[发明专利]用于回收镍、锰和钴的火法冶金方法

说明书

本公开涉及一种用于从各种来源回收Ni、Co和Mn的2步高温方法。所述方法包括以下步骤：制备包含所述材料以及作为造渣剂的Si、Al、Ca和Mg的冶金炉料；在第一还原条件下熔炼造渣剂和所述炉料，由此获得Ni‑Co合金以及第一炉渣，所述Ni‑Co合金包含Co和Ni中的至少一种的主要部分，其中Si＜0.1％，所述第一炉渣包含主要部分的Mn；分离所述炉渣与所述合金；以及在第二还原条件下熔炼所述炉渣，所述第二还原条件比所述第一还原条件的还原性更强，由此获得第二炉渣和包含主要部分的Mn的Si‑Mn合金，其中Si＞10％。产生Ni‑Co合金，其适于例如制备锂离子电池用正极材料，并且产生Si‑Mn合金，其可以用于炼钢。所述第二炉渣基本上不含重金属，因此适于再利用。

本公开涉及一种用于从各种来源回收Ni、Co和Mn的2步高温方法。产生的Ni-Co合金适于例如制备锂离子电池用正极材料，并且产生的Si-Mn合金可以用于炼钢。

近年来，在欧洲和中国的新法规的驱动下，电动车辆已经经历了空前的增长，其被设计成逐渐减少汽车的CO₂排放量并限制城市中的空气污染。预期在接下来的数十年期间继续这种增长。电动车辆的调整取决于用于储存电能的电池的性能。为了在保持成本受控的同时获得最高的能量密度，使用了锂离子电池。优选的电池含有基于过渡金属Ni、Mn和Co的正极(又称为NMC电池)。随着电动车市场的增长，还预期对于这些金属的需求显著增加。

对于Ni和Co的需求可超过全球生产能力。Co是特别关键的，因为它现今仅作为Ni和Cu工业的副产物而产生。Ni的市场明显大于Co的市场，但大部分的Ni正用于不锈钢的生产，其中，纯度相对不重要。因此，高纯度的Ni和Co金属或化合物供应不足。鉴于上述情况，从已经理想地含有这些元素的合适组合的报废的电池中回收Ni和Co是有吸引力的建议。

EP3269832描述了一种针对含Co和/或Ni的合金和含Mn炉渣的回收和加工废电池的方法，其特征在于MnO-SiO₂-Al₂O₃三元熔炼渣。CN107012332描述了一种用于含镍和钴的废电池和含铜的电子废物的协同金属回收方法。WO2011035915描述了一种用于处理锂离子电池的自发高温方法，其产生炉渣和含Co、Ni和Cu的合金。所述方法可以用于大多数其它进料，只要它们含有Mn和Ni和/或Co。另一实例是废Co-Fe-Mn/y-AhCb费-托催化剂。

此外含有Mg的进料是特别合适的，因为期望这种元素在炉渣中。除电池外的大多数进料不能自发处理，而是需要另外的能量来熔化进料。这可以通过天然气氧气燃烧器或通过电加热来供应。WO2009100495中给出了适于富Ni进料的方法的实例，其中使用熔池熔炼方法来产生熔融Ni合金和炉渣。

根据进料可以获得Ni-Co合金，其富含Co和/或Ni。这种合金非常适于其它处理，例如使用已知的湿法冶金方法，以分离和精炼金属。所获得的高纯金属或金属化合物接下来适于制造锂离子电池用正极材料。

火法冶金方法通常产生合金和炉渣。干净的炉渣，即具有低可浸出金属含量的炉渣，通常用于建筑工业。实例包括：混凝土中的合成集料，替代砂或其它开采的矿物和高密度道砟，例如在水下应用中如堤坝加固。

当进料含有Co和/或Ni时，炉渣可含有少量但可测量的量的这些元素。例如，Elwert等人(World of Metallurgy(世界冶金)-Erzmetall,GDMB-Medienverlag,Clausthal-Zellerfeld,第65卷，第3期，163-171,2012)讨论了三种分离的炉渣及其相组成，目的是开发一种用于锂回收的方法。在欧洲，分类、标记和包装(CLP)法规EC N°1272/2008要求用大于0.1％的Ni和Co中的任一种作为有害的材料来标记所有的炉渣。然后，它要求材料的最终用户进行风险分析：然而，这将削弱或甚至阻止这类炉渣在大多数已知的应用中再利用。