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中天和自动化:详解废旧锂离子动力电池的回收技术,涨知识(六)

文章来源: 深圳市中天和自动化设备有限公司 人气:1720发表时间:2017-12-23 18:13:03

  中天和自动化:详解废旧锂离子动力电池的回收技术,涨知识(六)

2.3 深度处理步骤

  深度处理步骤主要包括浸出和分离提纯两个过程。浸出过程主要有酸浸和微生物浸出两种方法,分离提纯过程主要有沉淀法、萃取法和电化学法。

  2.3.1 浸出过程

  (1)酸浸法

  酸浸法是应用很广泛的一种浸出方法,很多研究报道通过运用无机酸(盐酸[30],硫酸[31],硝酸[32])和有机酸(柠檬酸,草酸,抗坏血酸,葡萄酸等)来浸出锂离子动力电池正极材料。由于 Co3+ 难溶,因此一般需要添加 H2O2 作为还原剂,以 LiCoO2 为例,化学反应方程式如公式(3)所示:

酸浸法公式

  Joulié [33] 比较了(HClH2SO4HNO3)对三元材料(NiCoAl)锂离子动力电池浸出效果。后结果表明:采用 4 mol/L HCl,固液比为 200 g/L,在90 ℃ 下搅拌浸出 18 h,后得到 LiNiCoAl 的浸出率分别为 83.7%85。6%91。2%81.5%

  Nayl [34]建立了一套回收锂离子动力电池中 AlCuNiCoMnLi 金属的流程。将废旧锂离子动力电池经过破碎、研磨、碱浸后,得到的固体残渣置于 2 mol/L H2SO4 4% H2O2 混合溶液中,在温度为 70 ℃,固液比为 100 g/L 下,搅拌浸出 120 min, LiCo 的浸出率分别为 98.8%95.9%

  由于无机酸的酸性强,对设备的要求高。因此,国内外学者尝试用无机酸来浸出废旧锂离子动力电池。

  Li [35]在超声波的辅助下,分别使用柠檬酸(C6H8O7)HCl H2SO4 来浸出钴酸锂电池。采用0.5 mol/L C6H8O7 0.55 mol/L H2O2 作为还原剂,在 90 W 的超声波下,控制温度为 60 ℃,固液比为 25 g/L,搅拌浸出 5 hCoLi 的浸出率分别为 96。13%98.4%。但在相同条件下使用 HCl H2SO4 时,Co 的浸出率分别为 76.42% 45。78%,远远低于在 C6H8O7 Co 的浸出率。

  Zeng [36] 提出了使用草酸(H2C2O4)来回收废旧钴酸锂电池中钴和锂的新方法。不需要添加 H2O2,使用 1 mol/L H2C2O4,在 90 ℃,固液比为 15 g/L 下,搅拌浸出 150 min, CoLi 的浸出率分别为 97%98%

  施平川等 [ 37 ]提出了使用葡萄糖酸(C6H12O7)来浸出三元材料(NiCoMn)锂离子动力电池。使用 1 mol/L C6H12O7,在 70 ℃ 下,固液比为 30 g/L,搅拌浸出 80 min,CoMnNiLi 的浸出率分别为 97%96%99%99%。葡萄糖酸对三元材料有很好的浸出效果,工业应用前景很好。

  Zhang [ 38 ] 将可降解的生物质酸三氯乙酸(CCl3COOH)用于浸出三元系(NiCoMn)锂离子动力电池。采用 3 mol/L CCl3COOH 4% H2O2 的混合液作为浸出液,在 60 ℃ 下,固液比为 50 g/L,搅拌浸出 30 min,NiCoMnLi 的浸出率分别为 93.0%91.8%89。8%99.7%,而 Al 的浸出率低于 7%

  无机酸的浸出效率高,处理量大,广泛应用于工业生产中; 但在浸出过程中会产生有毒有害气体(Cl2SO2NO2 ),残留的酸性废液难于处理,会带来二次污染。有机酸的成本相对较高;但有机酸对三元系锂离子动力电池的处理效果好,酸性废液的 pH 低,易于后续处理回收。

  (2)微生物浸出法

  由于高效率、低成本和较少的工业要求,微生物浸出的方法已经吸引了科研工作者的眼球。在微生物浸出的过程中,微生物如真菌、细菌表现出许多生理学上重要的反应,来使它们自己能够生长和再生。在这个过程中,微生物在自身代谢的过程中也会产生一部分酸, 这部分酸也可以来浸出废旧锂离子动力电池

  目前,用于浸出废旧锂离子动力电池的微生物主要是自养菌,包括氧化硫硫杆菌、氧化亚铁微螺菌和氧化亚铁硫杆菌 [39]

  Mishra [40] 利用嗜酸氧化亚铁硫杆菌来浸出钴酸锂电池,同时加入一些黄铁矿为细菌提供能量,嗜酸氧化亚铁硫杆菌能将 S2-转化为 H2SO4,直接浸出钴酸锂。后结果表明:Co 的浸出速率比 Li 快,同时,在反应的过程中,不仅硫酸也能浸出,生成的 Fe3+也会参与钴酸锂的浸出,两者结合,显著提高了浸出效率,Co 浸出率为 65.2%

  Xin [41] 将氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌相混合,用来处理废旧钴酸锂电池。后得到的浸出液中 Co2+Li+的浓度分别为 920 mg/L470 mg/L

  Zeng [42]研究了以 Cu2+ 为催化剂,嗜酸氧化亚铁硫杆菌对废旧钴酸锂电池浸出效率的影响。在 0。75 g/L Cu2+条件下,6 天后 Co2+的浸出率为 99.9%,而在不添加 Cu2+的情况下,10 天后 Co2+ 的浸出率只有 43.1%。结果表明:Cu2+ 对于嗜酸氧化亚铁硫杆菌浸出钴酸锂电池具有显著影响。

  微生物浸出的缺点是浸出时间长,在重金属离子含量多且杂的情况下,细菌繁殖和生存很困难。

  经过酸浸或微生物浸出后,电池碎片中的有价金属以离子的形式进入浸出液中,对浸出液中的金属离子分离提纯,得到相应的金属化合物产品,完成整个回收过程。

  

此文关键词:旧锂离子动力电池,锂离子动力电池

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