CN110527837B - 一种电池正极材料的高效浸出方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池正极材料的高效浸出方法，属于废旧电池回收领域，解决了现有方法浸出率较低，硫酸利用率低，以及中和试剂用量大的问题。本发明的技术方案是：将电池正极材料以液固比5.5‑7.5mL:1g的比例与水混合均匀，得到混合液，再加入浓硫酸，升温至80‑95℃，保温反应，再滴加双氧水至反应完全，过滤分离得一次滤渣和一次滤液；将一次滤液与电池正极材料混合，升温至80‑95℃，保温反应1‑2h，过滤分离得未反应完全的二次滤渣和二次滤液；将二次滤渣返回步骤一继续浸出。本发明通过两步固液循环浸出，提高了浸出率；降低了浸出后液的酸浓度，提高了硫酸的利用率；减少了中和反应所需碱性试剂的用量，降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于废旧电池回收领域，具体涉及一种电池正极材料的高效浸出方法。
背景技术
有关电池正极材料的浸出，现有技术采用硫酸双氧水体系一步浸出方法，浸出率达到98%，有待进一步提高，且其双氧水消耗量大，其后液酸浓度较高，导致后续工艺中用于中和反应的碱性试剂用量大，成本较高。也有用硫酸或柠檬酸与双氧水混合经超声进行浸出，也存在同样的问题，同时对超声设备及生产环境要求较高。另外，也有用微波来提高浸出效果的方法，但效果仍不理想，且所得浸出后液酸浓度较高，硫酸利用率较低，后续反应中和量大，造成不必要的试剂浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池正极材料的高效浸出方法，以解决现有方法浸出率较低，硫酸利用率低，以及中和试剂用量大的问题。
本发明的技术方案是：一种电池正极材料的高效浸出方法，包括以下步骤：
步骤一、先将电池正极材料以液固比5.5-7.5mL:1g的比例与水混合均匀，得到混合液，再加入浓硫酸，升温至80-95℃，保温反应，再滴加双氧水至反应完全，过滤分离得一次滤渣和一次滤液；
步骤二、将步骤一所得一次滤液与电池正极材料混合，升温至80-95℃，保温反应1-2h，过滤分离得未反应完全的二次滤渣和二次滤液；
步骤三、将步骤二所得二次滤渣返回步骤一继续浸出。
作为本发明的进一步改进，在步骤一中，硫酸的体积分数为98%，硫酸加入量为250-350g/L混合液，双氧水加入体积为电池正极材料质量的0.4-0.7倍。
作为本发明的进一步改进，在步骤二中，电池正极材料加入量为一次滤液中剩余酸质量的1.6-2倍。
作为本发明的进一步改进，其特征在于：所述电池正极材料包括镍钴锰酸锂、钴酸锂或锰酸锂。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1. 本发明将传统的一步浸出改进为两步浸出，将步骤一所得一次滤液用于步骤二继续反应，一次滤渣为最终剩余的碳渣，将步骤二所得二次滤渣返回步骤一继续参与浸出，二次滤液为最终所得元素的浸出液，以此作为两步固液循环浸出，提高了浸出率；
2. 本发明通过两步浸出，减少了浸出反应中双氧水的用量；降低了浸出后液的酸浓度，提高了硫酸的利用率；减少了后续中和反应所需碱性试剂的用量，降低了成本；
3. 本发明操作简单，解决了现有的诸多问题。
具体实施方式
下面的实施例可以进一步说明本发明，但不以任何形式限制本发明。
实施例1、镍钴锰酸锂电池正极材的高效浸出方法步骤如下：
步骤一、先将镍钴锰酸锂电池正极材料以液固比5.5ml:1g的比例与水混合均匀，得到混合液，再加入浓硫酸（体积分数98%），加入量为350g/L混合液，升温至95℃，保温反应，再滴加双氧水至反应完全，双氧水加入体积为正极材料质量的0.7倍（ml:g），过滤分离得一次滤渣和一次滤液，经检测，一次滤液酸浓度为120g/L，剩余渣率为4%，金属总含量为5%；
步骤二、将步骤一所得一次滤液与镍钴锰酸锂电池正极材料混合，镍钴锰酸锂电池正极材料加入量为一次滤液中剩余硫酸质量的2倍，升温至95℃，保温反应2h，过滤分离得未反应完全的二次滤渣和二次滤液，反应后检测，二次滤液酸浓度为0g/L；
步骤三、将步骤二所得二次滤渣返回步骤一继续浸出。
本实施例中，金属浸出率为99.2%。最终所得硫酸盐溶液（二次滤液）中酸浓度达到0g/L，其硫酸利用率达到100%，节省双氧水13%的用量，后续工艺中需中和的酸量减少120g/L，节省碱液用量。
实施例2、镍钴锰酸锂电池正极材的高效浸出方法步骤如下：
步骤一、先将镍钴锰酸锂电池正极材料以液固比7.5ml:1g的比例与水混合均匀，得到混合液，再加入浓硫酸（体积分数98%），加入量为250g/L混合液，升温至80℃，保温反应，再滴加双氧水至反应完全，双氧水加入体积为正极材料质量的0.4倍（ml:g），过滤分离得一次滤渣和一次滤液，经检测，一次滤液酸浓度为60g/L；
步骤二、将步骤一所得一次滤液与镍钴锰酸锂电池正极材料混合，镍钴锰酸锂电池正极材料加入量为一次滤液中剩余硫酸质量的1.6倍，升温至80℃，保温反应1h，过滤分离得未反应完全的二次滤渣和二次滤液，反应后检测，二次滤液酸浓度为5g/L；
步骤三、将步骤二所得二次滤渣返回步骤一继续浸出。
本实施例中，金属浸出率为98%。双氧水加入量较少，节省了50%的用量，其金属浸出率也有所降低，最终所得硫酸盐溶液（二次滤液）中酸浓度达到5g/L，其硫酸利用率达到98%，后续工艺中需中和的酸量减少55g/L，减少了碱液的用量。
实施例3、镍钴锰酸锂电池正极材的高效浸出方法步骤如下：
步骤一、先将镍钴锰酸锂电池正极材料以液固比6ml:1g的比例与水混合均匀，得到混合液，再加入浓硫酸（体积分数98%），加入量为300g/L混合液，升温至90℃，保温反应，再滴加双氧水至反应完全，双氧水加入体积为正极材料质量的0.5倍（ml:g），过滤分离得一次滤渣和一次滤液，经检测，一次滤液酸浓度为80g/L；
步骤二、将步骤一所得一次滤液与镍钴锰酸锂电池正极材料混合，镍钴锰酸锂电池正极材料加入量为一次滤液中剩余硫酸质量的1.8倍，升温至90℃，保温反应1.5h，过滤分离得未反应完全的二次滤渣和二次滤液，反应后检测，二次滤液酸浓度为2g/L；
步骤三、将步骤二所得二次滤渣返回步骤一继续浸出。
本实施例中，金属浸出率为99%。节省双氧水37%，其一次滤液酸浓度为80g/L，经中和，二次滤液酸浓度达到2g/L，硫酸利用率达到99.3%，且减少中和酸量78g/L。
由实施例1-3可看出，对于镍钴锰酸锂，按照实施例1的物料比例和反应时间进行反应，能够达到最好的浸出效果，反应后，二次滤液中无多余酸，硫酸得到全部利用；实施例3的浸出效果较佳，反应后，二次滤液中剩余微量未反应完全的硫酸。
实施例4、钴酸锂电池正极材料的高效浸出方法步骤如下：
步骤一、先将钴酸锂电池正极材料以液固比7.5mL:1g的比例与水混合均匀，得到混合液，再加入浓硫酸（体积分数98%），加入量为300g/L混合液，升温至95℃，保温反应，再滴加双氧水至反应完全，双氧水加入体积为正极材料质量的0.6倍（mL:g），过滤分离得一次滤渣和一次滤液，经检测，一次滤液酸浓度为100g/L；
步骤二、将步骤一所得一次滤液与钴酸锂电池正极材料混合，钴酸锂电池正极材料加入量为一次滤液中剩余硫酸质量的1.8倍，升温至90℃，保温反应2h，过滤分离得未反应完全的二次滤渣和二次滤液，反应后检测，二次滤液酸浓度为3g/L；
步骤三、将步骤二所得二次滤渣返回步骤一继续浸出。
本实施例中，钴酸锂浸出效果佳，以此试剂加入比例就可完全浸出，浸出率达到99.5%。双氧水节省用量14%，最终所得二次滤液中酸浓度为3g/L，硫酸利用率达到99%。
实施例5、锰酸锂电池正极材料的高效浸出方法步骤如下：
步骤一、先将锰酸锂电池正极材料以液固比7.5mL:1g的比例与水混合均匀，得到混合液，再加入浓硫酸（体积分数98%），加入量为350g/L混合液，升温至95℃，保温反应，再滴加双氧水至反应完全，双氧水加入体积为正极材料质量的0.7倍（mL:g），过滤分离得一次滤渣和一次滤液，经检测，一次滤液酸浓度为120g/L；
步骤二、将步骤一所得一次滤液与锰酸锂电池正极材料混合，锰酸锂电池正极材料加入量为一次滤液中剩余硫酸质量的2倍，升温至95℃，保温反应2h，过滤分离得未反应完全的二次滤渣和二次滤液，反应后检测，二次滤液酸浓度为5g/L；
步骤三、将步骤二所得二次滤渣返回步骤一继续浸出。
锰酸锂相比于其他正极材料较难浸出，需高温高酸浸出，双氧水用量稍多，以此投料比例进行浸出，其金属浸出率达到98%。最终所得硫酸盐溶液（二次滤液）中酸浓度为5g/L，硫酸利用率为98.5%。
综上，本发明方法浸出正极材料中的金属元素，其双氧水用量少，最终所得二次滤液中酸浓度极低，硫酸利用率在98%以上，节省后处理需中和60-120g/L酸的碱液，且金属浸出率至少可达到98%，以最优条件进行反应可达到99%以上。本发明通过两步浸出，达到高效浸出和高效利用的目的。
Claims (2)
1.一种电池正极材料的高效浸出方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、先将电池正极材料以液固比5.5-7.5mL:1g的比例与水混合均匀，得到混合液，再加入浓硫酸，升温至80-95℃，保温反应，再滴加双氧水至反应完全，过滤分离得一次滤渣和一次滤液；其中，硫酸的体积分数为98%，硫酸加入量为250-350g/L混合液，双氧水加入体积为电池正极材料质量的0.4-0.7倍；
步骤二、将步骤一所得一次滤液与电池正极材料混合，电池正极材料加入量为一次滤液中剩余酸质量的1.6-2倍，升温至80-95℃，保温反应1-2h，过滤分离得未反应完全的二次滤渣和二次滤液；
步骤三、将步骤二所得二次滤渣返回步骤一继续浸出。
2.根据权利要求1所述的一种电池正极材料的高效浸出方法，其特征在于：所述电池正极材料包括镍钴锰酸锂、钴酸锂或锰酸锂。
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