鈷酸鋰廢電池正極材料的浸出方法
【專利摘要】本發明介紹的鈷酸鋰廢電池正極材料的浸出方法是將從鈷酸鋰廢電池中分離出的并經焙燒預處理得到的正極材料和木屑加入耐壓、耐硫酸和硝酸腐蝕的反應釜中，加入硫酸和硝酸的混合溶液，并在密閉條件下進行攪拌浸出。
【專利說明】鈷酸鋰廢電池正極材料的浸出方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鈷酸鋰廢電池正極材料的一種浸出方法。
【背景技術】
[0002]鈷酸鋰電池是一類廣泛使用的電池，該電池使用報廢后將產生大量廢電池。由于這類電池含有大量重金屬，若棄入環境，將對環境產生很大的直接和潛在危害。鈷酸鋰廢電池正極材料主要含鈷、鋰、銅和鋁，其中鈷、鋰和銅三者的總含量大于60%，很具回收價值。目前從鈷酸鋰廢電池正極材料中回收鈷、鋰和銅的工藝主要有火法工藝和濕法工藝。火法工藝得到的產品為合金材料，很難獲得較純的鈷、鋰和銅。濕法工藝比較容易得到較純的鈷、鋰和銅。浸出是濕法工藝中必不可少的一個過程。目前鈷酸鋰廢電池正極材料的浸出方法主要有鹽酸浸出法、硫酸浸出法、硝酸浸出法和混酸(硫酸加硝酸)浸出法。鹽酸浸出法，設備腐蝕大，酸霧產生量大而污染環境。硫酸浸出法消耗較昂貴的還原劑(如雙氧水等)。硝酸浸出法的硝酸消耗量大，而且會產生大量氮氧化物，污染環境。所有的濕法工藝都存在如何經濟地提高浸出速度、提高金屬浸出率、降低酸耗和其它輔料消耗的問題。雖然硝酸加工業純氧浸出法和混酸加工業純氧浸出法較好地解決了上述問題，但浸出設備較復雜，而且廢電池浸出所需工業純氧量不大，廢電池處理企業就地生產工業純氧自用不經濟，工業純氧的儲存、運輸和使用比較麻煩。開發設備腐蝕小、浸出速度快、浸出率高、酸耗和其它輔料消耗低、使用方便、基本無環境污染的鈷酸鋰廢電池正極材料的浸出方法具有較大實用價值。

【發明內容】

[0003]針對目前鈷酸鋰廢電池正極材料浸出的問題，本發明的目的是尋找一種金屬浸出率高，浸出速度快，浸出率高，酸耗和其它輔料消耗低，使用方便，不用昂貴還原劑，基本無環境污染的鈷酸鋰廢電池正極材料的浸出方法，其特征在于將從鈷酸鋰廢電池中分離出的并經焙燒預處理得到的正極材 料和< 1.5mm的木屑加入耐壓、耐硫酸和硝酸腐蝕的反應釜中，加入硫酸和硝酸的混合溶液，并在密閉條件下進行攪拌浸出。浸出結束后進行液固分離，得到所需浸出溶液。反應溫度為60°C~80°C，浸出的硫酸初始濃度為lmol/L~4mol/L,硝酸的初始濃度為5g/L~10g/L浸出時間為2h~4h,浸出過程進行攪拌,攪拌速度為30r/min~120r/min。硫酸加入量為加入反應容器的正極材料中全部金屬浸出的硫酸理論消耗量的110%~140%。木屑的加入量以干基計為正極材料中LiCoO2質量的90%~120%。
[0004]本發明的目的是這樣實現的:在密閉并有木屑和硝酸存在的條件下，硫酸浸出經焙燒預處理后的鈷酸鋰廢電池正極材料(材料中的鈷和鋰以鈷酸鋰形式存在，銅和鋁主要呈金屬氧化物形態)時，浸出過程發生如下主要化學反應:
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
Al2O3 + 3H2S04 = 3A12 (SO4) 3 + 3H20
nC6H1005 + nH2S04 =n (C5H11O5) HSO4
n (C5H11O5) HSO4 + nH20 = nC6H1206 + nH2S04C6H12O6 + 8HNO3 = 8N0 + 6C02 + IOH2O
nC6H1005 + 8nHN03 = 8nN0 + 6nC02 + 9nH20
6LiCo02 + 9H2S04 + 2N0 = 6CoS04 + 3Li2S04 + 2HN03 + 8H20
鈷酸鋰的總反應為:
24nLiCo02 + nC6H1005 + 36nH2S04 = 24nCoS04 + 12nLi2S04 + 6nC02 + 4 InH2O木屑中的其它有機物也與硝酸反應生成NO、CO2和H2O,生成的NO與LiCoO2和H2SO4按前述反應生成 CoSO4、Li2S04、HN0jPH20。
[0005]由于硝酸與木屑的反應速度較快，產生的NO與LiCoO2的反應也較快，由此加快整個浸出過程，并實現LiCoO2較完全浸出。NO可以徹底破壞正極材料中高價氧化物的層狀結構，提高有價金屬的浸出率。
[0006]相對于現有方法，本發明的突出優點是采用木屑作還原劑，硝酸作浸出加速劑浸出鈷酸鋰廢電池正極材料，反應速度快，反應酸度較低，硫酸和還原劑的消耗量小，并且木屑便宜；正極材料中高價氧化物的層狀結構破壞徹底，可提高金屬浸出率；浸出液后續處理中不需要中和大量的酸，成本較低；浸出液后續處理中產生的廢棄物量少，降低了污染治理費用，具有明顯的經濟效益和環境效益；過程在密閉條件下進行，避免了 NO逸出產生的環境污染。
[0007]具體實施方法
實施例1:將100g鈷酸鋰廢電池正極材料(含鈷53.6%，鋰5.3%、銅8.2%、鋁3.4%)和(1.5mm木屑30g加入容積為2L的襯鈦壓力反應釜中，加入硫酸濃度為1.5mol/L、硝酸濃度為5g/L的混酸溶液1180m`l，在60°C~70°C下密閉攪拌(攪拌速度80r/min)浸出4.0h,浸出結束后進行液固分離，得到1160ml浸出溶液(不含浸出渣洗滌水)。鈷、鋰、銅和鋁的浸出率分別為99.0%、99.3%,98.5%和98.8% (按進入浸出溶液和浸出渣洗滌液中的鈷、鋰、銅和鋁計算)。
[0008]實施例2:將500g鈷酸鋰廢電池正極材料(含鈷53.6%，鋰5.3%、銅8.2%、鋁
3.4%) ( 1.5mm木屑190g加入容積為5L的襯鈦壓力反應釜中，加入硫酸濃度為3.0mol/L、硝酸濃度為10g/L的混酸溶液3500ml，在70°C~80°C下密閉攪拌(攪拌速度70r/min)浸出2h，浸出結束后進行液固分離，得到3300ml浸出溶液(不含浸出渣洗滌水)，鈷、鋰、銅和鋁的浸出率分別為99.3%,99.5%,99.0%和98.7%(按進入浸出溶液和浸出渣洗滌液中的鈷、鋰、銅和鋁計算)。
【權利要求】
1.一種鈷酸鋰廢電池正極材料的浸出方法，其特征在于將從鈷酸鋰廢電池中分離出的并經焙燒預處理得到的正極材料和< 1.5mm的木屑加入耐壓、耐硫酸和硝酸腐蝕的反應釜中，加入硫酸和硝酸的混合溶液，并在密閉條件下進行攪拌浸出，浸出結束后進行液固分離，得到所需浸出溶液，反應溫度為60°C~80°C，浸出的硫酸初始濃度為lmol/L~4mol/L,硝酸的初始濃度為5g/L~10g/L浸出時間為2h~4h,浸出過程進行攪拌,攪拌速度為30r/min~120r/min,硫酸加入量為加入反應容器的正極材料中全部金屬浸出的硫酸理論消耗量的110%~140%，木屑的加入量 以干基計為正極材料中LiCoO2質量的90%~120%。
【文檔編號】C22B23/00GK103757399SQ201310736601
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月29日 優先權日:2013年12月29日
【發明者】龍炳清, 秦丹, 曹攀 申請人:四川師范大學