[发明专利]废旧磷酸铁锂电池正极材料还原熔炼回收有价金属的方法

说明书

本发明公开了一种废旧磷酸铁锂电池正极材料还原熔炼回收有价金属的方法，包括以下步骤：将废旧磷酸铁锂电池正极材料和废铅膏混合，再加入还原剂进行还原熔炼处理得到还原渣和金属铅，对还原渣进行水浸提锂处理回收锂，收集剩下渣相回收铁。本发明利用废旧磷酸铁锂电池正极材料协同废铅膏经一步还原熔炼就可得到还原渣和金属铅，还原过程锂发生转型以碳酸锂形式存在，后续可采用碳化水浸提锂进行回收，产出的硫化亚铁可作为炼铁原料进行循环利用，利用废‑废协同作用，实现了资源的综合回收利用。

技术领域

本发明属于资源回收技术领域，尤其涉及一种从锂电材料中回收有价金属的方法。

背景技术

据估计在2019年-2023年间我国锂离子电池产量平均增长率将高达16.43％，2023年我国锂离子电池的产量将高达283亿只。如此大量的锂离子电池使用量必将带来大量的废旧锂离子电池。2018年我国废旧动力电池(主要为磷酸铁锂、三元电池)总报废量为7.4万吨。虽然我国每年会产生大量的废旧锂离子电池，但据高工锂电的统计报告显示，2018年我国动力电池回收量为5472t，仅占报废动力电池总量的7.4％，由此可见还有大量的废旧动力锂离子电池尚未得到有效的回收与利用。

目前，废旧磷酸铁锂电池正极材料回收利用的方法主要采用湿法工艺回收有价金属，湿法工艺回收有价金属是利用湿法冶金的方式将废旧磷酸铁锂电池正极材料中的有价金属元素进行回收。废旧磷酸铁锂正极材料经过浸出剂浸取，锂、铁和磷等元素以离子形式进入溶液，浸出液经过除杂提纯后，分离并回收锂、铁元素。锂一般以碳酸锂和磷酸锂的形式回收，而铁一般以磷酸铁和氢氧化铁的形式回收。湿法工艺可实现废旧磷酸铁锂正极材料全组分回收，具有金属回收率高、回收产物纯度高的优点。但由于橄榄石型磷酸铁锂的结构非常稳定，需要加入强酸破坏其结构，而且通常酸消耗量较大，并且后续步骤相应地也要加入大量的碱中和，导致回收成本较高。另外，湿法回收工艺存在产生大量废液、较长的工艺流程及较复杂的操作等问题。上述湿法回收工艺缺点限制了其大规模工业化应用，需要开发一种具有金属回收率高、回收成本低等优点的废旧磷酸铁锂电池正极材料回收方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种金属回收率高、回收成本低、适用于工业化应用的废旧磷酸铁锂电池正材料还原熔炼回收有价金属的方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种废旧磷酸铁锂电池正极材料还原熔炼回收有价金属的方法，包括以下步骤：将废旧磷酸铁锂电池正极材料和废铅膏混合，再加入还原剂进行还原熔炼处理得到还原渣和金属铅，对还原渣进行水浸提锂处理回收锂，收集剩下渣相回收铁。

上述还原渣与金属铅的分离采用本领域常规手段即可，上述还原渣中锂是以碳酸锂、铁以硫化物形式存在，水浸提锂是根据水浸过程碳酸锂向碳酸氢锂转化并溶解而提取锂，水浸过程可保证锂都进溶液，而铁以硫化物的形式存在于剩下渣相中。

上述废旧磷酸铁锂电池正极材料由废旧磷酸铁锂电池经破碎预处理得到，具体为将电池的外壳(铝质、钢质)与电芯(正极、负极、隔膜等)进行分离得到，主要组成成分为LiFePO₄。上述废铅膏由废铅蓄电池经预处理得到，具体是指将电池经破碎预处理，将铅膏与电解液分离。废铅膏主要成分是硫酸铅。本发明中，对废铅膏的组成成分并无特殊要求。

上述废旧磷酸铁锂电池正极材料还原熔炼回收有价金属的方法中，优选的，所述废旧磷酸铁锂电池正极材料和废铅膏的质量比为(1-1.5)：(3.0-3.5)。上述比例中，若废铅膏用量过多，硫含量过高，容易产生二氧化硫，达不到固硫的效果；若废铅膏用量过少，增加形成单质铁的趋势，从而增加后续的处理过程。

上述废旧磷酸铁锂电池正极材料还原熔炼回收有价金属的方法中，优选的，所述还原剂为碳质还原剂，所述碳质还原剂中碳的质量含量大于80％，比如采用焦碳。本发明中采用碳质还原剂，价格合理且效果好，安全性能也更高。