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.北京礦冶科技集團有限公司，北京100160；2.北京科技大學(xué)，北京100083）摘要：摘要：針對鋰離子電池正極材料活性物質(zhì)與集流體鋁箔的分離問題，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℃、浸出時間2h，降溫結(jié)晶段溫度40℃，時間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：中圖分類號：TF821文獻標(biāo)志碼：文獻標(biāo)志碼：A文章編號：文章編號：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、安全性好以及無記憶效應(yīng)等諸多優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于移動通訊、筆記本電腦、便攜式工具、電動自行車等領(lǐng)域[13]。隨著大量鋰離子電池的生產(chǎn)、使用和報廢，鋰離子電池的回收和再利用問題已經(jīng)成為全行業(yè)關(guān)注的焦點。在對廢舊鋰離子電池回收之前，需要對廢電池進行放電、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)和鋁箔同時酸溶，然后在溶液中除鋁。也有的是先對鋁箔和活性物質(zhì)進行分離，然后再對分離后的活性物質(zhì)進行酸浸。正極活性物質(zhì)與鋁箔集流體的分離方法主要有有機溶劑溶解法[8]、高溫?zé)岱纸夥╗910]、堿浸法[21112]和機械分離法[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[6]，用堿溶液將鋁箔溶解進入溶液，過濾后得到正極活性物質(zhì)，進一步酸浸提取有價元素。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，從而實現(xiàn)鋁的回收[11121416]。堿浸法雖然簡單，易于使正極材料與集流體分離，但在堿浸過程中會產(chǎn)生大量的廢液，采用堿浸、再酸中和的方法也會造成大量的酸、堿消耗

7、，此外，無論采用鹽酸中和還是采用硫酸中和都會產(chǎn)生大量的氯化鈉和硫酸鈉。本研究針對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試驗原料與方法試驗原料與方法1.1試驗原料及試劑試驗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作者簡介：作者簡介：張永祿（1984)，男，甘肅古浪縣人，碩士研究生，高級工程師.doi：10.3969j.issn.10077545.2018.12.0062.1浸出液中初始鋁濃度對鋁浸出率的影響浸出液中初始鋁濃度對鋁浸出率的影響考察循環(huán)堿浸除鋁過程中循環(huán)母液中鋁的初始濃度對電池正極材料中鋁浸出率的影響。調(diào)整液固比，使得每次試驗溶液中鋁的增加量約為10gL。試驗條件：浸出溫度90℃、浸出

9、時間2h、視在NaOH濃度200gL、液固比LS=71(mLg)。試驗結(jié)果如圖2所示。當(dāng)初始鋁濃度在30gL以下時，初始鋁濃度對鋁的最終浸出率影響不大，但當(dāng)初始鋁濃度大于30gL以后，將嚴重影響鋁的浸出率。因此，當(dāng)單次浸出過程中鋁濃度增量為10gL時，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初始鋁濃度對鋁浸出率的影響初始鋁濃度對鋁浸出率的影響Fig

10、.2EffectofinitialAlconcentrationonAlextraction2.2浸出時間對鋁浸出率的影響浸出時間對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，浸出時間對鋁浸出率的影響如圖3所示?？梢?，在2h以前隨浸出時間的延長，鋁浸出率呈增加趨勢，反應(yīng)2h后，鋁浸出率達到93.3%。繼續(xù)增加反應(yīng)時間，鋁的浸出率基本保持不變。因此浸出時間選2h。012

11、345708090100鋁浸出率%時間h圖3時間對鋁浸出率的影響時間對鋁浸出率的影響Fig.3EffectofdurationonAlextraction2.3晶種加入量對晶種加入量對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℃、時間40h的條件下，考察晶種添加量對堿浸液中鋁結(jié)晶析出的影響，結(jié)果如表1所示?？梢姡?dāng)沒有晶種添加時，在試驗條件下，浸出溶液中鋁幾乎不會結(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