[发明专利]电透析协同络合反应回收金属离子的系统及其方法

说明书

本发明公开了一种电透析协同络合反应回收金属离子的系统，其包含原料槽、酸液槽以及提取槽。原料槽包含正极模块，且能容置含有至少两种金属离子的第一电解液。酸液槽包含负极模块，其与正极模块形成电位差，且能容置包含对应第一电解液的阴离子的第二电解液。提取槽能通过第一阳离子交换膜及第二阳离子交换膜分别与原料槽及酸液槽彼此分隔，且能容置含有硫氰酸根的第三电解液，第三电解液中的硫氰酸根可与至少两种金属离子中的至少一种形成络合物。

技术领域

本发明涉及一种分离金属离子的系统及其方法，特别是涉及一种透过电透析协同络合反应回收金属离子的系统及其方法。

背景技术

国际市场中，钴与镍价格持续高涨，且钴与镍金属回收量持续增加，使得钴镍回收纯度为最大的技术阻碍。由于钴镍金属的化学性质十分相近，在矿床中常共生、伴生，故在各种钴废渣中常含有镍，同样在各种特殊合金材料、电池材料及催化剂中，也都常同时含有钴与镍，且钴与镍价格又日剧上升，又以钴的需求更高，而含量也日益枯竭。因此，分离钴与镍的回收与提高纯度十分重要。目前，钴镍分离主要有化学沉淀法、溶剂提取法、浮选法、双水相提取、树脂法、聚合物-盐-水的液-固提取（非有机溶剂液固提取）法、氧化还原法、电反提取法等。而在目前分离纯化技术中，大部分都采以沉淀法及溶剂提取法。

在钴镍金属回收中，尤其是锂电池三元系（LiCoO₂/LiNiO₂/LiMn₂O₄)锂电池的金属回收流程，会产生钴镍浓度大致相当的溶液，而于沉淀的过程中发生共沉淀，无法完全分离。而溶剂提取技术由于具有高选择性、高回收率、流程简单、操作连续化和易于实现自动化等优点，已成为钴镍分离的主要工业方法。

在溶剂提取技术中，硫酸盐溶液系统中的镍钴提取分离技术经过最近50、60年的发展已经趋近成熟，在工业上得到广泛的应用。另一方面氯盐系统具有镍钴提取分离系数高，用水即可反萃钙、镁，且不随钴提取发生共萃且氯化物溶液金属浓度高，以及技术流程中循环流量小等特点。然而，该方法的限制在于溶液中氯离子的浓度高，设备的腐蚀性严重，操作、控制较困难等原因，所以相对于硫酸盐系统，采用氯盐系统进行镍钴提取分离还无法达到大规模的广泛应用。

浮选法是另一种应用最广泛的一种选矿法，是利用矿物表面物理化学性质的差异来分选矿石的一种方法。浮选法又以不同捕集剂而分为油浮选(Oil Flotation)、化学浮选(Chemical Flotation)、离子浮选(Ion Flotation)、泡沫分离法 (Foam Fractionation)。举例来说，现有的文献记载，将该技术用于分离回收三元系电池的金属时，可将硫氰酸铵(SCN^-)、结晶紫与水溶液中Co(Ⅱ)形成不溶于水的三元缔合物，在盐类存在下，缔合物沉淀浮于水相上层和水完全分离。

现有技术中另提出以电透析法（electrodialysis，ED）进行金属离子的分离，该技术是指在外加直流电场的作用下，利用阴离子交换膜与阳离子交换膜的选择透过性，使一部分离子透过离子交换膜而迁移到另一部分水中，而使一部分水淡化而另一部分水浓缩的过程。电透析法处理的特点是需要消耗电能但不需要消耗太多化学药品，设备简单，操作方便。电透析已在制造高纯水的连续去离子技术(CDI)中应用，而后来也用于提取金属离子的油相提取剂中，通过电透析提取剂而得到再生，且不会造成油水污染。

然而，大部分的分离方式仍限于分析或实验室研究阶段，而难以直接应用于业界的大量处理，故仍需要开发新的分离方式。

综上所述，本发明的发明人研究、思索并设计一种电透析协同络合反应回收金属离子的系统及其方法，以针对现有技术的缺失加以改善，进而增进产业上的实施利用。

发明内容

基于上述现有的问题，本发明的目的是提出一种电透析协同络合反应回收金属离子的系统其及方法，其用以解决难以分离特性类似的金属离子，以及现有技术无法进行分离处理的缺失。