本發(fā)明屬于二次資源回收利用和循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種含鎳、鈷廢電池和含銅電子廢棄物協(xié)同回收金屬的方法。

背景技術(shù)：

隨著全球石油儲量的日益耗盡和環(huán)境的不斷惡化，新能源汽車將成為未來汽車的發(fā)展方向。伴隨新能源汽車銷量的快速上升，動力電池回收成為擺在整個行業(yè)面前的一個重要命題。新能源汽車銷量的暴漲必然隨之帶來動力電池報廢量猛增。廢舊鋰電池特別是動力鋰電池回收循環(huán)利用將成為新興產(chǎn)業(yè)，廢舊鋰電池的回收不僅可以帶來巨大的環(huán)境效益，同時將帶來可觀的經(jīng)濟效益和社會效益，降低新能源汽車成本，為新能源汽車的普及起到正面積極效應。

目前，廢舊鋰離子電池的回收技術(shù)包括濕法、火法及濕法與火法相結(jié)合等工藝。相較于火法回收工藝，濕法回收工藝更加成熟，金屬收得率高，因此得到了較好的應用。例如，專利號cn102676827a的專利公布了通過溶劑超聲處理、酸浸氧化的工藝回收鎳鈷錳復合碳酸鹽的一套工藝。專利號為cn101599563a的專利通過改進酸浸和堿性調(diào)節(jié)的方法，獲得了銅、鋁等有價金屬材料。濕法和火法相結(jié)合的工藝特點是可以直接得到高值產(chǎn)品，因此也獲得了較多的關(guān)注，如cn105048020a公布了一種廢舊鋰電池為原料制備鋰摻雜鈷鐵氧體材料的方法，通過酸浸和和微波爐中高溫焙燒的方法最終獲得鈷鐵氧體材料。專利號為cn103199230a的專利公布了一種從廢舊鋰電池為原料逆向回收鎳錳酸鋰的工藝，通過使用醋酸鹽絡合劑和電解的方法獲得鎳錳氧化物，并配入鋰源煅燒得到鎳錳酸鋰。專利號為cn103400965a的專利公布了一種廢舊鋰離子電池為原料逆向回收制備鎳鈷酸鋰的工藝，采用與專利cn103199230a相似工藝獲得鎳鈷酸鋰。專利號為cn104362408a的專利公布了一種磷酸鐵鋰電池中磷酸鐵鋰廢料的回收再利用方法，通過高溫燒結(jié)并配入有機潤濕劑得到磷酸鐵鋰正極材料。廢舊電子產(chǎn)品中銅金屬的回收依賴于火法提取和電化學精煉的工藝，技術(shù)相對成熟并已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化。如專利cn105154919a所述，一般包括造渣除鐵的高溫銅提取和電解提純工藝。其他回收銅的工藝包括濕法萃取或者直接高溫分離等，如cn101463427和cn102851513a。

廢舊含銅電子廢棄物的回收技術(shù)已經(jīng)相對成熟，然而國內(nèi)還沒有真正實現(xiàn)廢舊鋰離子電池的工業(yè)化回收。其限制因素包括成本高、回收獲得的產(chǎn)品純度低、伴隨二次污染等。目前流行的濕法浸出、火法回收方法，一般存在流程長、工藝復雜等特點，不符合循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展理念，因此至今并沒有實現(xiàn)大規(guī)模電池回收產(chǎn)業(yè)鏈。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有廢舊電池和電子廢棄物回收技術(shù)存在的不足，為了避免濕法浸出效率低、流程長、伴隨廢液產(chǎn)生、二次污染等問題，本發(fā)明開創(chuàng)性的提供一種含鎳、鈷廢電池和含銅電子廢棄物協(xié)同回收金屬的方法。所述方法結(jié)合成熟的含銅電子廢棄物的回收技術(shù)，并將廢舊電池作為混料進行處理。將初步破碎及富集金屬元素的廢電池和含銅電子廢棄物混合，配入造渣劑和一定配比的還原劑，在高溫下進行氧化還原反應。反應過程中相對活潑的金屬鐵、鋁等形成氧化物進入上層渣相，金屬鈷和鎳則進入底層的銅液。金屬相與渣相分離，得到含有銅、鈷、鎳的金屬，進一步通過電解精煉分別回收銅、鈷、鎳等高純度金屬。該發(fā)明流程短、采用高溫火法冶金協(xié)同回收電池和電子廢棄物中的有價金屬，避免了傳統(tǒng)廢舊電池濕法回收效率低、污染環(huán)境、需要使用大量浸出液、大量消耗酸和堿的問題，為廢三元電池和電子廢棄物資源回收提供了高效的新型回收途徑，具有良好的工業(yè)應用前景。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種含鎳、鈷廢電池和含銅電子廢棄物協(xié)同回收金屬的方法，其包括以下步驟：

（1）將含鎳、鈷廢舊電池破碎及物理分選，得到含鎳、鈷的富集物料；

（2）步驟（1）所得含有鎳、鈷的富集物料與含銅的電子廢棄物混合；

（3）步驟（2）所得廢舊電池和含銅電子廢棄混合物料進行中高溫熔煉，配入造渣劑和還原劑，得到含銅、鈷、鎳金屬和渣相；

（4）步驟（3）所得金屬和渣相分離；

（5）步驟（4）所得金屬進行電解精煉，分別回收銅、鈷、鎳金屬。

步驟（1）將含鎳、鈷廢舊電池破碎及物理分選；

優(yōu)選的，通過機械破碎將電池正極材料破碎為1~20mm×1~20mm的碎片；

優(yōu)選的，將電池正極材料破碎為5~15mm×5~15mm的碎片。

步驟（1）通過重力分選、旋流或浮選的方法，獲得富集鎳和鈷的正極材料碎片。

步驟（2）所得含有鎳、鈷的富集物料與含銅的電子廢棄物混合；

優(yōu)選的，鎳+鈷與銅質(zhì)量比為1:0.1~100；

進一步，優(yōu)選為1:0.1~50。

步驟（3）所得廢舊電池和含銅電子廢棄混合物料進行中高溫熔煉，配入造渣劑和還原劑，得到含銅、鈷、鎳金屬液和含有鐵、鋁的渣相；

優(yōu)選的，中高溫熔煉溫度為800~1400℃；

優(yōu)選的，造渣劑為氧化鎂、氧化鈣、氧化鋁或氧化硅以及相關(guān)礦物和/或組合，其中各組分濃度應控制在一定范圍內(nèi)以保證在熔煉溫度下液態(tài)渣質(zhì)量分數(shù)>95%；

優(yōu)選的，還原劑為焦炭、活性炭、天然氣、塑料中的一種或幾種組合；

優(yōu)選的，熔煉時間為0.1~6h。

步驟（4）將所得金屬和渣相分離；

優(yōu)選的，所述金屬和渣相的分離可在高溫下通過扒渣，或者降溫后以機械分離的方式實現(xiàn)。

步驟（5）所得金屬進行電解精煉，分別回收銅、鈷、鎳金屬；

優(yōu)選的，所得金屬可制成金屬片，通過電解精煉分別回收得到高純的銅、鈷、鎳等金屬產(chǎn)品。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

（1）本發(fā)明采用火法冶金的方法，通過含鎳、鈷廢電池與含銅電子廢棄物的協(xié)同處理，獲得高純度的銅、鈷、鎳金屬。避免了濕法冶金所具有的效率低、流程長、需要多種浸出液、及大量產(chǎn)生廢液的問題；

（2）通過添加造渣劑和還原劑，將貴重金屬富集在金屬中，而相對較活潑的鐵和鋁元素進入渣相，然后通過電解精煉，獲得高純金屬產(chǎn)品，雜質(zhì)含量低。該工藝流程短、效率高，可以獲得高純度銅、鈷、鎳，具有極大的市場推廣前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種含鎳、鈷廢電池和含銅電子廢棄物協(xié)同回收金屬的方法工藝流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。領(lǐng)域的技術(shù)人員應該明了，所述的實施例僅僅是幫助理解本發(fā)明，不應視為對本發(fā)明的具體限制。

一種含鎳、鈷廢電池和含銅電子廢棄物協(xié)同回收金屬的方法，如圖1所示，優(yōu)選的工藝包括如下步驟：

（1）將含有鎳鈷三元電池正極材料破碎為5~15mm×5~15mm的碎片，通過重力分選、旋流、浮選等方法，獲得富集鎳和鈷的正極材料碎片；

（2）含有鎳、鈷的富集物料與含銅的電子廢棄物混合，鎳+鈷與銅質(zhì)量比為1:0.1~50；

（3）廢舊電池和含銅電子廢棄混合物料在熔煉溫度為900~1400℃下進行熔煉，配入造渣劑和還原劑。造渣劑為氧化鎂、氧化鈣、氧化鋁、氧化硅以及相關(guān)礦物和/或組合，其中各組分濃度應控制在一定范圍內(nèi)以保證在熔煉溫度下液態(tài)渣質(zhì)量分數(shù)>95%。還原劑為焦炭、活性炭、塑料等的一種或幾種組合。熔煉時間為0.1~6h，得到含銅、鈷、鎳金屬和渣相。加入造渣劑和還原劑，得到含銅、鈷、鎳金屬液和含有鐵、鋁的渣相；

（4）分離所得的金屬和渣相。分離可通過高溫下扒渣，或者降溫后機械分離等方式實現(xiàn)；

（5）所得金屬可制成金屬片，通過電解精煉分別回收得到高純的銅、鈷、鎳等金屬。

實施例

本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例，基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)新性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。

實施例1

將鎳鈷廢電池破碎為5~15mm×5~15mm的碎片，進行重力分選得到含1kg鎳、鈷富集物料，并與2kg含銅電子廢棄物混合。將混料裝入石墨坩堝，由感應爐加熱至1100℃，待溫度穩(wěn)定后加入200g鈣鋁硅造渣劑和20g活性炭混合藥劑，其中cao：al2o3：sio2質(zhì)量比為40:30:30。熔煉時間為1小時，輔以機械、氣體或電磁攪拌以協(xié)助鐵和鋁元素進入渣相、去除有害雜質(zhì)。熔煉結(jié)束后將坩堝冷卻至室溫，通過機械分離獲得取出含有銅、鎳、鈷的金屬。將所得金屬切割為薄片，進行電解精煉分別獲得高純的銅、鎳、鈷金屬。

實施例2

將鎳鈷鋁酸鋰三元鋰電池破碎為5~15mm×5~15mm的碎片，進行重力分選得到含2kg鎳、鈷富集物料，并與5kg含銅電子廢棄物混合。將混料裝入石墨坩堝，由感應爐加熱至1200℃，待溫度穩(wěn)定后加入200g鈣鋁硅造渣劑和60g活性炭混合藥劑，其中cao：al2o3：sio2質(zhì)量比為60:25:25。熔煉時間為1小時，輔以機械、氣體或電磁攪拌以增加鐵和鋁元素進入渣相、去除有害雜質(zhì)。高溫下扒渣，得到含有銅、鎳、鈷的金屬。將所得金屬切割為薄片，進行電解精煉獲得高純銅、鎳、鈷金屬。

實施例3

將鎳鈷錳酸鋰三元鋰電池破碎為5~15mm×5~15mm的碎片，進行重力分選得到含2kg鎳、鈷富集物料，并與2kg含銅電子廢棄物混合。將混料裝入石墨坩堝，由感應爐加熱至950℃，待溫度穩(wěn)定后加入200g鈣鋁硅造渣劑和60g活性炭混合藥劑，其中cao：al2o3：sio2質(zhì)量比為60:20:20。熔煉時間為1小時，輔以機械攪拌以增加鐵和鋁元素進入渣相、去除有害雜質(zhì)。熔煉結(jié)束后將坩堝冷卻至室溫，通過機械分離獲得取出含有銅、鎳、鈷的金屬。將所得金屬切割為薄片，進行電解精煉獲得高純銅、鎳、鈷金屬。

申請人聲明，本發(fā)明通過上述實施例來說明本發(fā)明的工藝方法，但本發(fā)明并不局限于上述工藝步驟，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述工藝步驟才能實施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應該明了，對本發(fā)明的任何改進，對本發(fā)明所選用原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護范圍和公開范圍之內(nèi)。