[发明专利]一种同时回收电池级钴盐、镍盐萃取工艺优化方法

说明书

本发明涉及一种同时回收电池级钴盐、镍盐萃取工艺优化方法。本发明所述的同时生产电池级钴盐、镍盐萃取工艺优化方法，使用弱碱性镁盐溶液皂化有机膦酸萃取剂选择性实现钴的98％以上提取而不提取镍，经过反萃结晶后可得电池级钴盐；而萃余液中的大量镁离子和镍离子，利用其溶度积不同，保持低温条件，加入通入CO₂饱和的碳酸氢铵使碳酸镍优先沉淀，过滤，洗涤滤饼得到碳酸镍，滤液蒸发，冷却后结晶得到粗硫酸镁，大大减少了皂化萃取过程中的盐排放量，具有显著的应用优势和环境效益。

技术领域

本发明属于湿法冶金领域，具体涉及一种同时回收电池级钴盐、镍盐萃取工艺优化方法，为一种废旧三元电池回收中镍钴萃取分离工艺优化方法。

背景技术

镍和钴是应用非常广泛的过渡金属元素，目前需求最多的应用方向即为动力电池方向。随着2018年我国迎来第一波废旧动力电池报废潮至今，废旧动力电池的报废量逐年递增，据高工产研锂电研究所统计可知：2018年的动力电池报废总量达7.4万吨，但是市场动力电池回收量仅为5472吨，仅仅占年总量的7.4％；而回收利用废旧动力电池既可以达到较好的能源利用率，解决“城市矿山”的环境风险问题，又可以回收利用废旧电池中含量很高的金属元素(如镍、钴等)来解决镍钴资源稀缺的问题。以一种废旧镍钴锰酸锂(NCM)电池为例，其有价金属的组成为35.52％Co、11.85％Ni、6.28％Li和8.15％Mn，其中金属Co和Li的含量高于原矿证明了其不可忽视的回收潜力，这在当前镍、钴等金属资源面临金属原矿被海外国家垄断的卡脖子问题下具有战略意义。

目前不论是从原矿山还是从废旧动力电池中回收有价金属，镍钴的分离一直是共性的难点问题。其分离提纯主要依靠湿法冶金中的溶剂萃取技术，所使用的萃取剂为目前成熟应用的有机膦酸萃取剂，如：P204，P507和Cyanex272等，为预平衡水相酸度，通常采用皂化萃取剂的方式来提高萃取剂的萃取容量，维持稳定的分配比。工艺中广泛应用的皂化方式是氨皂和钠皂，但是他们普遍存在的问题是成本高、碱性强、对设备的要求高，皂化废水含有大量难以回收的废盐，给目前零排放的要求造成了巨大的干扰，但其对于镍钴分离存在的问题在于：氨皂和钠皂采用强碱性浓度高的皂化液，萃取后的平衡酸度往往超过了镍钴能够高纯分离的区间，造成了萃合物中一定含量的镍夹带，只能在萃余液中回收较纯的镍，传统钙皂和镁皂的固体含量较多，反应速度慢，易产生第三相，而与上述方法相比，碳酸氢镁是一种弱碱性介稳溶液，同样可以作为皂化液来预平衡酸度，如中国专利CN103382034A公开了一种碳酸氢镁溶液的制备方法和沉淀稀土中的应用，中国专利CN103382532A公开了白云石在稀土萃取中的应用，但其重心皆在镁元素的综合利用，其对于稀土的提取纯化方面应用效果并不显著。我们采用碳酸氢镁这种弱碱皂化液，利用其特性与皂化萃取镍钴技术相结合，开发一种绿色环保的同时回收电池级钴盐、镍盐的萃取工艺。

发明内容

为此本发明所要解决的技术问题在于提供一种同时回收电池级钴盐、镍盐萃取工艺优化方法，将镍钴混合料液用镁盐介稳溶液皂化的有机膦酸萃取剂实现了钴镍的高纯分离，并得到了电池级钴、镍盐和硫酸镁粗产物。整个过程基本无污染物排放。所述方法为一种能够将镍钴高纯分离，且不存在废水处理难题的方法，以改良目前的生产工艺。

为解决上述问题，本发明通过发现经过条件优化后的碳酸氢镁溶液pH值一般处于7.5左右，属于一种弱碱，皂化的条件下萃取剂视为一种弱酸，根据软硬酸碱理论，其与碳酸氢镁能够一直发生反应，且在此条件下，碳酸氢镁中能提供足够的镁离子来取代萃取剂中的氢离子，最终达到类似于缓冲的作用，形成一种弱碱弱酸的电离产物，使萃取剂能够达到一定程度的皂化且使有机相不会过碱，由此皂化后的有机相与镍钴酸性料液反应后的平衡pH维持在5.5左右，正处于能够实现镍钴选择性分离的区间，且钴镁水合离子中心金属带电性质相似，而钴与有机酸根的亲和能力更强，实现镁钴之间的置换，而镍因为更倾向于在水相中分布，因此镁皂可实现镍钴的同时回收，简化当前的操作工艺，且无复杂的污染治理手段，具有良好的经济和环境效益。本发明涉及的生产电池级钴盐、镍盐萃取工艺优化方法可应用于电池中有价金属元素回收或原矿开采的湿法冶金领域。