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从旧原电池的含有锂-过渡金属-化物的级分中湿法冶金回收锂、镍、钴的方法

阅读:13发布:2022-12-27

专利汇可以提供从旧原电池的含有锂-过渡金属-化物的级分中湿法冶金回收锂、镍、钴的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种从旧原 电池 的含有锂‑过渡金属‑ 氧 化物的级分中湿法 冶金 回收锂的方法,其中将具有高达5重量%的 铝 含量的含有锂‑过渡金属‑氧化物的级分,其中过渡金属为镍、钴和/或锰,或者具有高达500μm的粒径的含有锂‑过渡金属‑氧化物的级分,其中所述的混合氧化物为金属镍、钴和/或铝的混合氧化物,导入到至少为相对于该含锂‑过渡金属‑氧化物的级分中的氧化物含量化学计量的量的浓度为0.5‑4mol/l的 硫酸 或 盐酸 中,且固液比在10‑300g/l的范围内,并在35‑70℃的 温度 下通过添加同样相对于该含锂‑过渡金属‑氧化物的级分中待被还原的过渡金属的含量至少为化学计量的量的过氧化氢使其溶解,将含有形成的锂盐和所述过渡金属的盐的溶液分离,并将剩余的残渣洗涤至少两次,合并分离的盐和含盐洗涤液,在9‑11的pH值范围内过渡金属作为氢氧化物沉淀,将其分离和洗涤,合并剩余的含有硫酸锂的溶液并通过双极膜的 电渗 析 转 化成 氢氧化锂。,下面是从旧原电池的含有锂-过渡金属-化物的级分中湿法冶金回收锂、镍、钴的方法专利的具体信息内容。

1.从旧原电池的含有锂-过渡金属-化物的级分中湿法冶金回收锂、镍、钴的方法,其特征在于,
将含有锂-过渡金属-氧化物的级分导入到硫酸中,
其中过渡金属为镍、钴和/或锰,
        含有锂-过渡金属-氧化物的级分具有≤5重量%的含量和≤500μm的粒径,
        硫酸的浓度为0.5-4mol/l,并且硫酸的量是至少化学计量的量,相对于该含锂-过渡金属-氧化物的级分中的氧化物含量,且
        引入是在20-250g/l的固液比下进行的,并且
在35-70℃的温度下通过添加至少为同样相对于该含锂-过渡金属-氧化物的级分中待被还原的过渡金属的含量化学计量的量的过氧化氢使其溶解,
将含有形成的硫酸锂和所述过渡金属的硫酸盐的溶液进行分离,
并将剩余的残渣洗涤至少两次,
合并分离的硫酸盐溶液和含有硫酸盐的洗涤溶液,
在9-11的pH值范围内过渡金属作为氢氧化物沉淀,将其分离和洗涤,以及合并剩余的含有硫酸锂的溶液并通过双极膜的电渗析转化成氢氧化锂。
2.从旧原电池的含有锂-混合氧化物的级分中湿法冶金回收锂、镍、钴的方法,其特征在于,
将含有锂-过渡金属-氧化物的级分导入到硫酸中,
其中所述的混合氧化物为金属镍、钴和/或铝的混合氧化物,
        含有锂-过渡金属-氧化物的级分具有≤500μm的粒径,
        硫酸的浓度为0.5-4mol/l,并且硫酸的量是至少化学计量的量,相对于该含锂-过渡金属-氧化物的级分中的氧化物含量,且
        引入是在20-300g/l的固液比下进行的,并且
在35-70℃的温度下通过添加至少为相对于该含锂混合氧化物的级分中待被还原的过渡金属的含量化学计量的量的过氧化氢使其溶解,
将含有形成的硫酸锂和所述过渡金属的硫酸盐的溶液分离,
并将剩余的残渣洗涤至少两次,
合并分离的金属硫酸盐溶液和含有金属硫酸盐的洗涤液,
在9-11的pH值范围内过渡金属作为氢氧化物沉淀,将其分离和洗涤,以及合并剩余的含有硫酸锂的溶液并通过使用双极膜的电渗析转化成氢氧化锂。
3.从旧原电池的含有锂混合氧化物的级分中湿法冶金回收锂、镍、钴的方法,其特征在于,
将含有锂-过渡金属-氧化物的级分导入到盐酸中,
其中所述的混合氧化物为金属镍、钴和/或铝的混合氧化物,
        含有锂-过渡金属-氧化物的级分具有≤500μm的粒径,
        盐酸的浓度为0.5-4mol/l,并且盐酸的量是至少化学计量的量,相对于该含锂-过渡金属-氧化物的级分中的氧化物含量,且
        引入是在10-150g/l的固液比下进行的,并且
在35-70℃的温度下通过添加至少为相对于该含锂混合氧化物的级分中待被还原的过渡金属的含量化学计量的量的过氧化氢使其溶解,
将含有形成的氯化锂和所述过渡金属的氯化物的溶液分离,
并将剩余的残渣洗涤至少两次,
合并分离的金属氯化物和含有金属氯化物的洗涤液,
在9-11的pH值范围内过渡金属作为氢氧化物沉淀,将其分离和洗涤,以及合并剩余的含有氯化锂的溶液并通过双极膜的电渗析转化成氢氧化锂。
4.根据权利要求1的方法,其特征在于,使用铝含量≤3重量%的含有锂-过渡金属-氧化物的级分。
5.根据权利要求1的方法,其特征在于,使用铝含量<1重量%的含有锂-过渡金属-氧化物的级分。
6.根据权利要求1、2或3的方法,其特征在于,利用离子交换剂降低多价金属阳离子的含量。
7.根据权利要求1、2或3的方法,其特征在于,所述含有锂-过渡金属-氧化物的级分具有≤500μm的粒径。
8.根据权利要求1、2或3的方法,其特征在于,所述含有锂-过渡金属-氧化物的级分具有100-400μm的粒径。
9.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,使用浓度为0.75-2.5mol/l的硫酸。
10.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,使用浓度为1.0-2.0mol/l的硫酸。
11.根据权利要求3的方法,其特征在于,使用浓度为0.75-2.5mol/l的盐酸。
12.根据权利要求3的方法,其特征在于,使用浓度为1.0-2.0mol/l的盐酸。
13.根据权利要求1的方法,其特征在于,在30-230g/l的范围内调节固液比。
14.根据权利要求1的方法,其特征在于,在50-180g/l的范围内调节固液比。
15.根据权利要求2的方法,其特征在于,在50-250g/l的范围内调节固液比。
16.根据权利要求2的方法,其特征在于,在60-150g/l的范围内调节固液比。
17.根据权利要求3的方法,其特征在于,在15-120g/l的范围内调节固液比。
18.根据权利要求3的方法,其特征在于,在25-65g/l的范围内调节固液比。
19.根据权利要求1、2或3的方法,其特征在于,在35-65℃的温度下实施所述溶解。
20.根据权利要求1、2或3的方法,其特征在于,在40-60℃的温度下实施所述溶解。
21.根据权利要求1、2或3的方法,其特征在于,所述溶解残渣洗涤至少三次。
22.根据权利要求1、2或3的方法,其特征在于,过量使用所述硫酸和/或过氧化氢。
23.根据权利要求22的方法,其特征在于,使用0.1-10摩尔%的过量。
24.根据权利要求22的方法,其特征在于,使用0.5-5摩尔%的过量。

说明书全文

从旧原电池的含有锂-过渡金属-化物的级分中湿法冶金

收锂、镍、钴的方法

[0001] 本发明的主题是一种从旧原电池的含有锂-过渡金属-氧化物的级分中湿法冶金回收锂、镍、钴的方法
[0002] 移动电子设备需要日益强大的可充电电池组以实现自给自足供电。出于该目的,考虑到以Wh/kg表达的能量密度、循环稳定性和低自放电,锂离子电池组被使用。非常普遍的是具有过渡金属氧化物作为活性阴极材料的锂离子电池组。在这些电池组中所述活性阴极材料由锂-过渡金属-氧化物构成,在充电时锂离子从所述锂-过渡金属-氧化物中释放并嵌入到阳极材料中。特别重要的是锂与镍、钴和/或锰的混合氧化物,其也公知的缩写为NMC电池或电池组,以及锂与镍、钴和/或的混合氧化物,其也公知的缩写为NCA电池或电池组。高容量的锂蓄电池被用于固定应用(备用电源)或用于汽车领域中实现牵引目的(混合动或纯电动驱动)。关于后者应用中的能量密度,NMC电池组被认为特别重要。由于其中所含材料的量随着生产的、充电的和再利用的电池组的大小和数量增长,经济的回收电池组中锂的方法是必不可少的。
[0003] 一种从粉碎和筛选的电池中的含有LiFePO4的级分回收锂的方法可由文献WO2012/072619A1中获知,其中在氧化剂的存在下使用酸溶液处理含有LiFePO4的级分。溶出的锂离子与未溶的磷酸分离,并以盐的形式从含锂溶液中沉淀出来。该湿法冶金回收的进行需要稀释的硫酸,并伴随着氧气、臭氧的引入或过氧化氢的添加,在80℃-120℃的温度下发生。
[0004] 该方法的缺点是提取工艺的高能量强度、对所用装置的耐腐蚀高要求以及通过沉淀获得的锂盐的纯净度。
[0005] 本发明的目的是提供一种这样的方法,该方法能够确保锂提取过程中最高可能的能量效率,同时对所用提取装置的耐腐蚀要求低,以及获得的锂化合物的提高的纯净度。
[0006] 所述目的通过一种从旧原电池的含有锂-过渡金属-氧化物的级分中湿法冶金回收锂、镍、钴的方法来实现,其中将具有高达5重量%的铝含量和高达500μm的粒径的含有锂-过渡金属-氧化物的级分,其中所述过渡金属为镍、钴和/或锰,导入到至少为相对于该含锂-过渡金属-氧化物的级分中的氧化物含量化学计量的量的浓度为0.5-4mol/l的硫酸中,且固液比在20-250g/l的范围内,并在35-70℃的温度下通过添加同样至少为相对于该含锂-过渡金属-氧化物的级分中待被还原的过渡金属化学计量的量的过氧化氢使其溶解,将含有形成的硫酸锂和所述过渡金属的硫酸盐的溶液分离,并将剩余的残渣洗涤至少两次,合并分离的硫酸盐溶液和含有硫酸盐的洗涤液,在9-11的pH值范围内过渡金属作为氢氧化物沉淀,将其分离和洗涤,合并剩余的含有硫酸锂的溶液并通过双极膜的电渗析转化成氢氧化锂。
[0007] 替代地,所述目的通过一种从旧原电池的含有锂-过渡金属-氧化物的级分中湿法冶金回收锂的方法实现,其中将具有最大500μm的粒径的含有锂-过渡金属-氧化物的级分,其中所述混合氧化物为金属镍、钴和/或铝的混合氧化物,导入到至少为相对于该含锂-过渡金属-氧化物的级分中的氧化物含量化学计量的量的浓度为0.5-4mol/l的硫酸中,且固液比在20-300g/l的范围内,和在35-70℃的温度下通过添加至少为相对于该含锂混合氧化物的级分中待被还原的过渡金属的含量化学计量的量的过氧化氢使其溶解,将含有形成的硫酸锂和所述过渡金属硫酸盐的溶液分离,并将剩余的残渣洗涤至少两次,合并分离的金属硫酸盐和含有金属硫酸盐的洗涤液,在9-11的pH值范围内过渡金属作为氢氧化物沉淀,将其分离和洗涤,合并剩余的含有硫酸锂的溶液并通过使用双极膜的电渗析转化成氢氧化锂。
[0008] 所述目的同样可通过一种从旧原电池的含有锂-过渡金属-氧化物的级分中湿法冶金回收锂的方法实现,其中将具有最大500μm的粒径的含有锂-过渡金属-氧化物的级分,其中所述混合氧化物为金属镍、钴和/或铝的混合氧化物,导入到至少为相对于该含锂-过渡金属-氧化物的级分中的氧化物含量化学计量的量的浓度为0.5-4mol/l的盐酸中,且固液比在10-150g/l的范围内,并在35-70℃的温度下通过添加至少为相对于该含锂混合氧化物的级分中待被还原的过渡金属的含量化学计量的量的过氧化氢使其溶解,将含有形成的氯化锂和所述过渡金属的氯化物的溶液分离,并将剩余的残渣洗涤至少两次,合并分离的金属氯化物溶液和含有金属氯化物的洗涤液,在9-11的pH值范围内过渡金属作为氢氧化物沉淀,将其分离和洗涤,合并剩余的含有氯化锂的溶液并通过使用双极膜的电渗析转化成氢氧化锂。
[0009] 令人惊奇地发现锂的提取已经在非常短的反应时间内、几乎定量地、在低温下完成。通过计量加入还原剂来控制反应热并使其保持非常低,从而可以大体上避免还原剂几乎自催化的分解。为了提取锂,必须几乎仅使用化学计量的量的还原剂。
[0010] 因此,在特定的温和湿法冶金溶解条件下,所含的锂最多超过99重量%被溶解,且最多超过95重量%被回收。
[0011] 使用铝含量高达3重量%、优选<1重量%的含有锂-过渡金属-氧化物的级分。因此,进一步降低了易燃易爆气体混合物的产生。
[0012] 优选利用离子交换剂进一步降低多价金属阳离子的含量。降低的多价金属阳离子含量对于利用双极膜的电渗析进一步处理所述溶液具有特别积极的效果,因为这些金属阳离子以氢氧化物的形式在使用的膜内或膜上沉淀,起到了“膜毒物”的作用。
[0013] 更优选,含有锂-过渡金属-氧化物的级分具有高达500μm,优选100-400μm的粒径。上述粒径的使用改善了溶解行为。
[0014] 有利的是,使用浓度为0.75-2.5mol/l,优选1.0-2.0mol/l的硫酸或盐酸。所述浓度范围的硫酸或盐酸的使用,显著降低了所用设备的耐腐蚀要求。
[0015] 特别优选在NMC电池和使用硫酸的情况下,在30-230g/l、优选50-180g/l的范围内调节固液比。在NCA电池和使用硫酸的情况下,优选在50-250g/l、优选60-150g/l的范围内调节固液比。尽管反应混合物中固体含量高,所含的锂几乎定量地被溶解。在NCA电池和使用盐酸的情况下,优选在15-120g/l、优选25-65g/l的范围内调节固液比。
[0016] 优选在30-65℃,优选40-60℃的温度下实施所述溶解。令人惊奇地,锂的溶解效果从而基本上不受时间和量的影响。所述的温度范围可使用普通技术设备调节。
[0017] 有利的是,溶解残渣至少洗涤三次。发现因此超过95重量%的所含锂可被获得。
[0018] 优选过量使用所述硫酸或盐酸和/或过氧化氢。特别优选使用0.1-10摩尔%的过量,优选0.5-5摩尔%的过量。
[0019] 就其纯度而言,根据本发明所述方法制得的产物适合用于生产锂-过渡金属-氧化物或锂-过渡金属-磷酸盐,并且可以优选用于制备用作锂离子电池组阴极的活性材料。附图说明
[0020] 图1是一张表格,其显示了在所列条件下对NMC-电池的含锂-过渡金属-氧化物的级分实施11个测试的结果。
[0021] 图2是一张表格,其显示了在所列条件下对NCA-电池的含锂-过渡金属-氧化物的级分实施6个测试的结果。
[0022] 图3是一张表格,其显示了在所列条件下对NMC-电池的含锂-过渡金属-氧化物的级分实施3个测试的结果。
[0023] 下面对本发明的工艺进行总体描述。实施例
[0024] 基于如下实施例和图1-3对本发明进行说明。
[0025] 在图1所列条件下,在所述条件下对NMC-电池的含锂-过渡金属-氧化物的级分实施11个测试。
[0026] 在图2所列条件下,对NCA-电池的含锂-过渡金属-氧化物的级分实施6个测试。
[0027] 在图3所列条件下,对NMC-电池的含锂-过渡金属-氧化物的级分实施3个测试。
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