堿循環(huán)浸出法分離廢舊鋰離子電池中鋁的研究

1、堿循環(huán)浸出法分離廢舊鋰離子電池中鋁的研究堿循環(huán)浸出法分離廢舊鋰離子電池中鋁的研究張永祿12，尹飛1，揭曉武1，阮書鋒1，王振文1（1.北京礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京100160；2.北京科技大學(xué)，北京100083）摘要：摘要：針對(duì)鋰離子電池正極材料活性物質(zhì)與集流體鋁箔的分離問(wèn)題，提出了循環(huán)堿浸—降溫結(jié)晶氫氧化鋁工藝，并確定了較佳工藝參數(shù)。結(jié)果表明，優(yōu)化后的工藝參數(shù)為：浸出段溫度90℃、浸出時(shí)間2h，降溫結(jié)晶段溫度40℃，時(shí)間40h，晶種

2、添加量1.5倍，堿浸渣中平均鋁含量為0.78%，平均浸出率為90.98%；浸出液經(jīng)降溫結(jié)晶后得到三水鋁石，其中鋁含量為32.14%，鋰、鈷、鈉分別為0.15%、0.04%和0.51%，可作為回收鋁的原料；結(jié)晶后母液含鋁約22.08gL，可返回堿浸段循環(huán)利用。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：廢舊鋰離子電池；正極材料；鋁；堿浸出中圖分類號(hào)：中圖分類號(hào)：TF821文獻(xiàn)標(biāo)志碼：文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：文章編號(hào)：10077545（2018）12000000Stu

3、dyonRemovalofAluminumfromSpentLithiumIonBatteriesbyAlkaliRecyclingLeachingProcessZHANGYonglu12YINFei1JIEXiaowu1RUANShufeng1WANGZhenwen1(1.BGRIMMTechnologyGroupBeijing100160China2.UniversityofSciencepositiveactivematerial

4、aluminumalkalineleaching鋰離子電池因其電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性好以及無(wú)記憶效應(yīng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通訊、筆記本電腦、便攜式工具、電動(dòng)自行車等領(lǐng)域[13]。隨著大量鋰離子電池的生產(chǎn)、使用和報(bào)廢，鋰離子電池的回收和再利用問(wèn)題已經(jīng)成為全行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。在對(duì)廢舊鋰離子電池回收之前，需要對(duì)廢電池進(jìn)行放電、拆解、粉碎等一系列的前期預(yù)處理，得到活性物質(zhì)與集流體[47]。在鋰離子電池中，具有較高回收價(jià)值的正極

5、活性物質(zhì)通常是與溶于N甲基吡咯烷酮（NMP）的有機(jī)粘結(jié)劑（如PVDF）調(diào)漿后涂覆在金屬鋁箔集流體上的。在經(jīng)歷前期預(yù)處理后，它們一般還是粘連在一起，需進(jìn)一步分離。目前關(guān)于正極活性物質(zhì)的回收，有的研究是直接將活性物質(zhì)和鋁箔同時(shí)酸溶，然后在溶液中除鋁。也有的是先對(duì)鋁箔和活性物質(zhì)進(jìn)行分離，然后再對(duì)分離后的活性物質(zhì)進(jìn)行酸浸。正極活性物質(zhì)與鋁箔集流體的分離方法主要有有機(jī)溶劑溶解法[8]、高溫?zé)岱纸夥╗910]、堿浸法[21112]和機(jī)械分離法[13

6、]等。堿浸法分離正極活性物料與鋁箔集流體是利用正極活性物質(zhì)不與NaOH發(fā)生反應(yīng)，但鋁作為一種兩性金屬可與NaOH發(fā)生反應(yīng)的特點(diǎn)[6]，用堿溶液將鋁箔溶解進(jìn)入溶液，過(guò)濾后得到正極活性物質(zhì)，進(jìn)一步酸浸提取有價(jià)元素。溶解鋁箔后的堿溶液，利用酸調(diào)節(jié)pH，使鋁以Al(OH)3的形式析出，從而實(shí)現(xiàn)鋁的回收[11121416]。堿浸法雖然簡(jiǎn)單，易于使正極材料與集流體分離，但在堿浸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢液，采用堿浸、再酸中和的方法也會(huì)造成大量的酸、堿消耗

7、，此外，無(wú)論采用鹽酸中和還是采用硫酸中和都會(huì)產(chǎn)生大量的氯化鈉和硫酸鈉。本研究針對(duì)正極活性物料與集流體鋁箔的分離，提出了循環(huán)堿浸—降溫結(jié)晶氫氧化鋁工藝。1試驗(yàn)原料與方法試驗(yàn)原料與方法1.1試驗(yàn)原料及試劑試驗(yàn)原料及試劑將廢舊鋰離子電池放電、手工拆解分選得到正極活性物質(zhì)及集流體鋁箔作為試驗(yàn)原料。主要成分（%）：Co43.18、Al7.82、Li6.21、Mn0.041、Ni0.06、Cu0.075、Fe0.086、Ca0.09。所用試劑氫氧化

8、鈉為化學(xué)純。收稿日期：收稿日期：20180830作者簡(jiǎn)介：作者簡(jiǎn)介：張永祿（1984)，男，甘肅古浪縣人，碩士研究生，高級(jí)工程師.doi：10.3969j.issn.10077545.2018.12.0062.1浸出液中初始鋁濃度對(duì)鋁浸出率的影響浸出液中初始鋁濃度對(duì)鋁浸出率的影響考察循環(huán)堿浸除鋁過(guò)程中循環(huán)母液中鋁的初始濃度對(duì)電池正極材料中鋁浸出率的影響。調(diào)整液固比，使得每次試驗(yàn)溶液中鋁的增加量約為10gL。試驗(yàn)條件：浸出溫度90℃、浸出

9、時(shí)間2h、視在NaOH濃度200gL、液固比LS=71(mLg)。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。當(dāng)初始鋁濃度在30gL以下時(shí)，初始鋁濃度對(duì)鋁的最終浸出率影響不大，但當(dāng)初始鋁濃度大于30gL以后，將嚴(yán)重影響鋁的浸出率。因此，當(dāng)單次浸出過(guò)程中鋁濃度增量為10gL時(shí)，循環(huán)母液中鋁的濃度應(yīng)該控制在30gL以下。102030405030405060708090100鋁浸出率%初始鋁濃度(gL1)圖2初始鋁濃度對(duì)鋁浸出率的影響初始鋁濃度對(duì)鋁浸出率的影響Fig

10、.2EffectofinitialAlconcentrationonAlextraction2.2浸出時(shí)間對(duì)鋁浸出率的影響浸出時(shí)間對(duì)鋁浸出率的影響在初始鋁濃度20gL、溫度90℃、視在NaOH濃度200gL、液固比LS=101(mLg)的條件下，浸出時(shí)間對(duì)鋁浸出率的影響如圖3所示?？梢?jiàn)，在2h以前隨浸出時(shí)間的延長(zhǎng)，鋁浸出率呈增加趨勢(shì)，反應(yīng)2h后，鋁浸出率達(dá)到93.3%。繼續(xù)增加反應(yīng)時(shí)間，鋁的浸出率基本保持不變。因此浸出時(shí)間選2h。012

11、345708090100鋁浸出率%時(shí)間h圖3時(shí)間對(duì)鋁浸出率的影響時(shí)間對(duì)鋁浸出率的影響Fig.3EffectofdurationonAlextraction2.3晶種加入量對(duì)晶種加入量對(duì)Al(OH)3結(jié)晶析出的影響結(jié)晶析出的影響在結(jié)晶溫度40℃、時(shí)間40h的條件下，考察晶種添加量對(duì)堿浸液中鋁結(jié)晶析出的影響，結(jié)果如表1所示?？梢?jiàn)，當(dāng)沒(méi)有晶種添加時(shí)，在試驗(yàn)條件下，浸出溶液中鋁幾乎不會(huì)結(jié)晶析出，當(dāng)溶液中鋁積累到一定程度后將影響鋁的浸出率。而當(dāng)在