CN110527837B - 一种电池正极材料的高效浸出方法 - Google Patents
一种电池正极材料的高效浸出方法 Download PDFInfo
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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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