[发明专利]一种废旧锂电池选择性回收锂同时制备铁酸钴催化剂的方法

说明书

本发明公开了一种废旧锂电池选择性回收锂同时制备铁酸钴催化剂的方法，其方法包括：(1)将废旧钴酸锂电池进行放电、拆解、分类获得正极材料后进行高温处理去除粘接剂；(2)将钴酸锂正极粉末烘干筛分，与绿矾按照一定质量比混合均匀，在一定温度下焙烧一定时间；(3)将第一步获得的焙烧产物用去离子水进行浸出，得到硫酸锂浸出液，以及富含CoFe₂O₄的浸出渣；(3)将第二步获得的浸出液，加入氨水调节pH，过滤铁杂质；(4)向第三步获得的滤液加入碳酸铵溶液碳化，将沉淀过滤干燥，得到碳酸锂；(5)将第三步获得的浸出渣负载活性物质进行改性，得到SCR催化剂。本发明采用废旧钴酸锂电池与绿矾混合焙烧浸出工艺，操作简单，生产成本低，易分离，实现了对废旧钴酸锂电池与绿矾的回收利用，具有经济效益显著，环境友好的特点。

技术领域

本发明属于固废资源化利用领域，主要涉及一种利用废旧锂电池选择性回收锂同时制备铁酸钴催化剂的方法。

背景技术

自工业革命以来，化石的大量燃料的燃烧促进全球工业化的发展，却造成了严重的能源和环境问题。新能源技术可以应对世界环境问题和能源短缺而引起了广泛的关注。作为最重要的新能源载体之一，锂离子电池由于其高能量密度、良好的循环性能和低记忆效应，已被广泛用于移动电子设备和电动汽车。然而，锂离子电池的长期充电和放电过程导致其循环寿命短，每年产生大量的废旧锂离子电池。据估计，到2030年，全球废旧锂离子电池的数量预计将达到193万吨，全球锂离子电池回收市场预计将达到2000亿元。废旧钴酸锂电池作为最早使用的正极材料，占全球废旧锂电池的20％以上。然而废旧锂离子电池被归类为危险废物，因为有毒材料如钴、镍和有机溶剂将导致重金属污染、自燃和爆炸的危险。同时，废旧锂离子电池是一种重要的二次资源，它含有比矿物和盐水等自然资源更多的有价值的元素。因此，从废旧锂离子电池中回收有价值的金属可以有效解决环境污染和资源匮乏的问题。

针对废旧钴酸锂电池中有价元素资源化利用，研究者进行了广泛研究。专利CN106868317A将钴酸锂电池正极材料与硫酸亚铁混合后置于反应器中，加水调浆后向浆体中加入无机酸溶液进行反应，然后加入无机碱中和余酸，调节浆体pH值沉淀Fe³⁺，完成液固分离，其中固体渣即为碳粉与氢氧化铁的混合物，浸出液即为高浓度钴、锂溶液。专利CN113481368A将废旧钴酸锂电池粉料与高浓度的第一氢氧化钠溶液反应，固液分离得到第一滤渣和第一滤液后将第一滤渣与低浓度的第二氢氧化钠溶液反应，然后固液分离得到第二滤渣和第二滤液，讲第一滤液和第二滤液共同作为含铝的第一浸出液，第二滤渣作为第一浸出渣将第一浸出渣与磷酸反应，固液分离，得到第二浸出渣以及含锂的第二浸出液。将第二浸出渣与硫酸及抗坏血酸的混合溶液反应，固液分离，得到第三浸出渣以及含钴的第三浸出液。采用高低碱降低除铝碱的消耗量并防止在浸出铝的过程中浸出钴酸锂，利于获得较高的钴和锂的回收率。专利CN114317977A将聚氯乙烯与废旧的钴酸锂在流通的惰性气体气氛中热解，得到含有锂和钴的共热解产物；然后用水浸出共热解产物，过滤，得到浸出液和浸出产物，浸出液为含有锂盐的浸出液，浸出产物为含钴的浸出产物。专利CN113943867A将正极活性材料置于维生素C和稀硝酸中反应，得到混合液，然后将反应后的混合液进行过滤，得到含有有价金属离子的浸出液和残渣。然而，上述方法存在着采用还原剂或者酸碱溶液昂贵以及工序复杂的问题，一定程度上限制了废旧钴酸锂电池的回收利用。因此，有必要寻求更加廉价的原料或更简单的操作工艺来满足废旧钴酸锂电池的资源化利用。

绿矾是硫酸法生产钛白粉过程中排出的固体废物。每生产一吨钛白粉，就会产生大约3.5吨绿矾。中国2021年的钛白粉产量约为426万吨，其中91％由硫酸工艺产生，产生近1200万吨的绿矾。目前，绿矾的主要用途是通过热分解产生硫酸，但这需要大量的能源消耗，生产成本高于现有硫磺制酸。随着钛白粉行业的快速发展，绿矾的资源利用问题亟待解决。