一种废旧动力电池中锂的绿色分离方法与流程

1.本发明涉及资源回收利用技术领域，尤其涉及一种废旧动力电池中锂的绿色分离方法。


背景技术：

2.锂电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、放电电压稳定、充放电快速和环保等优点，已经被广泛应用于手机、便携式电脑、照相机、摄像机、充电宝等领域。此外，它也是电动汽车、储能电站首选的高能动力电源，是新能源汽车的“生命线”。然而，近年来，随着动力电池用量急速增加，报废的动力电池也逐年大幅度增多。动力电池中的锂在地球上含量较少，属稀缺金属。因此，回收分离废旧动力电池中的锂显得非常有必要。
3.目前，有关废旧动力电池中锂的回收分离方法主要有：1、将废旧动力电池经一系列处理后，加入沉淀剂，将锂离子转化为沉淀后进行回收；2、将废旧动力电池经过一系列处理后，对处理后的物质进行培烧，使锂离子以氧化锂蒸汽的形式逸出，然后用水吸收后回收；3、将废旧动力电池经过一系列处理后，采用λ-mno2离子筛选择分离回收锂。然而，现有的这些废旧电池中锂的回收方法还或多或少存在着锂回收率低，纯度不高，经济性差，环境污染严重，实用性不足，难以在实际中普及应用。
4.为了解决上述问题，中国发明专利申请cn107828996a公开了一种三元锂离子电池正极材料的综合回收方法。该方法通过酸化浸出、化学除杂、加碱沉镍钴锰、蒸发浓缩、纯碱沉锂等工序得到最终产品。高方法在沉镍钴锰步骤时碱的消耗大，且镍钴锰沉淀较难过滤分离，同时沉淀会夹带部分锂离子，影响锂的回收率。
5.因此，开发一种锂回收率和纯度高，能安全、快捷、高效地将废旧动力电池中的锂进行回收再利用，环保性和经济性佳，实用性足的废旧动力电池中锂的绿色分离方法符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景，对促进资源回收利用技术的发展具有非常重要的意义。


技术实现要素：

6.本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种锂回收率和纯度高，能安全、快捷、高效地将废旧动力电池中的锂进行回收再利用，环保性和经济性佳，实用性足的废旧动力电池中锂的绿色分离方法。
7.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种废旧动力电池中锂的绿色分离方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s101、高温培烧：将从废旧动力电池中获得的正极粉料通过定量给料机喂入φ1.3
×
13m外热式回转窑，经过680-720℃高温焙烧2-5小时后，进入水冷螺旋破碎机进行冷却，得到培烧料；外热式回转窑内部通入的310-330℃高温气体（含氧量《5%），保证原料在低氧状态下加热；窑外部采用热风炉780-810℃高温烟气加热；系统配备一套发热量为
3.096
×
10
6 kcal/h燃气热风炉系统，专门为外热式回转窑供热；外热式回转窑废气管道系统上设有换热器，可利用废气预热产生热水，为下级溶出工序供热；步骤s102、溶出：将经过步骤s1得到的培烧料加入到硫酸铵的水溶液中形成分散系，利用废气预热产生热水为分散系供热，搅拌均匀后，过滤除去滤渣，得到含锂离子溶出液；步骤s103、锂离子吸附：用吸附剂吸附含锂离子溶出液中的锂离子；步骤s104、脱吸附：采用酸进行脱吸附，并将脱吸附液旋蒸除去过量的酸和水，得到锂盐。
8.优选的，步骤s102中所述硫酸铵的水溶液的质量百分浓度为8-12wt%。
9.优选的，步骤s102中所述培烧料、硫酸铵的水溶液的质量比为1:(3-5)。
10.优选的，步骤s103中所述吸附剂包括如下按重量份计的各组分：hpl700提锂离吸附剂40-60份、amberjet 1200h树脂20-30份、甘氨酸接枝交联壳聚糖微球5-8份。
11.优选的，所述甘氨酸接枝交联壳聚糖微球的来源无特殊要求，在本发明的一个实施例中，所述甘氨酸接枝交联壳聚糖微球是按中国发明专利cn103041784b中实施例1的方法制成。
12.优选的，步骤s104所述酸为0.5-1mol/l的盐酸。
具体实施方式
13.下面将结合对本发明优选实施方案进行详细说明。
14.一种废旧动力电池中锂的绿色分离方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s101、高温培烧：将从废旧动力电池中获得的正极粉料通过定量给料机喂入φ1.3
×
13m外热式回转窑，经过680-720℃高温焙烧2-5小时后，进入水冷螺旋破碎机进行冷却，得到培烧料；外热式回转窑内部通入的310-330℃高温气体（含氧量《5%），保证原料在低氧状态下加热；窑外部采用热风炉780-810℃高温烟气加热；系统配备一套发热量为3.096
×
10
6 kcal/h燃气热风炉系统，专门为外热式回转窑供热；外热式回转窑废气管道系统上设有换热器，可利用废气预热产生热水，为下级溶出工序供热；步骤s102、溶出：将经过步骤s1得到的培烧料加入到硫酸铵的水溶液中形成分散系，利用废气预热产生热水为分散系供热，搅拌均匀后，过滤除去滤渣，得到含锂离子溶出液；步骤s103、锂离子吸附：用吸附剂吸附含锂离子溶出液中的锂离子；步骤s104、脱吸附：采用酸进行脱吸附，并将脱吸附液旋蒸除去过量的酸和水，得到锂盐。
15.优选的，步骤s102中所述硫酸铵的水溶液的质量百分浓度为8-12wt%。
16.优选的，步骤s102中所述培烧料、硫酸铵的水溶液的质量比为1:(3-5)。
17.优选的，步骤s103中所述吸附剂包括如下按重量份计的各组分：hpl700提锂离吸附剂40-60份、amberjet 1200h树脂20-30份、甘氨酸接枝交联壳聚糖微球5-8份。
18.优选的，所述甘氨酸接枝交联壳聚糖微球的来源无特殊要求，在本发明的一个实施例中，所述甘氨酸接枝交联壳聚糖微球是按中国发明专利cn103041784b中实施例1的方法制成。
19.优选的，步骤s104所述酸为0.5-1mol/l的盐酸。
20.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明提供的一种废旧动力电池中锂的绿色分离方法，该分离方法锂回收率和纯度高，能安全、快捷、高效地将废旧动力电池中的锂进行回收再利用，环保性和经济性佳，实用性足；高温培烧前没有加入含硫物质，避免在培烧过程中产生污染环境的二氧化硫气体；通过外热式回转窑废气管道系统上设有换热器，可利用废气预热产生热水，为下级溶出工序供热；使得能源利用率高；溶出过程中添加硫酸铵，提高溶出效果，有利于改善最终锂纯度；采用吸附剂吸附含锂离子溶出液中的锂离子，绿色环保，通过吸附剂组分的合理选择配伍，使得吸附效果好，脱附性能佳，循环使用寿命长；采用盐酸进行脱吸附，由于hcl易挥发，无需对多余酸进行处理，直接旋蒸即可得到较为纯净的锂盐。
21.下面将结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：实施例1实施例1提供一种废旧动力电池中锂的绿色分离方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s101、高温培烧：将从废旧动力电池中获得的正极粉料通过定量给料机喂入φ1.3
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13m外热式回转窑，经过700℃高温焙烧3.5小时后，进入水冷螺旋破碎机进行冷却，得到培烧料；外热式回转窑内部通入的320℃高温气体（含氧量《5%），保证原料在低氧状态下加热；窑外部采用热风炉800℃高温烟气加热；系统配备一套发热量为3.096
×
10
6 kcal/h燃气热风炉系统，专门为外热式回转窑供热；外热式回转窑废气管道系统上设有换热器，可利用废气预热产生热水，为下级溶出工序供热；步骤s102、溶出：将经过步骤s1得到的培烧料加入到硫酸铵的水溶液中形成分散系，利用废气预热产生热水为分散系供热，搅拌均匀后，过滤除去滤渣，得到含锂离子溶出液；步骤s103、锂离子吸附：用吸附剂吸附含锂离子溶出液中的锂离子；步骤s104、脱吸附：采用酸进行脱吸附，并将脱吸附液旋蒸除去过量的酸和水，得到锂盐。
22.步骤s102中所述硫酸铵的水溶液的质量百分浓度为8wt%；骤s102中所述培烧料、硫酸铵的水溶液的质量比为1:3。
23.步骤s103中所述吸附剂包括如下按重量份计的各组分：hpl700提锂离吸附剂40份、amberjet 1200h树脂20份、甘氨酸接枝交联壳聚糖微球5份；所述甘氨酸接枝交联壳聚糖微球是按中国发明专利cn103041784b中实施例1的方法制成。
24.步骤s104所述酸为0.5mol/l的盐酸。
25.实施例2实施例2提供一种废旧动力电池中锂的绿色分离方法，其与实施例1基本相同，不同的是，步骤s102中所述硫酸铵的水溶液的质量百分浓度为9wt%；步骤s102中所述培烧料、硫酸铵的水溶液的质量比为1:3.5；步骤s103中所述吸附剂包括如下按重量份计的各组分：hpl700提锂离吸附剂45份、amberjet 1200h树脂22份、甘氨酸接枝交联壳聚糖微球6份；步骤s104所述酸为0.7mol/l的盐酸。
26.实施例3实施例3提供一种废旧动力电池中锂的绿色分离方法，其与实施例1基本相同，不同的是，步骤s102中所述硫酸铵的水溶液的质量百分浓度为10wt%；步骤s102中所述培烧料、硫酸铵的水溶液的质量比为1:4；步骤s103中所述吸附剂包括如下按重量份计的各组分：hpl700提锂离吸附剂50份、amberjet 1200h树脂25份、甘氨酸接枝交联壳聚糖微球6.5份；步骤s104所述酸为0.7mol/l的盐酸。
27.实施例4实施例4提供一种废旧动力电池中锂的绿色分离方法，其与实施例1基本相同，不同的是，步骤s102中所述硫酸铵的水溶液的质量百分浓度为11wt%；步骤s102中所述培烧料、硫酸铵的水溶液的质量比为1:4.5；步骤s103中所述吸附剂包括如下按重量份计的各组分：hpl700提锂离吸附剂55份、amberjet 1200h树脂28份、甘氨酸接枝交联壳聚糖微球7.5份；步骤s104所述酸为0.9mol/l的盐酸。
28.实施例5实施例5提供一种废旧动力电池中锂的绿色分离方法，其与实施例1基本相同，不同的是，步骤s102中所述硫酸铵的水溶液的质量百分浓度为12wt%；步骤s102中所述培烧料、硫酸铵的水溶液的质量比为1:5；步骤s103中所述吸附剂包括如下按重量份计的各组分：hpl700提锂离吸附剂60份、amberjet 1200h树脂30份、甘氨酸接枝交联壳聚糖微球8份；步骤s104所述酸为1mol/l的盐酸。
29.对比例1对比例1提供一种废旧动力电池中锂的绿色分离方法，其与实施例1基本相同，不同的是，用水代替硫酸铵的水溶液。
30.对比例2对比例2提供一种废旧动力电池中锂的绿色分离方法，其与实施例1基本相同，不同的是，没有添加甘氨酸接枝交联壳聚糖微球。
31.对各例方法中锂的回收率和最终产品锂盐纯度进行统计计算，结果如表1所示。
32.表1测试项目回收率纯度单位%%实施例198.999.72实施例299.199.80实施例399.499.85实施例499.599.91实施例599.799.94对比例197.698.35对比例298.099.13从表2中数据可以看出，本技术实施例中涉及的废旧动力电池中锂的绿色分离方法具有更高的锂回收率，且产品纯度更高，这是各步骤协同作用的结果，硫酸铵的水溶液、甘氨酸接枝交联壳聚糖微球的添加对改善上述性能有益。
33.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人
士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据依据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。