氢还原-水浸工艺回收废旧三元锂离子电池中锂的试验研究
发布时间：2021-02-28 21:15
针对当前废旧三元锂离子电池回收过程中有价元素锂回收率低的问题,中国恩菲提出了氢还原-水浸新工艺,利用氢气还原正极材料中的高价镍钴锰,解离活化其中的锂,通过水浸分离回收锂,将镍钴锰留在渣中,实现了锂与镍钴锰的分离,与传统锂回收工艺相比取得了技术性突破。该工艺最佳工艺参数:氢还原过程为氢还原时间1 h,温度500℃;水浸过程为液固比5∶1,温度80℃,时间40 min。最佳工艺参数条件下,锂的回收率可以达到95.8%,将未经净化除杂处理的水浸出液蒸发结晶后可以制备出纯度为95.4%的氢氧化锂产品。
【文章来源】：中国有色冶金. 2020,49(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
氢还原反应过程中的标准反应吉布斯自由能变化随温度的关系
从图2可以看出，当还原温度为400℃时，还原前后的物相没有变化，说明当还原温度较低时，正极活性物质反应过程较慢甚至没有被还原。当温度提高至450℃时，还原渣中Li(Ni CoMn)O2的衍射峰消失，表明Li(Ni CoMn)O2被还原，MnO、Ni/Co和Ni O/CoO(由于金属Co和金属Ni、CoO和Ni O的衍射峰位置相似)的衍射峰出现，表明还原进行得不彻底，并没有将Ni O/CoO完全还原成金属单质Ni/Co，这时的产物为MnO、Ni/Co和Ni O/CoO。由于Li的含量较少等原因，并没有检测到明显的衍射峰。当还原温度升高至500℃时，还原产物的衍射峰与450℃的衍射峰相似，但此时Ni O/CoO的衍射峰强度不高，表明升高温度还原速率较快，还原产物中的Ni O/CoO含量降低。因此，H2还原温度高于450℃即可满足Li(Ni CoMn)O2被还原而使Li被解离的要求。分别将400℃、450℃、500℃温度下得到的还原渣，在液固比10∶1、温度80℃、搅拌充分的条件下，使用水作为浸出剂，浸出1 h,Li的浸出效果见表2。
为了研究还原时间对正极活性物质还原效果的影响，在氢气流量为3 L/h、正极活性物质20 g、还原温度500℃条件下，对还原时间分别为0.5 h、1 h、1.5 h的还原产物物相进行考察，结果见图3。从图3可以看出，当还原时间为0.5 h时，还原渣主要由Ni/Co、Ni O/CoO和Mn O组成;当还原时间增加到1 h时，Ni O/CoO的衍射峰强度降低很多;当还原时间继续增加到1.5 h时，Ni O/CoO的衍射峰彻底消失，此时，还原渣的物相组成为Ni/Co和Mn O，表明还原较为彻底。考虑到还原的主要作用是将Li(Ni CoMn)O2中的Li解离出来，且还原度较高时需要消耗的氢气量也较多，因此，还原时间控制在0.5～1 h即可满足要求。
【参考文献】：
期刊论文
[1]废旧锂电池正极材料回收技术研究进展[J]. 杜璞欣,周吉奎,宋卫锋,刘勇,刘牡丹. 有色金属工程. 2020(04)
[2]磷酸铁锂电池低温性能的改性方法简述[J]. 胡晨,金翼,朱少青,徐晔,水江澜. 应用化学. 2020(04)
[3]从废旧三元锂离子电池中回收有价金属的新工艺研究[J]. 施丽华. 有色金属(冶炼部分). 2018(10)
[4]红土镍矿高温矿物相转变及还原机理初探[J]. 马明生,尉克俭,裴忠冶,李兴杰,郭亚光. 中国有色冶金. 2018(03)
[5]废旧动力电池回收关键技术探讨[J]. 刘诚,陈宋璇,吕东,孙铭阳,陈学刚. 中国有色冶金. 2018(02)
[6]红土镍矿湿法冶金镍钴沉淀新工艺[J]. 孙宁磊,李少龙,王魁珽,曹永建,皮关华,贾露萍,孔凡祥. 中国有色冶金. 2017(02)
[7]新能源汽车废弃锂电池环境危害及处理方法[J]. 佟玲. 资源节约与环保. 2016(08)
[8]用废旧锂离子电池回收的钴制备LiCoO2[J]. 陈亮,瞿毅,赵鹏飞,唐新村. 电池. 2011(02)
[9]从废旧锂离子二次电池中回收钴和锂[J]. 吴芳. 中国有色金属学报. 2004(04)
本文编号：3056465
【文章来源】：中国有色冶金. 2020,49(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
氢还原反应过程中的标准反应吉布斯自由能变化随温度的关系
从图2可以看出，当还原温度为400℃时，还原前后的物相没有变化，说明当还原温度较低时，正极活性物质反应过程较慢甚至没有被还原。当温度提高至450℃时，还原渣中Li(Ni CoMn)O2的衍射峰消失，表明Li(Ni CoMn)O2被还原，MnO、Ni/Co和Ni O/CoO(由于金属Co和金属Ni、CoO和Ni O的衍射峰位置相似)的衍射峰出现，表明还原进行得不彻底，并没有将Ni O/CoO完全还原成金属单质Ni/Co，这时的产物为MnO、Ni/Co和Ni O/CoO。由于Li的含量较少等原因，并没有检测到明显的衍射峰。当还原温度升高至500℃时，还原产物的衍射峰与450℃的衍射峰相似，但此时Ni O/CoO的衍射峰强度不高，表明升高温度还原速率较快，还原产物中的Ni O/CoO含量降低。因此，H2还原温度高于450℃即可满足Li(Ni CoMn)O2被还原而使Li被解离的要求。分别将400℃、450℃、500℃温度下得到的还原渣，在液固比10∶1、温度80℃、搅拌充分的条件下，使用水作为浸出剂，浸出1 h,Li的浸出效果见表2。
为了研究还原时间对正极活性物质还原效果的影响，在氢气流量为3 L/h、正极活性物质20 g、还原温度500℃条件下，对还原时间分别为0.5 h、1 h、1.5 h的还原产物物相进行考察，结果见图3。从图3可以看出，当还原时间为0.5 h时，还原渣主要由Ni/Co、Ni O/CoO和Mn O组成;当还原时间增加到1 h时，Ni O/CoO的衍射峰强度降低很多;当还原时间继续增加到1.5 h时，Ni O/CoO的衍射峰彻底消失，此时，还原渣的物相组成为Ni/Co和Mn O，表明还原较为彻底。考虑到还原的主要作用是将Li(Ni CoMn)O2中的Li解离出来，且还原度较高时需要消耗的氢气量也较多，因此，还原时间控制在0.5～1 h即可满足要求。
【参考文献】：
期刊论文
[1]废旧锂电池正极材料回收技术研究进展[J]. 杜璞欣,周吉奎,宋卫锋,刘勇,刘牡丹. 有色金属工程. 2020(04)
[2]磷酸铁锂电池低温性能的改性方法简述[J]. 胡晨,金翼,朱少青,徐晔,水江澜. 应用化学. 2020(04)
[3]从废旧三元锂离子电池中回收有价金属的新工艺研究[J]. 施丽华. 有色金属(冶炼部分). 2018(10)
[4]红土镍矿高温矿物相转变及还原机理初探[J]. 马明生,尉克俭,裴忠冶,李兴杰,郭亚光. 中国有色冶金. 2018(03)
[5]废旧动力电池回收关键技术探讨[J]. 刘诚,陈宋璇,吕东,孙铭阳,陈学刚. 中国有色冶金. 2018(02)
[6]红土镍矿湿法冶金镍钴沉淀新工艺[J]. 孙宁磊,李少龙,王魁珽,曹永建,皮关华,贾露萍,孔凡祥. 中国有色冶金. 2017(02)
[7]新能源汽车废弃锂电池环境危害及处理方法[J]. 佟玲. 资源节约与环保. 2016(08)
[8]用废旧锂离子电池回收的钴制备LiCoO2[J]. 陈亮,瞿毅,赵鹏飞,唐新村. 电池. 2011(02)
[9]从废旧锂离子二次电池中回收钴和锂[J]. 吴芳. 中国有色金属学报. 2004(04)
本文编号：3056465
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