[發(fā)明專利]廢舊鋰離子電池中有價(jià)金屬回收的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410832074.1
• 申請(qǐng)日: 2014-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN104611566B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖松文;毛擁軍;任國(guó)興;謝美求;沈裕軍;謝廷信;潘炳;鄭鐵錚;王東;王奉剛;鐘山;張志華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)沙礦冶研究院有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): C22B7/00
• 分類號(hào): C22B7/00;C22B1/02;C22B15/00;C22B23/00;H01M10/54
• 代理公司: 長(zhǎng)沙朕揚(yáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)43213
• 代理人: 楊斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于資源回收與環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋰離子電池中有價(jià)金屬回收的方法。

背景技術(shù)

廢舊鋰離子電池的回收處理工藝主要分為濕法和火法兩類。目前，國(guó)內(nèi)開發(fā)的廢舊鋰離子電池回收處理技術(shù)主要集中在濕法處理工藝上，具體流程為“消電-拆解-物理分選-濕法浸出-萃取分離回收Co和Ni”。該工藝需要對(duì)廢舊鋰離子電池進(jìn)行機(jī)械拆解的預(yù)處理工序，由于這一過程存在爆炸安全風(fēng)險(xiǎn)或有機(jī)物揮發(fā)的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)前普遍采用在保護(hù)性氣氛中拆解或低溫冷凍拆解，但是，這就使回收處理能力受到了很大的限制，設(shè)備投資及運(yùn)行成本較高。

在火法工藝方面，以Umicore公司（專利號(hào)US?20050235775A1）開發(fā)的一種含鈷、鎳電池單爐還原熔煉處理方法為代表，其具體是將廢舊電池及其解體料、含鐵的冶金爐料和熔劑投入到一個(gè)高溫豎爐中，通過控制豎爐內(nèi)的氧化還原氣氛，產(chǎn)出含Co、Ni的合金和含F(xiàn)e≥20wt%、Co≤20wt%、Ni≤20wt%的爐渣，然后將該合金進(jìn)一步處理，回收Co、Ni。該工藝具有能處理各種類型電池廢料、避免電池拆解過程中存在的安全爆炸及環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)點(diǎn)，但是，其采用特制的豎爐熔煉，其建造工藝復(fù)雜，建設(shè)成本高，不利于應(yīng)用推廣。

另外，日本住友公司申請(qǐng)的四篇專利（公開號(hào)分別為CN103370427A、CN103459623A?、CN103380218A、CN103459624A），提出了一種電池預(yù)拆解-低溫氧化焙燒-高溫電爐熔煉工藝，該方法雖然使用了成熟的回轉(zhuǎn)窯、電爐設(shè)備，易于推廣應(yīng)用，但是，回轉(zhuǎn)窯焙燒工藝存在以下問題：（1）為了實(shí)現(xiàn)電池物料中的還原性物質(zhì)的高度氧化，焙燒溫度高達(dá)1000℃以上，能耗高；（2）其采用兩段焙燒方法，才能有效降低電池的爆炸安全風(fēng)險(xiǎn)，但增加了設(shè)備復(fù)雜程度。另外，在電爐熔煉采用的渣型條件下，大量的還原性物質(zhì)（鋁和碳）需要在回轉(zhuǎn)窯焙燒階段氧化，這使得電爐熔煉過程中，不能充分利用金屬鋁的還原產(chǎn)生大量的能量，導(dǎo)致能量消耗過大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上背景技術(shù)中提到的不足和缺陷，提供一種設(shè)備簡(jiǎn)單、投資運(yùn)營(yíng)成本低、易于推廣、工藝能耗顯著降低、有價(jià)金屬回收率高的廢舊鋰離子電池中有價(jià)金屬回收的方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種廢舊鋰離子電池中有價(jià)金屬回收的方法，包括以下步驟：

（1）將廢舊鋰離子電池（含其解體料、拆解料等）與碳粉（此碳粉包含廢舊鋰離子電池中自身所含的碳粉）混合后，置于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行低溫還原性焙燒（焙燒溫度不超過900℃，優(yōu)選為500℃～800℃，焙燒時(shí)間優(yōu)選大于15min），所述碳粉的用量不超過廢舊鋰離子電池質(zhì)量的30%，得到焙燒產(chǎn)物；需要補(bǔ)充說明的是，該焙燒產(chǎn)物可以是混合原料經(jīng)一次性焙燒后得到的產(chǎn)物，也可以是多種原料分別焙燒后得到的多種焙燒產(chǎn)物的混合；

（2）將所述焙燒產(chǎn)物與造渣劑混合，得到混合物料，所述混合物料中焙燒產(chǎn)物的質(zhì)量至少占10%；

（3）將所述混合物料投入到電爐中熔煉，熔煉產(chǎn)出含有價(jià)金屬（例如Cu、Co、Ni、Fe）的合金和含CaO、SiO₂的爐渣。

本發(fā)明提出的上述技術(shù)方案，主要采用了回轉(zhuǎn)窯低溫焙燒-電爐高溫熔煉處理的工藝路線，由于現(xiàn)有技術(shù)中提及的廢舊鋰離子電池回收有價(jià)金屬的火法冶金工藝是采用特制的豎爐，豎爐不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且制造、運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本高，不適于應(yīng)用推廣，而本發(fā)明上述技術(shù)方案采用的回轉(zhuǎn)窯、電爐設(shè)備均具有制造工藝成熟，運(yùn)營(yíng)及投入成本低等優(yōu)點(diǎn)。另一方面，本發(fā)明充分利用碳粉優(yōu)良的散熱性質(zhì)，在回轉(zhuǎn)窯低溫焙燒工藝中保證焙燒物料中碳粉含量，可有效降低廢舊鋰離子電池的爆炸安全風(fēng)險(xiǎn)，特別對(duì)于電動(dòng)車用大型廢舊鋰離子電池效果更加明顯。此外，本發(fā)明中電池材料不需要過度氧化，含碳焙燒條件為還原性焙燒，這可使得在后續(xù)電爐熔煉階段，電池中的還原性物質(zhì)（金屬鋁）可繼續(xù)發(fā)生還原反應(yīng)，并放出大的熱，這非常有利于降低工藝技術(shù)的外加能量消耗。上述的方法中，部分種類的電池自身含碳量可達(dá)到15%以上，在回轉(zhuǎn)窯焙燒過程中，自身所具有的碳完全能夠承擔(dān)散熱作用，因此，這種電池物料的焙燒，無需額外添加碳粉。但是，對(duì)于“大型”電池，特別是車用動(dòng)力電池，爆炸風(fēng)險(xiǎn)較高，優(yōu)選需要額外添加一定量的碳粉。但是，碳粉用量也不宜過多，優(yōu)選的，碳粉用量不超過廢舊鋰離子電池質(zhì)量的30%。