[发明专利]利用废锂离子电池黑粉与硫化镍钴矿协同制备三元前驱体和碳酸锂的方法及应用

说明书

本发明提供了一种利用废锂离子电池黑粉与硫化镍钴矿协同制备三元前驱体和碳酸锂的方法及应用，包括以下步骤：电池黑粉和硫化镍钴矿浆化获得矿浆，控制反应条件，制得浸出液，所述浸出液经除铁铝铜以及萃取除杂，再经共沉淀后，制得三元前驱体材料，共沉淀后液经蒸氨和沉锂后，制得碳酸锂。本发明具有工艺流程短、成本低以及环境绿色友好等的优点。

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其是涉及一种利用废锂离子电池黑粉与硫化镍钴矿协同制备三元前驱体和碳酸锂的方法及应用。

背景技术

废旧动力电池的再生循环利用主要针对电池容量损耗严重，使得电池无法继续使用而进行的资源化处理。废旧锂离子电池的回收主要分为三大类：火法冶金回收、湿法冶金回收以及生物冶金回收。其中，生物冶金回收处于研发阶段；火法冶金的回收因其消耗大量的能源、对设备耐温要求高以及会产生大量有毒气体，所以正在被逐渐取代；湿法冶金因其温和的条件以及较高的金属浸出率等诸多优点而被广泛采用。

湿法冶金回收是采用合适的化学试剂选择性溶解废旧锂离子电池中的电极材料，从而将目标金属元素从浸出液中分离出来的一种方法，具体步骤包括预处理得到活性正极材料，接着采用无机酸（H₂SO₄、HNO₃、HCl或H₃PO₄）或有机酸（如柠檬酸、苹果酸、葡萄糖酸或抗坏血酸等）进行有价金属的浸出，有时为了提高有价金属的浸出率，还会引入还原剂（H₂O₂、Na₂S₂O₃或Na₂SO₃）或增加超声波-微波等的辅助性条件；浸出液经过除铁铝-P204除杂-P507镍钴分离-P204镍锂分离会得到镍钴锰锂的硫酸盐溶液，然后送至前驱体制备车间，金属锂离子则采用蒸发浓缩的方式进行富集，再用饱和碳酸钠溶液沉锂，固液分离得到碳酸锂产品；前驱体的制备：冶炼工序得到的镍、钴、锰/铝溶液进行组分调配，在气氛保护下，加入络合剂和沉淀剂进行前驱体制备，根据溶液中镍、钴、锰/铝的不同比例含量，可得到622、523、811和NCA等不同的三元前驱体。

传统硫化镍钴矿的处理工艺是浮选得到硫化镍钴精矿后进行火法熔炼，再配合加压浸出等工艺回收镍钴，存在工艺复杂、处理成本高、环境污染重以及金属回收率低等的缺点。锂离子电池的原料镍钴锰锂对废旧电池有价组元的回收、对传统硫化镍钴矿产的高效利用以及对保障锂离子电池材料的循环利用十分重要。因此，如何在温和条件下，加快化学反应过程并且提高目标金属离子的回收率，同时选择性分离有害杂质、采用短程制备材料就具有重要的工业意义。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种利用废锂离子电池黑粉与硫化镍钴矿协同制备三元前驱体和碳酸锂的方法，通过协同浸出、新型中和剂、P204选择性除杂、镍钴锰锂四元溶液直接沉淀制备前驱体、蒸氨及溶液的循环利用等核心发明点，实现废锂离子电池黑粉和硫化镍钴矿的协同处置，短程制备获得三元前驱体和碳酸锂高值产品。

本发明的目的之二在于本方法在制备电池正极中的应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种利用废锂离子电池黑粉与硫化镍钴矿协同制备三元前驱体和碳酸锂的方法，包括以下步骤：

（a）协同浸出：电池黑粉和硫化镍钴矿混合获得矿浆，向所述矿浆中加入助浸剂和浸出剂，并通入含氧气体实现浸出，固液分离后得到浸出渣和浸出液；

（b）中和除铁铝铜：中和剂加入到所述浸出液中进行中和，固液分离后得到中和渣和除铁铝铜后液；

（c）除杂：对所述除铁铝铜后液进行除杂，制得除杂后液；