[发明专利]镍钴锰酸锂废电池正负极混合材料的浸出方法

说明书

技术领域

本发明涉及镍钴锰酸锂废电池正负极混合材料的一种浸出方法。

背景技术

镍钴锰酸锂电池（正极材料含的主要金属元素为镍、钴、锰、锂的电池）是一类新型电池，该电池使用报废后将产生大量废电池。由于这类电池含有大量重金属，若弃入环境，将对环境产生很大的直接和潜在危害。镍钴锰酸锂电池正负极混合材料主要含镍、钴、锂、铜、铝和锰，其中镍、钴和锂的总含量高达50%以上，很具回收价值。目前从镍钴锰酸锂废电池正负极混合材料中回收钴、锂和铜的工艺主要有火法工艺和湿法工艺。火法工艺得到的产品为合金材料，很难获得较纯的镍、钴和锂。湿法工艺比较容易得到较纯的镍、钴和锂。浸出是湿法工艺中必不可少的一个过程。目前镍钴锰酸锂废电池正负极混合材料的浸出方法主要有盐酸浸出法、硫酸浸出法、硝酸浸出法和混酸（硫酸加硝酸）浸出法。盐酸浸出法，设备腐蚀大，酸雾产生量大而污染环境。硫酸浸出法消耗较昂贵的氧化剂（如双氧水等）。硝酸浸出法的硝酸消耗量大，而且会产生大量氮氧化物，污染环境。所有的湿法工艺都存在如何经济有效地消除此类原料中有机聚合物对金属和金属氧化物的包裹作用，提高金属浸出率的问题。虽然硝酸加工业纯氧浸出法和混酸加工业纯氧浸出法较好地解决了上述问题，但浸出设备较复杂，而且废电池浸出所需工业纯氧量不大，废电池处理企业就地生产工业纯氧自用不经济，工业纯氧的储存、运输和使用比较麻烦。开发设备腐蚀小、浸出率高、成本低、使用方便、基本无环境污染的镍钴锰酸锂废电池正负极混合材料的浸出方法具有较大实用价值。

发明内容

针对目前镍钴锰酸锂废电池正负极混合材料浸出的问题，本发明的目的是寻找一种硝酸消耗量低，基本无氮氧化物污染的镍钴锰酸锂废电池正负极混合材料的浸出方法，其特征在于将从镍钴锰酸锂废电池中分离出的正负极混合材料（包括通过人工或机械分离出的初级正负极混合材料、初级正负极混合材料经破碎和球磨或棒磨得到的正极粉体材料、初级正负极混合材料或正负极混合粉体材料经焙烧等预处理得到的较纯净的正负极混合材料）和磨细的软锰矿放入耐压和耐硝酸腐蚀的容器中，并将硝酸泵入该容器，然后密封容器，进行镍钴锰酸锂废电池正负极混合材料的浸出，浸出结束后 进行液固分离，得到所需浸出溶液。浸出温度为40℃～80℃，浸出的硝酸初始浓度为1mol/L～6mol/L, 浸出时间为1h～4h，浸出过程进行搅拌，搅拌速度30r/min～120r/min。硝酸加入量为加入反应容器的正负极混合材料和软锰矿中全部金属浸出的硝酸理论消耗量的101～130%。所用软锰矿的MnO₂含量≥40%，粒径≤180目。软锰矿的加入量以MnO₂计为氧化正负极混合材料中全部金属态金属所需理论量的100%～110%。

   本发明的目的是这样实现的：在密闭和软锰矿存在的条件下，硝酸浸出镍钴锰酸锂废电池正负极混合材料（材料中的部分镍呈金属形态，部分镍及钴、锂和锰可以认为呈氧化物形态，铜和铝主要呈金属形态）时，金属镍生成硝酸镍的过程发生如下化学反应：

       Ni + 4HNO₃ = Ni(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

       3Ni + 8HNO₃ = 3Ni(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

       NO + MnO₂ +2HNO₃ = NO₂ + Mn(NO₃)₂ +H₂O 

       3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO

       2NO + 3MnO₂ + 4HNO₃ = 3Mn(NO₃)₂ + 2H₂O

       2NO₂ + MnO₂ = Mn(NO₃)₂

总反应为：