一种从锂电池中萃取金属离子的方法技术

本发明专利技术公开了一种从锂电池中萃取金属离子的方法，该方法采用双酮类化合物和有机膦化合物协同分步萃取锂电池浸出液中的各金属离子，分别获得负载各金属离子的负载有机相，然后对各负载有机相分别进行反萃，分别得到富含各金属离子的反萃液。本发明专利技术提供的方法仅采用一种萃取有机相就可实现对锂电池正极材料浸出液中多种金属离子的高效回收，简化了工艺设备及流程；同时，各金属离子的回收率均在97％以上，废旧锂电池回收的经济性得到大大提升。

【技术实现步骤摘要】
一种从锂电池中萃取金属离子的方法
本专利技术涉及萃取
，具体涉及一种从锂电池中萃取金属离子的方法。
技术介绍
目前在役锂电池主要有磷酸铁锂电池和三元材料锂电池，其中，三元材料锂电池输出功率大、能量密度高，很受民用车制造商的青睐，三元材料锂电池的正极材料中钴、镍、锰等金属被称为城市矿山，不但价格昂贵且如果处理不当会对环境造成不可逆转的破坏，因此三元材料电池的回收研究是锂电池回收的一大热门。目前废旧锂电池回收工艺主要有湿法冶金和火法冶金，其中火法冶金过程能耗较高，且无法得到纯净的产品，并且在煅烧过程中会对周围环境造成非常严重的影响。湿法冶金对环境来说更为友好，且经过一系列回收工艺可以得到高纯度的产品，更受市场欢迎。湿法回收工艺主要分为破碎-筛分-浸出-有价元素回收-尾液排放几个步骤，整个回收工艺中，有价元素回收步骤最为关键，该步骤决定了整个工艺过程的回收率与经济性，在有价元素回收过程中，溶剂萃取法的应用最为广泛。中国专利(CN200910013221.1)公开了一种从钴酸锂电池浸出液中用有机磷酸类萃取剂P204萃取回收钴，再通过沉淀法回收锂的工艺，钴的回收率达到97％，但锂的回收率仅为75％左右，无法实现有价金属的高效回收；中国专利(CN201110065079.2)公开了一种从锂电池正极材料中回收钴锂的方法，该方法用有机磷酸类萃取剂P204萃取钴，并用盐酸溶液进行反萃得到纯度较高的钴溶液，萃取钴之后的含锂溶液进行蒸发结晶得到锂产品，实现了钴和锂的回收，但回收过程需要蒸发结晶，能耗较高，且难以得到高纯度的锂产品；中国专利(CN201310314079.0)公开了一种从废旧锂电池正极材料逆向回收制备镍钴酸锂的方法，该方法提出用有机磷酸类萃取剂P204萃取钴、镍，并用无机酸反萃得到钴镍的混合物，再进行离子比例调配，最终制得镍钴酸锂产品，该方法在合成过程中需要额外加入锂源，并且无法有效回收正极材料中的锂；中国专利(CN201810461656.1)公开了一种从含有锂、钴、镍、锰的锂电池正极材料浸出液中选择性回收锂的方法，该方法用羧基功能化的离子液体与磷酸三丁酯的混合物选择性萃取锂，锂的萃取率可以达到85％以上，钴镍锰的萃取率均在5％以下，实现了锂的选择性回收，但离子液体价格相对昂贵，增加了锂的回收成本。以上回收方法中对于有价金属的回收多利用有机磷酸类萃取剂，如P204，P507等，该类型萃取剂对钴锰等过渡金属离子具有比较好的萃取效果，但对锂的萃取率较低，在回收过程中造成锂资源的大量浪费。另外，以上萃取体系在萃取回收含多组分的金属离子溶液时，往往需要多种萃取剂分步萃取，水相中难免夹带不同有机相，造成萃取剂之间的互相污染，严重的甚至导致萃取剂中毒失效，造成回收工艺的成本攀升，经济性下降。
技术实现思路
为解决上述现有萃取方法无法实现各有价金属离子的高选择性萃取的问题，本专利技术提供了一种无需更换萃取体系，只调整萃取工艺就能高效回收锂离子电池中多种金属离子的萃取方法。为了达到上述专利技术目的，本专利技术提供一种从锂电池中萃取金属离子的方法，包括步骤：S1、提供萃取有机相：在所述萃取有机相中，包括萃取剂、协萃剂和稀释剂，所述萃取剂包括双酮类化合物，所述协萃剂包括有机膦化合物；S2-1、钴锰萃取：以锂电池浸出液作为被萃取液，将所述萃取有机相与所述被萃取液混合，并进行钴锰萃取，萃取平衡后分相，获得第一萃余液和钴锰负载有机相；S2-2、钴锰反萃：采用反萃剂对所述钴锰负载有机相进行钴锰反萃，分相后获得钴锰反萃液和第一空有机相；S3-1、镍萃取：将所述萃取有机相与所述第一萃余液混合，并进行镍萃取，萃取平衡后分相，获得第二萃余液和镍负载有机相；S3-2、镍反萃：采用反萃剂对所述镍负载有机相进行镍反萃，分相后获得镍反萃液和第二空有机相；S4-1、锂萃取：将所述萃取有机相与所述第二萃余液混合，并进行锂萃取，萃取平衡后分相，获得第三萃余液和锂负载有机相；S4-2、锂反萃：采用反萃剂对所述锂负载有机相进行锂反萃，分相后获得锂反萃液和第三空有机相。优选地，所述双酮类化合物的浓度为0.05mol/L～1.0mol/L，所述双酮类化合物的结构式为：其中，R1，R2为C1～C20的直链或带有支链的烷基或芳香基，R3为C1～C20的含氟取代的直链或带有支链的烷基或芳香基；所述有机膦化合物的浓度为0.05mol/L～1.0mol/L，所述有机膦化合物的结构式为：其中，R1’，R2’，R3’均为C1～C8的直链或带有支链的烷基，C1～C8的直链或带有支链的烷氧基、苯基或卤素取代烷基中的一种；所述稀释剂选自煤油、正十二烷烃或200号溶剂油；所述被萃取液中包含有锂离子、钴离子、镍离子和锰离子，其中，锂离子的浓度为0.05g/L～20g/L，钴离子的浓度为0.05g/L～50g/L，镍离子的浓度为0.05g/L～50g/L，锰离子的浓度为0.05g/L～50g/L；各步骤中的反萃剂为0.05mol/L～12mol/L的盐酸或硫酸。优选地，在所述步骤S2-1中，所述萃取有机相与所述被萃取液的体积比为1:10～10:1；所述钴锰萃取的方式为2～10级逆流萃取；单级萃取的时间为2min～10min。优选地，在所述步骤S2-2中，所述钴锰反萃的方式为2～10级逆流反萃或2～10级错流反萃；所述钴锰负载有机相与所述钴锰反萃液的体积比为1:1～40:1；单级反萃的时间为2min～10min。优选地，在所述步骤S3-1中，所述萃取有机相与所述第一萃余液的体积比为1:10～10:1；所述镍萃取的方式为2～10级逆流萃取；单级镍萃取的时间为2min～10min。优选地，在所述步骤S3-2中，所述镍反萃的方式为2～10级逆流反萃或2～10级错流反萃；所述镍负载有机相与所述镍反萃液的体积比为1:1～40:1；单级镍反萃的时间为2min～10min。优选地，在所述步骤S4-1中，所述萃取有机相与所述第二萃余液的体积比为1:10～10:1；所述锂萃取的方式为2～10级逆流萃取；单级锂萃取的时间为2min～10min。优选地，在所述步骤S4-2中，所述锂反萃的方式为2～10级逆流反萃或2～10级错流反萃；所述锂负载有机相与所述锂反萃液的体积比为1:1～40:1；单级锂反萃的时间为2min～10min。优选地，在所述步骤S1中，还包括采用皂化液对所述萃取有机相进行皂化，分相后获得皂化余液和皂化有机相；在此种情况下，步骤S1后续的所有步骤中使用的萃取有机相均为皂化有机相。优选地，所述皂化液选自氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、氨溶液中的至少一种。优选地，所述皂化液的浓度为0.05mol/L～5mol/L；所述萃取有机相与所述皂化液的体积比为1:5～20:1。本专利技术提供的从锂电池中回收金属离子的萃取方法，采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从锂电池中萃取金属离子的方法，其特征在于：包括步骤：/nS1、提供萃取有机相：在所述萃取有机相中，包括萃取剂、协萃剂和稀释剂，所述萃取剂包括双酮类化合物，所述协萃剂包括有机膦化合物；/nS2-1、钴锰萃取：以锂电池浸出液作为被萃取液，将所述萃取有机相与所述被萃取液混合，并进行钴锰萃取，萃取平衡后分相，获得第一萃余液和钴锰负载有机相；/nS2-2、钴锰反萃：采用反萃剂对所述钴锰负载有机相进行钴锰反萃，分相后获得钴锰反萃液和第一空有机相；/nS3-1、镍萃取：将所述萃取有机相与所述第一萃余液混合，并进行镍萃取，萃取平衡后分相，获得第二萃余液和镍负载有机相；/nS3-2、镍反萃：采用反萃剂对所述镍负载有机相进行镍反萃，分相后获得镍反萃液和第二空有机相；/nS4-1、锂萃取：将所述萃取有机相与所述第二萃余液混合，并进行锂萃取，萃取平衡后分相，获得第三萃余液和锂负载有机相；/nS4-2、锂反萃：采用反萃剂所述锂负载有机相进行锂反萃，分相后获得锂反萃液和第三空有机相。/n

【技术特征摘要】
1.一种从锂电池中萃取金属离子的方法，其特征在于：包括步骤：
S1、提供萃取有机相：在所述萃取有机相中，包括萃取剂、协萃剂和稀释剂，所述萃取剂包括双酮类化合物，所述协萃剂包括有机膦化合物；
S2-1、钴锰萃取：以锂电池浸出液作为被萃取液，将所述萃取有机相与所述被萃取液混合，并进行钴锰萃取，萃取平衡后分相，获得第一萃余液和钴锰负载有机相；
S2-2、钴锰反萃：采用反萃剂对所述钴锰负载有机相进行钴锰反萃，分相后获得钴锰反萃液和第一空有机相；
S3-1、镍萃取：将所述萃取有机相与所述第一萃余液混合，并进行镍萃取，萃取平衡后分相，获得第二萃余液和镍负载有机相；
S3-2、镍反萃：采用反萃剂对所述镍负载有机相进行镍反萃，分相后获得镍反萃液和第二空有机相；
S4-1、锂萃取：将所述萃取有机相与所述第二萃余液混合，并进行锂萃取，萃取平衡后分相，获得第三萃余液和锂负载有机相；
S4-2、锂反萃：采用反萃剂所述锂负载有机相进行锂反萃，分相后获得锂反萃液和第三空有机相。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述双酮类化合物的浓度为0.05mol/L～1.0mol/L，所述双酮类化合物的结构式为：

其中，R1，R2为C1～C20的直链或带有支链的烷基或芳香基，R3为C1～C20的含氟取代的直链或带有支链的烷基或芳香基；
所述有机膦化合物的浓度为0.05mol/L～1.0mol/L，所述有机膦化合物的结构式为：

其中，R1’，R2’，R3’均为C1～C8的直链或带有支链的烷基，C1～C8的直链或带有支链的烷氧基、苯基或卤素取代烷基中的一种；
所述稀释剂选自煤油、正十二烷烃或200号溶剂油；
所述被萃取液中包含有锂离子、钴离子、镍离子和锰离子，其中，锂离子的浓度为0.05g/L～20g/L，钴离子的浓度为0.05g/L～50g/L，镍离子的浓度为0.05g/L～50g/L，锰离子的浓度为0.05g/L～50g/L；
各步骤中的反萃剂为0.05mol/L～12mol/L的盐酸或硫酸。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在所述步骤S2-1中，所述萃取有机相与所述被萃取液的体积比为1:10～10:1；

【专利技术属性】
技术研发人员：张利诚，李丽娟，宋富根，时东，彭小五，许淘善，姬连敏，宋雪雪，张禹泽，聂峰，曾忠民，
申请(专利权)人：中国科学院青海盐湖研究所，
类型：发明
国别省市：青海;63