利用废旧锂离子电池中金属钴制备四氧化三钴的方法技术

本发明专利技术公开一种四氧化三钴的制备方法，包括:准备步骤，将钴酸铝锂中的钴还原浸出至溶液中成为游离金属离子，采用萃取法把溶液中的二价钴转移至有机相，再用洗涤剂将钴洗入水溶液中，加氧化剂沉淀杂质离子；反应步骤，在室温下加入过量无水草酸充分搅拌得到沉淀物；后处理步骤，对沉淀物依次进行离心洗涤、干燥和焙烧,获得四氧化三钴。利用无水草酸沉淀，配合后期的高温焙烧，得到的四氧化三钴结晶性好、晶粒尺寸大。本发明专利技术通过利用废旧锂离子电池中的金属钴制备四氧化三钴，实现了金属钴的回收与再利用。再利用。再利用。

【技术实现步骤摘要】
利用废旧锂离子电池中金属钴制备四氧化三钴的方法


[0001]本专利技术涉及废旧锂离子电池回收领域，尤其涉及到一种四氧化三钴的方法。

技术介绍

[0002]废旧电池中含有大量以钴为代表的的金属元素，同时有毒和易燃的电解质也掺杂其中。不经过处理直接丢弃，不仅浪费有限的资源，同时会严重污染环境。锂离子电池(LIBs)拥有循环寿命长、体积小、工作温度范围宽、兼容性好、每体积单位提供更多的能量等优点，作为储能装置的效率高、安全性好，在电化学电源中得到了广泛的应用。四氧化三钴是生产电池正极材料钴酸锂的前驱体，从钴酸锂的需求以及对钴酸锂品质要求的提高，必须生产更高规格的四氧化三钴来满足生产性能更佳的钴酸锂。
[0003]专利CN103803663A提供了一种球形四氧化三钻的制备方法，在反应釜中将含钴液、络合剂与碱液充分混合，在温度为30~80℃、100~300rpm的速率下搅拌，充分反应后生成悬浮液，然后重复第一次的处理过程，得到的悬浮液经过陈化、过滤、煅烧和粉碎等工序后，能够得到球形的四氧化三钴。
[0004]专利CN103964514A公开了一种制备正八面体四氧化三钴的制备方法，首先将络合剂与2mol/L左右的钴液充分混合，再将配制氢氧根浓度为5.0～10.0mol/L的溶液；将上述两者溶液混合后制备成氢氧化钴悬浮液，将悬浮液进行过滤、洗涤和烘干后在煅烧炉中进行煅烧制得正八面体四氧化三钴。

技术实现思路

[0005]本专利技术主要目的是回收废旧锂离子电池中金属钴，得到一种结晶性好、晶粒尺寸大的四氧化三钴的制备方法。
[0006]为了达到上述目的，利用废旧锂离子电池中金属钴制备四氧化三钴的方法，包括以下步骤。
[0007]准备步骤：将含钴氧化物还原浸出至溶液中成为游离金属离子，采用萃取法把溶液中的二价钴转移至有机相，再用洗涤剂将钴洗入水溶液中，加氧化剂沉淀分离杂离子。
[0008]反应步骤：在室温下加入过量无水草酸充分搅拌得到沉淀物。
[0009]后处理步骤：对沉淀物依次进行离心洗涤、干燥和焙烧后获得四氧化三钴。
[0010]进一步地，在准备步骤中，浸出液中钴离子浓度为2.0g/L~2.8g/L，锰离子浓度在0.2g/L~0.3g/L，Al离子浓度为0.25g/L~0.35g/L，锂离子浓度为0.3g/L~0.5g/L，镍离子浓度为0.1g/L~0.16g/L。
[0011]进一步地，在准备步骤中，配制萃取剂C272的浓度（有机相的体积分数）为5%~25%，改性剂磷酸三丁酯的浓度为5%~10%。
[0012]进一步地，在准备步骤中，溶液利用氨水调节pH为4~6.4，萃取时有机相与水相的体积比为1/4~3/2。
[0013]进一步地，在准备步骤中，反应温度为25℃~45℃、反应时间为2~10min。
[0014]进一步地，在准备步骤中，配制洗涤剂为硫酸氢铵、硫酸、柠檬酸中的任一种，洗涤剂浓度为0.5mol/L~2mol/L。
[0015]进一步地，在准备步骤中，加入氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、高锰酸钾或过硫酸钠的任一种，添加量为理论值的1~3倍。
[0016]进一步地，在准备步骤中，氧化沉淀的温度在50℃~90℃，时间为10min~60min，溶液pH为2~6。
[0017]进一步地，在反应步骤中，沉淀剂为无水草酸或草酸溶液，加入量为理论值的1~2倍。
[0018]进一步地，在后处理步骤中，干燥温度为80℃~110℃，时间为2h~4h。
[0019]进一步地，在后处理步骤中，焙烧温度在260℃~460℃，时间在90min~120min。
[0020]本专利技术从废旧锂离子电池中浸出钴离子，经沉淀、洗涤、高温焙烧，得到了结晶性好、晶粒尺寸大的四氧化三钴，实现了金属的回收与再利用。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1制得的四氧化三钴的X射线衍射图谱。
[0022]图2为本专利技术实施例2制得的四氧化三钴的X射线衍射图谱。
[0023]图3为本专利技术实施例3制得的四氧化三钴的X射线衍射图谱。
具体实施方式
[0024]实施例1。
[0025]先用醋酸与过氧化氢浸出金属，钴离子浓度在2.0g/L，锰离子浓度在0.21g/L，Al离子浓度为0.28g/L，锂离子浓度为0.32g/L，镍离子浓度为0.13g/L。配制萃取剂C272浓度为10%，改性剂磷酸三丁酯的浓度为5%。溶液利用氨水调节pH为5.8，萃取时有机相与水相的体积比为1/2，反应温度为30℃、反应时间为10min。配制洗涤剂为硫酸氢铵浓度为1mol/L，加入过硫酸铵，添加量为理论值的1.5倍。氧化沉淀温度在80℃，时间为40min，溶液pH为3.5。
[0026]沉淀剂为无水草酸，加入量为理论值的1.2倍。
[0027]干燥温度为100℃，时间为2h。焙烧温度为260℃，时间为120min。得到黑色的四氧化三钴，其X射线衍射如图1所示。
[0028]所得产品经检测，在260℃下焙烧后四氧化三钴的衍射峰显得杂乱，产品晶型不统一。
[0029]实施例2。
[0030]先用醋酸与过氧化氢浸出金属，钴离子浓度在2.2g/L，锰离子浓度在0.2g/L，Al离子浓度为0.29g/L，锂离子浓度为0.37g/L，镍离子浓度为0.14g/LL。配制萃取剂C272浓度为15%，改性剂磷酸三丁酯的浓度为10%。溶液利用氨水调节pH为5.5，萃取时有机相与水相的体积比为1/1，反应温度为30℃、反应时间为10min。配制洗涤剂为硫酸氢铵浓度为2mol/L，加入过硫酸铵，添加量为理论值的2倍。氧化沉淀温度在90℃，时间为50min，溶液pH为4.0。
[0031]沉淀剂为无水草酸，加入量为理论值的1.5倍。
[0032]干燥温度为105℃，时间为3h。焙烧温度为360℃，时间为120min。得到黑色的四氧
化三钴，其X射线衍射如图2所示。
[0033]所得产品经检测，在360℃下焙烧后四氧化三钴的衍射峰强度增加，结晶型好。
[0034]实施例3。
[0035]先用醋酸与过氧化氢浸出金属，钴离子浓度在2.4g/L，锰离子浓度在0.2g3，Al离子浓度为0.30g/L，锂离子浓度为0.35g/L，镍离子浓度为0.16g/L。配制萃取剂C272浓度为20%，改性剂磷酸三丁酯的浓度为10%。溶液利用氨水调节pH为6.2，萃取时有机相与水相的体积比为3/2，反应温度为35℃、反应时间为15min。配制洗涤剂为硫酸氢铵浓度为2.5mol/L，加入过硫酸铵，添加量为理论值的3倍。氧化沉淀温度在90℃，时间为60min，溶液pH为5.0。
[0036]沉淀剂为无水草酸，加入量为理论值的1.7倍。
[0037]干燥温度为110℃，时间为4h。焙烧温度为460℃，时间为120min。得到黑色的四氧化三钴，其X射线衍射如图3所示。
[0038]所得产品本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四氧化三钻的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：准备步骤，将含钴氧化物还原浸出至溶液中成为游离金属离子，采用萃取法把溶液中的二价钴转移至有机相，再用洗涤剂将钴洗入水溶液中，加氧化剂沉淀分离杂离子；反应步骤，在室温下加入过量无水草酸充分搅拌得到沉淀物；后处理步骤，对沉淀物依次进行离心洗涤、干燥和焙烧后获得四氧化三钴。2.根据权利1所述四氧化三钴的制备方法，其特征在于准备步骤中，钴离子浓度在2.0g/L~2.8g/L，锰离子浓度在0.2g/L~0.3g/L，Al离子浓度为0.25g/L~0.35g/L，锂离子浓度为0.3g/L~0.5g/L，镍离子浓度为0.1g/L~0.16g/L.根据权利1所述四氧化三钴的制备方法，其特征在于准备步骤中，利用萃取法提取二价钴时，萃取剂C272的浓度（有机相的体积分数）为5%~25%，改性剂磷酸三丁酯的浓度为5%~10%。3.根据权利1所述四氧化三钴的制备方法，其特征在于准备步骤中，溶液利用氨水调节pH为4~6.4，萃取时有机相与水相的体积比为1/4~3/2。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国权，王坤，罗明志，钟佩羽，王嘉佑，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：