鎳鈷錳酸鋰廢電池正負(fù)極混合材料的浸出方法
【專利摘要】本發(fā)明介紹的鎳鈷錳酸鋰廢電池正負(fù)極混合材料的浸出方法是將從鎳鈷錳酸鋰廢電池中分離出的并經(jīng)焙燒預(yù)處理得到的正負(fù)極混合材料和不含苯環(huán)類物質(zhì)的高濃度有機(jī)廢水加入耐壓、耐硫酸和硝酸腐蝕的反應(yīng)釜中，加入硫酸和硝酸的混合溶液，并在密閉條件下進(jìn)行攪拌浸出。
【專利說(shuō)明】鎳鈷錳酸鋰廢電池正負(fù)極混合材料的浸出方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鎳鈷錳酸鋰廢電池正負(fù)極混合材料的一種浸出方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎳鈷錳酸鋰電池(正負(fù)極混合材料含的主要金屬元素為鎳、鈷、錳、鋰的電池)是一類新型電池，該電池使用報(bào)廢后將產(chǎn)生大量廢電池。由于這類電池含有大量重金屬，若棄入環(huán)境，將對(duì)環(huán)境產(chǎn)生很大的直接和潛在危害。鎳鈷錳酸鋰電池正負(fù)極混合材料主要含鎳、鈷、鋰、銅、鋁和錳，其中鎳、鈷和鋰的總含量高達(dá)50%以上，很具回收價(jià)值。目前從鎳鈷錳酸鋰廢電池正負(fù)極混合材料中回收鈷、鋰和銅的工藝主要有火法工藝和濕法工藝?；鸱üに嚨玫降漠a(chǎn)品為合金材料，很難獲得較純的鎳、鈷和鋰。濕法工藝比較容易得到較純的鎳、鈷和鋰。浸出是濕法工藝中必不可少的一個(gè)過(guò)程。目前鎳鈷錳酸鋰廢電池正負(fù)極混合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(shè)備腐蝕大，酸霧產(chǎn)生量大而污染環(huán)境。硫酸浸出法消耗較昂貴的氧化劑(如雙氧水等)。硝酸浸出法的硝酸消耗量大，而且會(huì)產(chǎn)生大量氮氧化物，污染環(huán)境。所有的濕法工藝都存在如何經(jīng)濟(jì)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(wèn)題。雖然硝酸加工業(yè)純氧浸出法和混酸加工業(yè)純氧浸出法較好地解決了上述問(wèn)題，但浸出設(shè)備較復(fù)雜，而且廢電池浸出所需工業(yè)純氧量不大，廢電池處理企業(yè)就地生產(chǎn)工業(yè)純氧自用不經(jīng)濟(jì)，工業(yè)純氧的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用比較麻煩。開發(fā)設(shè)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(wú)環(huán)境污染的鎳鈷錳酸鋰廢電池正負(fù)極混合材料的浸出方法具有較大實(shí)用價(jià)值。
[0003]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)目前鎳鈷錳酸鋰廢電池正負(fù)極混合材料浸出的問(wèn)題，本發(fā)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(wú)環(huán)境污染的鎳鈷錳酸鋰廢電池正負(fù)極混合材料的浸出方法，其特征在于將從鎳鈷錳酸鋰廢電池中分離出的并經(jīng)焙燒預(yù)處理得到的正負(fù)極混合材料和不含苯環(huán)類物質(zhì)的高濃度有機(jī)廢水加入耐壓、耐硫酸和硝酸腐蝕的反應(yīng)釜中，加入硫酸和硝酸的混合溶液，并在密閉條件下進(jìn)行攪拌浸出。浸出結(jié)束后進(jìn)行液固分離，得到所需浸出溶液。反應(yīng)溫度為50°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~IOg/L。用于浸出的高濃度有機(jī)廢水中的C0D&濃度> 30000mg/L。浸出時(shí)間為2h~4h，浸出過(guò)程進(jìn)行攪拌，攪拌速度為30r/min~120r/min。硫酸加入量為加入反應(yīng)容器的正負(fù)極混合材料中全部金屬浸出的硫酸理論消耗量的110%~140%。CODcr的加入量為正負(fù)極混合材料中鎳、鈷、錳總質(zhì)量的17%~22%，高濃度有機(jī)廢水的加入量按此計(jì)算加入。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:在密閉并有高濃度有機(jī)廢水和硝酸存在的條件下，硫酸浸出經(jīng)焙燒預(yù)處理后的鎳鈷錳酸鋰廢電池正負(fù)極混合材料(材料中的金屬元素呈氧化物形態(tài))時(shí)，Ni203、Co2O3和Mn2O3的氧化還原反應(yīng)可用下面通式表示:
3 (C-HxOy)m + 4mHN03 = 4mN0 + 3mC02 + ζΗ20
3Ni203 + 6H2S04 + 2N0 = 6NiS04 + 2HN03 + 5H20
3Co203 + 6H2S04 + 2N0 = 6CoS04 + 2HN03 + 5H20
3Mn203 + 6H2S04 + 2N0 = 6MnS04 + 2HN03 + 5H20
總反應(yīng)為:
(C-HxOy)m + 2mNi203 + 4mH+ = 4mNi2+ + mC02 + zH20
(C-HxOy)m + 2mCo203 + 4mH+ = 4mCo2+ + mC02 + zH20
(C-HxOy)m + 2mMn203 + 4mH+ = 4mMn2+ + mC02 + zH20
其它氧化物發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng):
NiO + H2SO4 = NiSO4 + H2O
CoO + H2SO4 = CoSO4 + H2O
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
Al2O3 + 3H2S04 = Al2(SO4)3 + 3H20
Li2O + H2SO4 = Li2SO4 + H2O
由于硝酸與高濃度有機(jī)廢水中的有機(jī)物反應(yīng)速度較快，產(chǎn)生的NO與Ni2O3、Co2O3和Mn2O3的反應(yīng)也較快，由此加快整個(gè)浸出過(guò)程，并實(shí)現(xiàn)鎳、鈷、錳較完全浸出。NO可以徹底破壞正負(fù)極混合材料中高價(jià)氧化物的層狀結(jié)構(gòu)，提高有價(jià)金屬的浸出率。
[0006]相對(duì)于現(xiàn)有方法 本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是采用不含苯環(huán)類物質(zhì)的高濃度有機(jī)廢水還原劑，硝酸作浸出加速劑浸出鎳鈷錳酸鋰廢電池正負(fù)極混合材料，反應(yīng)速度快，反應(yīng)酸度較低，硫酸和還原劑的消耗量小；正負(fù)極混合材料中高價(jià)氧化物的層狀結(jié)構(gòu)破壞徹底，可提高金屬浸出率；利用高濃度有機(jī)廢水作氧化劑，不僅為高濃度有機(jī)廢水的治理開辟了一條新的途徑，而且可以降低鎳鈷錳酸鋰廢電池正負(fù)極混合材料的浸出成本，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益；浸出液后續(xù)處理中不需要中和大量的酸，成本較低；過(guò)程在密閉條件下進(jìn)行，避免了 NO逸出產(chǎn)生的環(huán)境污染。
[0007]具體實(shí)施方法
實(shí)施例1:將100g鎳鈷錳酸鋰廢電池正負(fù)極混合材料(含鎳14.5%、鈷20.3%、鋰17.5%、鋁2.2%、銅2.5%、錳12.9%)和165mL酒精生產(chǎn)廢水(含C0D&50000mg/L)與硫酸和硝酸配制的硫酸濃度為1.5mol/L、硝酸濃度為5g/L的混酸溶液1650ml加入容積為2L的襯鈦壓力反應(yīng)釜中，在50°C~60°C下密閉攪拌(攪拌速度80r/min)浸出4h，浸出結(jié)束后進(jìn)行液固分離，得到1600ml浸出溶液(不含浸出渣洗滌水)。鎳、鈷、鋰、銅、鋁和錳的浸出率分別為99.4%、
99.2%,99.4%,99.0%、98.6%和99.2% (按進(jìn)入浸出溶液和浸出渣洗滌液中的鎳、鈷、鋰、銅、鋁和錳計(jì)算)。
[0008]實(shí)施例2:將300g鎳鈷錳酸鋰廢電池正負(fù)極混合材料(含鎳14.5%、鈷20.3%、鋰17.5%、鋁2.2%、銅2.5%、錳12.9%)和340mL淀粉生產(chǎn)濃縮廢水(含C0D&90000mg/L)與硫酸和硝酸配制的硫酸濃度為3mol/L、硝酸濃度為10g/L的混酸溶液3000ml加入容積為5L的襯鈦壓力反應(yīng)釜中，在70°C~80°C下密閉攪拌(攪拌速度70r/min)浸出2h，浸出結(jié)束后進(jìn)行液固分離，得到2800ml浸出溶液(不包括浸出渣洗滌水)。鎳、鈷、鋰、銅、鋁和錳的浸出率分別為99.6%,99.4%,99.7%,99.1%、98.5%和99.4% (按進(jìn)入浸出溶液和浸出渣洗滌液中的鎳、鈷、鋰、銅、鋁和`錳計(jì)算)。
【權(quán)利要求】
1.一種鎳鈷錳酸鋰廢電池正負(fù)極混合材料的浸出方法，其特征是將從鎳鈷錳酸鋰廢電池中分離出的并經(jīng)焙燒預(yù)處理得到的正負(fù)極混合材料和不含苯環(huán)類物質(zhì)的高濃度有機(jī)廢水加入耐壓、耐硫酸和硝酸腐蝕的反應(yīng)釜中，加入硫酸和硝酸的混合溶液，并在密閉條件下進(jìn)行攪拌浸出，浸出結(jié)束后進(jìn)行液固分離，得到所需浸出溶液，反應(yīng)溫度為50°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，用于浸出的高濃度有機(jī)廢水中的C0D&濃度> 30000mg/L,浸出時(shí)間為2h~4h，浸出過(guò)程進(jìn)行攪拌，攪拌速度為30r/min~120r/min,硫酸加入量為加入反應(yīng)容器的正負(fù)極混合材料中全部金屬浸出的硫酸理論消耗量的110%~140%，CODcr的加入量為正負(fù)極混合材料中鎳、鈷、錳總質(zhì)量的17%~22%，高濃度有機(jī)廢水的加`入量按此計(jì)算加入。
【文檔編號(hào)】C22B7/00GK103757298SQ201310736485
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月29日
【發(fā)明者】龍炳清, 陳建文, 鄧國(guó)海 申請(qǐng)人:四川師范大學(xué)