[發明專利]一種廢鋰離子電池粉末選擇性提鋰及電解分離回收二氧化錳的方法

有效

• 申請號: 202010166805.9
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111254294B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 陳永明;石鵬飛;胡芳;常娣;介亞菲;席炎;楊聲海;李云;何靜
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22B26/12
• 分類號: C22B26/12;C22B7/00;C22B1/06;C22B47/00;C25B1/21;C01D15/08;H01M10/54
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

1.一種廢鋰離子電池粉末選擇性提鋰及電解分離回收二氧化錳的方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)稱取一定量的廢鋰離子電池粉末，向其中加入預定配比的濃硫酸進行充分攪拌混勻并放入電爐在一定溫度下焙燒預定時間；

(2)將焙燒后的電池粉末采用純水在預定液固比和溫度下進行機械攪拌浸出；

(3)達到浸出反應時間后，對料漿進行液固分離，濾渣送濕法回收鎳鈷錳系統，含鋰浸出液分別采用硫化沉淀與氧化中和沉淀分步脫除銅、鎳、鈷重金屬，以及鐵、鋁雜質；

(4)對所得富鋰凈化液在預定電流密度、酸度與溫度下電解產出二氧化錳粉末；

(5)電解沉錳后的含鋰溶液，采用硫化沉淀法脫除殘余錳離子，硫化錳沉淀返回前序硫化除雜工序作為硫化劑；

(6)向硫酸鋰溶液中添加飽和碳酸鈉溶液，在預定溫度下進行碳化沉鋰產出碳酸鋰粉體；

所述步驟(1)中的電池粉末來自于廢鋰離子電池破碎分選產出的黑粉，其中所含的正極材料為錳酸鋰、三元及其與鈷酸鋰電池活性粉末的混合物；

所述步驟(1)中采用的濃硫酸為98％的工業硫酸；

所述步驟(1)中熟化焙燒過程中控制濃硫酸用量摩爾比為n_H2SO4:n_Li＝0.95-1.5、熟化焙燒溫度為350-750℃、熟化焙燒時間為1-5h；

所述步驟(2)中焙砂水浸溫度30-98℃、液固比為(3-10):1、浸出時間為0.5-4h；

所述步驟(4)中電解分離回收二氧化錳工序電解液pH＝1-5、電流密度40-80A/m²、電解溫度50-110℃；

所述步驟(1)中通過控制焙燒氣氛控制實現高價鈷被還原為低價態。

2.根據權利要求1所述的廢鋰離子電池粉末選擇性提鋰及電解分離回收二氧化錳的方法，其特征在于，所述步驟(3)中硫化沉淀所用硫化劑為BaS與MnS中的任意一種或兩者混合物，硫化沉淀工序反應pH＝2-7、溫度30-95℃、硫化劑過剩系數1-3、反應時間0.5-5h。

3.根據權利要求1所述的廢鋰離子電池粉末選擇性提鋰及電解分離回收二氧化錳的方法，其特征在于，所述步驟(3)中氧化中和沉淀工序所用中和劑為Ca(OH)₂、NaOH、Mn(OH)₂中的一種或多種混合使用，具體操作為：向含鋰浸出液中加入少量雙氧水或鼓入富氧空氣，然后攪拌使溶液中Fe²⁺離子氧化為Fe³⁺離子，再加入中和劑調節溶液pH值為5-7，在30-100℃溫度下攪拌反應0.5-5h，使溶液中的Fe³⁺和Al³⁺發生中和水解沉淀除去。

4.根據權利要求1所述的廢鋰離子電池粉末選擇性提鋰及電解分離回收二氧化錳的方法，其特征在于，所述步驟(5)中硫化沉錳工序所用硫化劑為Na₂S、NaHS、H₂S、福美鈉中的一種或多種混合使用，硫化沉錳工序反應pH＝1-6、溫度60-98℃、硫化劑過剩系數1-3、反應時間0.5-5h。

5.根據權利要求1所述的廢鋰離子電池粉末選擇性提鋰及電解分離回收二氧化錳的方法，其特征在于，所述步驟(6)中碳化沉鋰工序飽和碳酸鈉溶液過剩系數1-1.8、溫度70-120℃、反應時間0.5-3h。