[发明专利]一种从废旧三元锂离子电池中优先提取金属锂以及同时得到电池级金属盐的方法

说明书

本发明提供了一种从废旧三元锂离子电池中优先提取金属锂以及同时得到电池级金属盐的方法，通过在清洁单一的氢气氛围下焙烧还原废旧电池黑粉，然后采用纯水浸出，达到优先提取金属锂资源的目标，且有效地提高了金属锂的回收率，回收过程中避免产生二氧化碳、二氧化硫等有害有毒废烟气，回收过程清洁环保；并且，采用镍皂有机萃取‑硫酸反萃的逆流萃取法，在萃取过程中避免其他金属杂质进入到溶液中，极大提高了金属盐的纯度，得到电池级硫酸钴、硫酸镍和硫酸锰，方法简单，回收成本低。

技术领域

本发明属于固体废物回收处理领域，特别涉及一种从废旧三元锂离子电池中绿色高效、低成本回收高纯度金属资源的方法。

背景技术

自上个世纪90年代以来，随着正极材料、负极材料与电解质的创新，锂离子电池实现商品化并迅速在多个领域得到广泛应用。特别是新能源汽车的推广，锂离子电池需求快速增长，年均增长率达到9.4％。制造锂离子电池的金属资源，尤其是锂、钴等矿产资源稀缺的金属供需缺口扩大。因此，如何从废旧的锂离子电池中回收金属资源再利用于锂离子电池的制造，是推动锂离子电池产业可持续发展的一个重要途径。

目前废旧锂离子电池回收一般是从含有金属资源的黑粉中采用湿法浸出、萃取技术先提取镍、钴、锰等金属资源，然后通过碳酸盐沉淀的方式最后提取锂金属资源，让金属锂资源经过这么长的工艺流程，不可避免地造成金属锂资源在回收过程中流失，锂的回收率显著下降；另一方面，正因为大量的锂离子存在于浸出、萃取、反萃过程，使萃取得到的镍、钴盐纯度达不到电池级的标准，难以回于锂离子电池的再制造。因此，发明一种优先提锂及同时回收电池级金属盐的方法是必要的。

中国专利CN106129511A公开了一种从废旧锂离子电池材料中综合回收有价金属的方法，主要是将废旧锂离子电池正极材料与还原剂混合，在500～750℃的温度下进行还原焙烧处理，焙烧产物首先采用CO₂碳化水浸，得到碳酸氢锂水溶液，用于制取Li₂CO₃产品。该方法虽然实现了优先提取锂金属，但由于废旧锂离子电池正极材料不可避免含有铝等其它元素杂质，所得Li₂CO₃产品为粗制碳酸锂，且引入了固体还原剂，浸出渣量增加。

中国专利申请CN202010724526.X公开的“一种利用废旧锂离子电池制备碳酸锂的方法、电池级碳酸锂”，用天然气对废旧锂离子电池的粉料进行还原焙烧，然后加水浸出过滤，然后依次用硫酸、碳酸钠来沉淀得到碳酸锂。该发明虽然也实现了优先提锂的目的，但采用天然气氛围下焙烧，焙烧过程中产生大量二氧化碳，且有未完全反应的天然气需要处理后才能直接排放到空气，没有充分利用废旧电池黑粉料中的石墨碳，不利于环保；另外，对后续的锰、镍、钴的提纯没有明确的方案。

中国专利申请CN 109935922 A公开了“一种从废旧锂离子电池材料中回收有价金属的方法”，将废旧锂离子电池正极材料与硫磺、硫化物等低价硫酸盐混合，在300～900℃的温度下进行硫化焙烧处理，焙烧产物采用水浸，得到锂盐水溶液，进一步可用于制备碳酸锂产品，水浸渣采用氧化酸浸或直接酸浸浸出其中的镍钴锰等有价元素，浸出液再经净化、萃取后得到相应的钴盐、镍盐等。该方法存在的问题是采用硫化物焙烧，焙烧的烟气含有大量的二氧化硫或三氧化硫等有毒有害气体，需要进一步净化处理；同时最终锂盐回收率低，且其他金属如镍钴锰盐溶液纯度达不到电池级标准，难以直接用于三元锂离子电池正极材料再制造。

发明内容

本发明目的在于提供一种从废旧三元锂离子电池中优先提取金属锂资源的清洁、低碳排放和高回收率的回收方法，同时回收得到的硫酸锰、硫酸钴和硫酸镍金属盐达到回收环保产业技术创新战略联盟制定的电池级标准，可以直接回用于锂离子电池的再制造。

本发明的创新之处主要在于：

一是采用氢气氛围下低温焙烧，能低成本优先提取金属锂资源，提高锂资源的回收率，减少回收过程对环境的影响；