一种利用色谱分离系统从废旧电池三元材料酸性浸出液中分离提取有价金属的方法技术方案

本发明专利技术提供了一种利用色谱分离系统从废旧电池三元材料酸性浸出液中分离提取有价金属的方法，属于废旧电池有价金属回收技术领域。本发明专利技术通过将废旧锂电池正极材料酸性浸出液过滤后分别经过第一色谱分离系统、第二色谱分离系统、第三色谱分离系统处理得到含锂混合液、含镍混合液、含钴混合液和含锰混合液；将收集到的含锂混合液、含镍混合液、含钴混合液和含锰混合液分别通过双极膜电渗析处理分别得到氢氧化锂、氢氧化镍、氢氧化钴、氢氧化锰和酸。本发明专利技术采用串联模拟移动床连续逆流分离锂钴镍锰，适用于废旧锂电池正极三元活性材料酸性浸出液，分离工艺简单，分离产物锂/钴/镍/锰资源纯度高、处理量大、产率高，适合规模化生产。产。产。

【技术实现步骤摘要】
一种利用色谱分离系统从废旧电池三元材料酸性浸出液中分离提取有价金属的方法


[0001]本专利技术涉及废旧电池有价金属回收
，尤其涉及一种利用色谱分离系统从废旧电池三元材料酸性浸出液中分离提取有价金属的方法。

技术介绍

[0002]废旧锂离子电池正极材料包括镍钴锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂等，是从废旧电池中回收的关键材料。废旧电池回收方法主要包括火法冶金和湿法冶金两种。火法冶金是直接采用高温处理的方法提取电极中的金属或金属氧化物。火法冶金工艺简单，但回收材料纯度低，电池中的电解液、黏结剂等有机物会由于高温反应产生有害气体，需要安装配套的设施进行二次废气处理。该工艺不利于实现废旧锂离子电池的闭环回收。直接火法熔炼的一个主要缺点是高温熔炼炉中锂的损失。因此，湿法冶金是目前废旧电池回收的主流技术。湿法冶金法是先拆解电池外壳，破碎、筛分后获取电极材料，电极材料中的有价金属在酸或生物溶液中浸取，再进行分离，获得各金属相应的盐或氧化物。湿法冶金工艺主要包括正极预处理、有价金属浸出、有价金属分离回收。有价金属分离回收是整个回收工艺的关键，也是决定该工艺规模化生产的技术难题。从浸取液中实现有价金属的分离提取，主要有萃取法和沉淀法。萃取法一般需要多种有机溶剂作为萃取剂，能耗低、设备操作简单、分离效果好、回收金属纯度高，但萃取剂多为有毒有机溶剂，成本较高，分离过程复杂。沉淀法的步骤简单，成本低，流程短，金属离子回收效率高，但是Ni、Co、Mn同为过渡金属，化学性质相近，容易出现共沉淀现象，导致产物纯度较低。锂离子电池三元正极活性材料，含有大量的有价金属钴、镍、锰、锂。针对三元材料有价金属浸取方法千篇一律，主要是酸浸法，但是如何从酸浸溶液中实现有价金属的高效回收，方法有限。因此，如何得到一种高效率分离提取锂电池酸性浸出液中有价金属的方法是目前急需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种操作简单、回收效率高，适合规模化生产的工艺，用来分离回收废旧锂电池三元正极材料浸出液中的有价金属锂镍钴锰。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种利用色谱分离系统从废旧电池三元材料酸性浸出液中分离提取有价金属的方法，所述色谱分离系统包含填料色谱柱，包括以下步骤：
[0006]将废旧锂电池正极材料酸性浸出液过滤后经过第一色谱分离系统处理得到含锂混合液和镍钴锰混合液；
[0007]将镍钴锰混合液经过第二色谱分离系统处理得到含镍混合液和钴锰混合液；
[0008]将钴锰混合液经过第三色谱分离系统处理得到含钴混合液和含锰混合液；
[0009]将收集到的含锂混合液、含镍混合液、含钴混合液和含锰混合液通过双极膜电渗析处理分别得到氢氧化锂、氢氧化镍、氢氧化钴、氢氧化锰和酸。
[0010]进一步的，所述第一色谱分离系统、第二色谱分离系统和第三色谱分离系统独立的包含N根填料色谱柱，填料为羧酸盐阳离子硅胶填料，所述N为5～8。
[0011]进一步的，所述含锂混合液中包含LiCl和HCl，所述含镍混合液中包含NiCl2和HCl，所述含钴混合液中包含CoCl2和HCl，所述含锰混合液中包含MnCl2和HCl。
[0012]进一步的，所述废旧锂电池正极材料酸性浸出液的进料温度为30～60℃，进料流量为20～30ml/min。
[0013]进一步的，所述双极膜电渗析处理包含：
[0014]将收集到的混合液在电流的作用下，阴离子通过阴离子交换膜进入HCl池反应，与双极膜产生的H
+
作用得到HCl溶液；阳离子通过阳离子交换膜进入MOH池反应，与双极膜产生的OH
‑
作用得到相应的MOH产品；
[0015]其中M为Li、Ni、Co、Mn中的一种。
[0016]进一步的，所述双极膜电渗析处理中用到的双极膜包含BPM
‑
Aquivion
‑
Durion复合双极膜。
[0017]进一步的，所述双极膜电渗析处理的工作电压为20～40V，工作电流为20～300A。
[0018]本专利技术的有益效果：
[0019]本专利技术的双极膜属于新型的复合离子交换膜，由阴、阳离子交换层以及中间界面层构成类“三明治”结构。在直流电场作用下，中间层将水裂解，在膜两侧分别得到H
+
和OH
‑
，搭配阴、阳离子交换膜构成双极膜电渗析系统，在不引入新组分的情况下，将溶液中的盐转化为酸和碱。专利技术人利用本技术处理模拟移动床流出液(如MCl和HCl(M代表锂镁镍钴))，生成MOH产品和回用HCl。
[0020]本专利技术耦合串联逆流模拟移动床和双极膜电渗析系统，利用模拟移动床大规模分离有价金属，利用电渗析将分离后的有价金属溶液进行精制，制得高纯度的金属碱产品，同时副产物酸(如HCl)可以回流泵送至模拟移动床，用作流动相，节省资源。
附图说明
[0021]图1为本专利技术分离提取有价金属的工艺流程图；
[0022]图2为本专利技术色谱分离系统结构示意图；
[0023]图3为本专利技术双极膜电渗析系统结构示意图。
具体实施方式
[0024]本专利技术提供了一种利用色谱分离系统从废旧电池三元材料酸性浸出液中分离提取有价金属的方法，所述色谱分离系统包含填料色谱柱，包括以下步骤：
[0025]将废旧锂电池正极材料酸性浸出液过滤后经过第一色谱分离系统处理得到含锂混合液和镍钴锰混合液；
[0026]将镍钴锰混合液经过第二色谱分离系统处理得到含镍混合液和钴锰混合液；
[0027]将钴锰混合液经过第三色谱分离系统处理得到含钴混合液和含锰混合液；
[0028]将收集到的含锂混合液、含镍混合液、含钴混合液和含锰混合液通过双极膜电渗析处理分别得到氢氧化锂、氢氧化镍、氢氧化钴、氢氧化锰和酸。
[0029]在本专利技术中，所述第一色谱分离系统、第二色谱分离系统和第三色谱分离系统独
立的包含N根填料色谱柱，填料为羧酸盐阳离子硅胶填料，所述N为5～8，优选为8。
[0030]在本专利技术中，所述填料色谱柱优选为玻璃柱，所述填料色谱柱的直径为20～40mm，高为500～700mm；优选的，所述填料色谱柱的直径为25～35mm，高为600～700mm；进一步优选的，填料色谱柱的直径为30mm，高为650mm。
[0031]在本专利技术中，所述色谱分离系统处理的方法优选为：1)将过滤后的废旧锂电池正极材料酸性浸出液储存于料液储存罐中，HCl溶液或H2SO4溶液储存于流动相储存罐中，经过输送泵将料液和流动相送入第一色谱分离系统的第M根填料根色谱柱，料液在流动相的带动下，在填料色谱柱内进行分离，从第M根填料色谱柱沿着逆流动相方向往前数第A根色谱柱下端经慢组分收集管路收集慢组分含锂混合液，从第M根填料色谱柱沿着顺流动相方向往后数B根色谱柱下端经快组分收集管路收集快组分含镍钴锰混合液，完成一个循环；将收集到的混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用色谱分离系统从废旧电池三元材料酸性浸出液中分离提取有价金属的方法，所述色谱分离系统包含填料色谱柱，其特征在于，包括以下步骤：将废旧锂电池正极材料酸性浸出液过滤后经过第一色谱分离系统处理得到含锂混合液和镍钴锰混合液；将镍钴锰混合液经过第二色谱分离系统处理得到含镍混合液和钴锰混合液；将钴锰混合液经过第三色谱分离系统处理得到含钴混合液和含锰混合液；将收集到的含锂混合液、含镍混合液、含钴混合液和含锰混合液通过双极膜电渗析处理分别得到氢氧化锂、氢氧化镍、氢氧化钴、氢氧化锰和酸。2.根据权利要求1所述的分离提取有价金属的方法，其特征在于，所述第一色谱分离系统、第二色谱分离系统和第三色谱分离系统独立的包含N根填料色谱柱，填料为羧酸盐阳离子硅胶填料，所述N为5～8。3.根据权利要求2所述的分离提取有价金属的方法，其特征在于，所述含锂混合液中包含LiCl和HCl，所述含镍混合液中包含NiCl2和HCl，所述含钴混合液中包含CoCl2和HCl，所述含锰混合液中包含MnCl2和HC...

【专利技术属性】
技术研发人员：法芸，沈兆爽，杨希峰，刘硕，周林卉，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：