一种酸性低共熔溶剂低温下浸出废旧锂电池中有价金属的方法

摘要

本发明属于废旧锂电池回收利用处理技术领域，具体涉及一种酸性低共熔溶剂低温下浸出废旧锂电池中有价金属的方法。该方法包括如下步骤：(1)将电池粉和酸性低共熔溶剂按照质量比1:20‑100加入密封反应瓶中；(2)将上述反应瓶在200‑500rpm的搅拌速率下加热至20‑100℃，保持2‑24h；(3)将(2)中反应液在4000‑10000rpm的速率下离心分离，转移出上层清液，即为有价金属的浸出液。本发明采用的酸性低共熔溶剂在低温条件下浸出电池粉中有价金属的方法，该方法能够快速提取出不同类型电池粉中的有价金属，其中对锂元素的提取率几乎达到100％，浸出温度低、浸出率高、工艺简单。

说明书

技术领域

本发明属于废旧锂电池回收利用处理技术领域，具体涉及一种酸性低共熔溶剂低温下浸出废旧锂电池中有价金属的方法。

背景技术

锂电池广泛应用于手提电子、电动工具、电动汽车以及太阳能系统的存储装置等社会各领域，指数级增长的需求量导致锂电池产量逐年攀升。由于锂电池使用循环寿命有限致使废旧锂电池的产生量也急剧上升，到2030年全球报废的锂电池将达到约1100万吨。废旧电池含有害的电解质和金属(Li、Co、Ni、Mn)以及有机粘结剂(PVDF、DMF)等，属于会严重破坏土壤和地下水的固体废料，而Li、Co等有价金属作为锂电池的原材料相对短缺、在自然界中蕴藏有限，这些因素使得废旧锂电池的回收再利用问题显得尤为紧迫。把废旧锂电池中多种有价金属进行清洁地有效回收，不仅对环境保护具有重要作用，还有极高的经济价值。

目前锂等贵重金属的回收主要采用火法和湿法两种方法。火法冶金是一种通过物理和化学转变来回收有价值金属的热处理过程。热法冶金工艺无法避免预处理工艺繁琐、能耗高、处理设备安全要求严格等问题，其中高温条件无法避免(通常为400℃以上)。湿法冶金由传统浸出法、生物冶金法、溶剂萃取法、沉淀法等组成。其中传统浸出工艺中，常用无机酸和有机浸出试剂作为浸出剂。无机酸如HCl，H

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种不使用强酸强碱从废旧锂电池的电池粉中一步、高效、绿色环保浸出有价金属的方法。本发明主要采用蒸汽压低、无毒性、可生物降解、溶解的酸性低共熔溶剂，来浸出废旧锂电池中的有价金属。该方法无需添加还原剂，能够在低温条件下，保持有价金属高效浸出率，并且能够回收再生，实现绿色环保的目的。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

一种酸性低共熔溶剂低温下浸出废旧锂电池中有价金属的方法，包括以下步骤：

(1)按比例将电池粉和酸性低共熔溶剂加入密封反应瓶中；所述的酸性低共熔溶剂为有机酸和氯化胆碱或者溴化胆碱所组成；

(2)将步骤(1)的反应瓶在一定的搅拌速率下加热至20-100℃，保持2-24h；

(3)将步骤(2)中的反应液在一定的速率下离心分离，转移出上层清液，即为有价金属的富集液。

步骤(1)中，所述的电池粉为锰酸锂、钴酸锂、钴镍锰酸锂、钴镍铝酸锂中的一种物质或几种物质的混合物。

步骤(1)中，所述的有机酸是指甲酸、草酸、乙酸、丙酸、丙二酸、柠檬酸或丁酸其中的一种或多种，且有机酸和氯化胆碱或者溴化胆碱的摩尔比为1:1～10。

步骤(1)中，所述的电池粉和酸性低共熔溶剂的质量比为1:20-1:100。

步骤(2)中，所述的搅拌速率为200-500rpm。

步骤(2)中，所述的加热方式为油浴或水浴加热。

步骤(3)中，所述的离心速率为4000-10000rpm。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明采用的一种酸性低共熔溶剂低温下浸出废旧锂电池中有价金属的方法，所使用的酸性低共溶剂在浸出废旧锂电池时，温度低于100℃，条件温和，时间较短，并且无需添加还原剂。

(2)本发明中采用的酸性低共熔溶剂对设备腐蚀性小。

(3)本发明中采用的酸性低共熔溶剂适用于多种废旧锂电池材料，并且浸出过程简单，一步即可实现，酸性低共熔溶剂不收其他共存有机质影响，可以再生回收。

附图说明

图1.甲酸型低共熔溶剂对锰酸锂中有价金属的温度-浸出率曲线；

图2.在不同水浴时间下乙酸型低共熔溶剂对钴酸锂中有价金属的时间-浸出率曲线。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。

实施例1

1)先称取0.5g锰酸锂电池粉，加入密封反应瓶中；再称取25g甲酸型低共熔溶剂加入密封反应瓶中(甲酸型低共熔溶剂的组成是摩尔比为1:2的纯甲酸和氯化胆碱)；

2)在转速为200rpm的搅拌下，在不同温度下的油浴中30-80℃反应10h；

3)将反应完成后的反应液在离心转速为4000rpm的条件下离心分离，回收液相即为锂浸出液。

从图1可以看出，甲酸型低共熔溶剂对锂和锰的浸出率随着温度的升高而增大，70℃时锂的浸出率达到99％，锰的浸出率达到98％。

实施例2

1)先称取0.1g钴酸锂电池粉，加入密封反应瓶中；再称取5g乙酸型低共熔溶剂加入密封反应瓶中(乙酸型低共熔溶剂的组成是摩尔比为1:4的乙酸和溴化胆碱)；

2)在转速为500rpm的搅拌下，在70℃下的水浴中反应不同的时间；

3)将反应完成后的反应液在离心转速为8000rpm的条件下离心分离，回收液相即为有价金属的浸出液。

从图2可以看出，乙酸型低共熔溶剂对锂和钴的浸出率随着水浴时间的增加而增加，12h时锂的浸出率达到97％，钴的浸出率达到86％。