NO3)2、CaO、Ca(OH)2、Ca5(PO4)3(OH)、C36H70CaO4、C6H10CaO6、C6H10CaO6、Ca(HCO2)2、Ca(CH3COO)2、CaC2O4中的一种或几种的组合；焙烧后可采用重力分选，旋流或筛分的方法除去铝、铜金属，得到含锂粉料。步骤（2）所得含铝、铁、锂粉料进行碱法除铝，得到含铁含锂残渣；优选的，将废旧电池粉料加入到碱溶液中，溶解铝及铝的氧化物得到含铁含锂残渣；优选的，碱溶液为NaOH溶液，KOH溶液，Ca(OH)2溶液或氨水中的一种或几种组合；优选的，碱液浓度为2~4mol/L。步骤（3）所得含铁含锂残渣球磨得到粉料，球磨时间为0.1~20h；优选的，所述含铁含锂粉料尺寸30~1000目；进一步，优选为200~500目。步骤（4）所得含锂粉料在铵盐和/或氨的混合溶液强化浸出，同时在氧化性环境下，将二价铁转换为三价铁，形成不溶于水的含铁化合物，选择性浸出锂元素；所用铵盐和/或氨浓度为0.1~15mol/L，浸出S/L为1~500g/L，浸出温度为5~100℃，浸出时间为5~480min，搅拌速度为0~2000rpm，强化浸出压力为1~5atm；所述铵盐和/或氨溶液浓度优选为2~4mol/L；所述浸出S/L优选为80~150g/L；所述强化浸出温度优选为30~120℃；所述强化浸出压力优选为1~1.5atm；所述搅拌速度优选为100~500rpm；所述氧化性环境为在溶液中加入或通入加入H2O2、MnO2、KMnO4、空气或O2氧化剂的一种或者几种组合进行氧化。步骤（5）所得含锂溶液，浓缩至锂离子浓度为2~500g/L，浓缩过程中回收获得铵盐和/或氨，浓缩温度为40~100℃；优选的，浓缩温度为70~100℃；优选的，浓缩锂离子浓度为200~500g/L。步骤（6）浓缩后的锂离子溶液经除杂萃取制备氢氧化锂，清洗得到高纯氢氧化锂；或加入饱和碳酸钠溶液沉淀碳酸锂，分离并清洗得到高纯碳酸锂；优选的，碳酸锂沉淀温度为20~100℃；进一步优选为60~100℃；优选的，碳酸锂沉淀搅拌速度为0~2000rpm；进一步优选为100~500rpm；优选的，碳酸锂沉淀搅拌调节时间为0.5~72h；进一步优选为2~12h；优选的，碳酸锂沉淀加入的碳酸根离子与溶液中锂离子的摩尔比例为1~3:2；优选的，洗涤所用水的温度为10~100℃；进一步优选为40~100℃。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术通过一步法获得锂元素，摈弃了传统的湿法酸浸工艺，简化了回收工艺流程、避免了大量高盐废水的产生、有效解决了废旧电池回收过程中环境二次污染等问题，降低了回收成本；（2）本专利技术结合强化浸出和选择性浸出，通过产生不溶于水的铁的化合物和磷酸钙的方式，强化浸出选择性得到了只含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种废旧磷酸铁锂电池中金属回收的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将废旧电池焙烧分选得到含有铝、铁、锂的电池材料粉末；（2）步骤（1）所得含铝、铁、锂粉料进行碱法除铝，得到含铁含锂残渣；（3）步骤（2）所得含铁含锂残渣，球磨得到含铁含锂粉料；（4）步骤（3）所得含锂粉料在铵盐和/或氨的混合溶液强化浸出，同时在氧化环境下，将二价铁转换为三价铁，形成不溶于水的含铁化合物，选择性浸出锂元素；（5）步骤（4）浸出液/渣分离后，浓缩含锂溶液，回收获得铵盐和/或氨；（6）步骤（5）所得浓缩液用于回收锂资源得到高纯氢氧化锂或者碳酸锂。

【技术特征摘要】
1.一种废旧磷酸铁锂电池中金属回收的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将废旧电池焙烧分选得到含有铝、铁、锂的电池材料粉末；（2）步骤（1）所得含铝、铁、锂粉料进行碱法除铝，得到含铁含锂残渣；（3）步骤（2）所得含铁含锂残渣，球磨得到含铁含锂粉料；（4）步骤（3）所得含锂粉料在铵盐和/或氨的混合溶液强化浸出，同时在氧化环境下，将二价铁转换为三价铁，形成不溶于水的含铁化合物，选择性浸出锂元素；（5）步骤（4）浸出液/渣分离后，浓缩含锂溶液，回收获得铵盐和/或氨；（6）步骤（5）所得浓缩液用于回收锂资源得到高纯氢氧化锂或者碳酸锂。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤（1）将磷酸铁锂废旧电池破碎及焙烧分选，得到含铝、铁、锂的电池材料粉末；优选的，通过机械破碎将电池正极材料破碎为1~20mm×1~20mm的碎片；优选的，焙烧温度为200~1200℃，焙烧时间为1~6h。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，步骤（1）焙烧过程中可喷入含钙粉体以吸收产生的含氟气体，所述电池废料与含钙粉体的质量配比为20~300:1；优选的，所述含钙粉体为含钙无机物、含钙有机物或含钙生物质中一种或任意几种的组合；优选的，所述含钙粉体优选为CaC2、CaCl2、CaCO3、Ca(NO3)2、CaO、Ca(OH)2、Ca5(PO4)3(OH)、C36H70CaO4、C6H10CaO6、C6H10CaO6、Ca(HCO2)2、Ca(CH3COO)2、CaC2O4中的一种或几种的组合。4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，焙烧后可采用重力分选，旋流或筛分的方法除去铝、铜金属，得到含锂粉料。5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤（2）所得含铝、铁、锂粉料进行碱法除铝，得到含铁含锂残渣；优选的，将废旧电池粉料加入到碱溶液中，溶解铝及铝的氧化物得到含铁含锂残渣；优选的，碱溶液为NaOH溶液，KOH溶液，Ca(OH)2溶液或氨水中的一种或几种组合；优选的，碱液浓度为2~4mol/L...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪，
申请(专利权)人：中科过程北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11