[发明专利]一种废旧锂电池中有价金属浸出体系及浸出方法

说明书

本发明属于废旧电池资源回收领域，公开了一种废旧锂电池中有价金属浸出体系及浸出方法。所述的浸出方法，具体是将氨基磺酸‑葡萄糖浸出剂预热后，加入正极粉料，在反应釜中进行搅拌浸出。Co(III)、Mn(IV)被还原为Co(II)、Mn(II)，与Li⁺、Ni²⁺一起溶入浸出液。废旧电池正极粉料中锂、钴、镍、锰浸出率可达95％以上。浸出液进一步处理后，可实现其中Li、Co、Ni、Mn的回收或再利用。本发明所述的浸出体系与传统的浸出体系相比，绿色环保、浸出过程安全可控，工业化应用前景较好。

技术领域

本发明属于废旧电池资源回收领域，具体涉及到一种废旧锂离子电池中锂、钴、镍、锰等有价金属高效浸出体系及浸出方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、低自放电率、无记忆效应、工作电压高等特点，作为便携式电子产品和新能源汽车的关键零部件应用广泛，然而其也是一种消耗品。至2015年，中国锂电池的年消耗量已经达到60亿只，且年消耗量呈指数增长的态势。据预测，到2020年我国动力锂离子电池的报废量将达50万吨。

废旧锂电池中含有锂、钴、锰、镍等有价金属，属于“二次资源”。常见的废旧锂电池中锂、钴、锰、镍含量分别可达2～7％、5～20％、5～7％、5～10％，具体因材料的类型和制造工艺不同而有所差别。废旧锂电池若处置不当，如直接丢弃或当作普通的固体废弃物进行填埋，不仅会造成重金属污染，而且也是一种资源浪费。有数据显示，若废旧锂电池能得以充分回收，每年可回收钴240吨，价值可达4000万元以上；若废弃在土地上，1个20克的手机电池可使1平方公里土地污染50年左右。可见，废旧锂电池的回收利用，既是出于环保需求，又符合循环经济的理念和可持续发展的需求。

废旧电池经拆解、破碎等预处理后，正极粉料中有价金属回收方法主要有火法冶金、湿法冶金、生物浸出等。火法冶金能耗高，处理过程中会损失很多有价成分，且产生有毒有害气体；生物浸出处理周期长，菌种的培养困难，且处理效果不佳；湿法冶金方法广泛应用于分离、回收锂电池中的有价成分，存在处理效率高、运行可靠、不产生有毒有害气体、能耗低等优点。

浸出过程为湿法回收的关键步骤。传统的浸出过程主要以无机酸，如盐酸、硫酸、硝酸等为浸出剂，浸出过程中会释放Cl₂、SO₃、NO_x等有害气体，污染环境、危害人类健康。近年来，有机酸逐步代替无机强酸，成为新的研究热点。如柠檬酸、苹果酸、草酸、琥珀酸、酒石酸、抗坏血酸等有机酸，多从植物或食物中提取，浸出过程中不会产生污酸，且可循环使用。

废旧锂电池正极粉料中存在高价态的过渡金属Co(III)、Mn(IV)，通常需要加入还原剂将其还原为低价的Co²⁺、Mn²⁺才可溶出。目前，应用最为广泛的还原剂为双氧水，其既不污染环境也不引入杂质离子。但双氧水不稳定，在加热浸出过程中容易分解、还原反应剧烈、释放氧气，会引起浸出液飞溅，导致双氧水利用率不高、浸出过程可控性不强。也有以NaHSO₃或Na₂SO₃作为还原剂，但反应过程中容易释放出SO₂气体，造成大气污染。综上，浸出酸和还原剂的选择是废旧锂电池中有价金属湿法回收过程中极为重要的环节。

氨基磺酸分子式NH₂SO₃H，别名固体硫酸，是磺酸类的有机酸，其水溶液具有与盐酸、硫酸等无机强酸同等的强酸性，它具有不挥发、无臭味和对人体毒性极小的特点。因此，氨基磺酸可替代无机酸作为浸出剂。此外，由于氨基磺酸为固体，其包装、贮存及运输都较硫酸、盐酸等方便。葡萄糖是自然界分布最广且最为重要的一种单糖，其分子中的醛基具有还原性，可将高价态的过渡金属还原为低价态，而自身却被氧化为相应的小分子有机酸，如葡萄糖酸、酒石酸、甲酸等，可进一步强化金属的浸出。