專利名稱：鎳鈷錳酸鋰廢電池正負極混合材料的浸出方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎳鈷錳酸鋰廢電池正負極混合材料的一種浸出方法。
背景技術(shù)：
鎳鈷錳酸鋰電池(正極材料含的主要牽屬元素為鎳、鈷、錳、鋰 的電池)是一類新型電池，該電池使用報廢后將產(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極混合材料主要鎳、鈷、鋰、銅、
鋁和錳，其中鎳、鈷和鋰的總含量高達50%以上，很具回收價值。目 前從鎳鈷錳酸鋰廢電池正負極混合材料中回收鎳、鈷的工藝主要有火 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過程。目前鎳鈷錳酸鋰廢電池正負極混合材 料的浸出方法主要有鹽酸浸出法、硫酸浸出法和硝酸浸出法。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，而且會產(chǎn) 生大量氮氧化物，污染環(huán)境。開發(fā)設(shè)備腐蝕小、成本低、基本無環(huán)境 污染的鎳鈷錳酸鋰廢電池正負極混合材料的浸出方法具有較大實用 價值。 .

發(fā)明內(nèi)容
針對目前鎳鈷錳酸鋰廢電池正負極混合材料浸出的問題，本發(fā)明的目的是尋找一種硝酸消耗量低，基本無氮氧化物污染的鎳鈷錳酸鋰 廢電池正負極混合材料的浸出方法，其特征在于將從鎳鈷錳酸鋰廢電 池中分離出的正負極混合材料(包括通過人工或機械分離出的初級正 負極混合材料、初級正負極混合材料經(jīng)破碎和球磨或棒磨得到的正極 粉體材料、初級正負極混合材料或正負極混合粉體材料經(jīng)焙燒等預(yù)處 理得到的較純凈的正負極混合材料)放入耐壓和耐硝酸腐蝕的容器 中，然后密封容器，并將硝酸泵入該容器，通入工業(yè)純氧進行鎳鈷錳 酸鋰廢電池正負極混合材料的浸出，浸出結(jié)束后進行液固分離，得
到所需浸出溶液。浸出溫度為20 100°C，浸出壓力為0. 05 0. 5MPa， 浸出的硝酸初始濃度為1 6mol/L，浸出時間為1 4小時，浸出過 程進行攪拌，攪拌速度30 100r/min。硝酸加入量為加入反應(yīng)容器 的正負極混合材料中全部金屬浸出的硝酸理論消耗量的101 130%。 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的在加壓工業(yè)成氧存在的條件下，硝 酸浸出鎳鈷錳酸鋰廢電池正負極混合材料.(材料中的部分鎳呈金屬形 態(tài)，部分鎳及鈷、鋰和錳可以認為呈氧化物形態(tài)，銅和鋁主要呈金屬 形態(tài))時，部分金屬鎳生成硝酸亞鎳的過程發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)
Ni + 4跳=Ni(N03)2 + 2N02 + 2H20
3Ni + 8HN03 = 3Ni(N03)2 + 2N0 + 4H20
2N0 + 02 二 2N02
3N02 + H20 = 2HN03 + NO 總反應(yīng)為 .
2Ni + 4HN03 + 02 = 2Ni(N03)2 +2H20在加壓工業(yè)成氧存在的條件下，硝酸浸出鎳鈷錳酸鋰廢電池正負 極混合材料時，部分金屬鎳生成硝酸鎳的過程發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng) Ni + 6HN03 = Ni(N03):1 + 3N02 + 3H20 Ni + 4HN03 = Ni (N03) 3 + NO + 2H20 2N0 + 02 = 2N02 3N02 + H20 = 2HN03 + NO 總反應(yīng)為
4Ni + 12HN03 + 302 = 4Ni(N03)3 + 6H20 硝酸浸出鎳鈷錳酸鋰廢電池正負極混合材料時，部分氧化鎳生成 硝酸亞鎳的過程發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng) NiO + 2跳二 Ni(N03)2 + H20
在加壓工業(yè)成氧存在的條件下，硝酸浸出鎳鈷錳酸鋰廢電池正負 極混合材料時，部分氧化鎳生成硝酸鎳的過程發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)
NiO + 4HN03 = Ni(N03):i + N02 + 2H20
3M0 + 10HN03 = 9Ni(N03)3 + NO + 5H20
2N0 + 02 = 2N02
3N02 + H20 = 2HN03 + NO 總反應(yīng)為
4NiO + 12HN03 + 02 = 4Ni(N03)3 + 6H20 在加壓工業(yè)成氧存在的條件下，硝酸浸出鎳鈷錳酸鋰廢電池正負 極混合材料時，銅生成硝酸銅的過程發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng) Cu + 4眺=Cu(N03)2 + 2N02 + 2H20
53Cu + 8跳=3Cii(N0》2 + 2N0 + 4H20
2N0 + 02 = 2N02 '
3N02 + H20 二 2HN03 + NO 總反應(yīng)為
2Cu + 4跳+ 02 二 2Cu(N03)2 + 2H20 在加壓工業(yè)成氧存在的條件下，硝酸浸出鎳鈷錳酸鋰廢電池正負 極混合材料時，鋁生成硝酸鋁的過程發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)
Al + 6訓(xùn)3 = A1(N03)3 + 3N02 + 3H20
Al + 4跳=A1(N03)3 + NO + 2H20 '
2N0 + 02 二 2N02
3N02 + H20 二 2HN03 + NO 總反應(yīng)為
4A1 + 12HN03 + 302 = 4A1(N03)3 + 6H20 硝酸浸出鎳鈷錳酸鋰廢電池正負極混合材料時，鋰、鈷和錳的氧 化物分別發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)
Li20 + 2HN03 = 2UN03 + H20
CoO + 2HN03 = Co(N03)2 + 2N02 + H20
MnO + 2HN03 = Mn(N03)2 + H20
在硝酸過量和使用加壓工業(yè)純氧的浸出條件下，絕大部分的鎳和 鈷以三價形式進入浸出液。
相對于現(xiàn)有方法，本發(fā)明的突出優(yōu)點是可大大降低硝酸耗量，基 本避免了污染物氮氧化物的產(chǎn)生，從而不需要氮氧化物的污染治理，省去了污染治理費用，具有明顯的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。 具體實施方法
實施例1:將100g鎳鈷錳酸鋰廢電池正負極混合材料(含鎳14. 5%、 鈷20.3%、鋰17. 5%、鋁2.2%、銅2. 5%、錳12. 9%)加入容積為2L的 不銹鋼高壓釜中，加入3. 0mol/L的硝酸1800ml，通入0. 2MPa的工 業(yè)純氧，在40 50。C下攪拌(攪拌速度80r/min)浸出2. 5小時，浸 出結(jié)束后進行液固分離，得到1700ml浸出溶液(不含浸出渣洗滌水)。 反應(yīng)尾氣約600ml (折合成絕對壓力O. lMPa的體積)，氮氧化物濃度 為6.3mg/m3。鎳、鈷和鋰的浸出率分別為99. 2%、 99. 4%和99. 6% (按 進入浸出溶液和浸出渣洗滌液中的鎳、鈷和鋰計算)。
實施例2:將500g鎳鈷錳酸鋰廢電池正負極混合材料(含鎳 14.5%、鈷20. 3%、鋰17. 5%、鋁2.2%、銅2. 5%、錳12.9%)加入容積 為10L的不銹鋼高壓釜中，加入4. Omol/L的硝酸6. 8L，通入0. 1MPa 的工業(yè)純氧，在50 6(TC下攪拌(攪拌速度80r/min)浸出2小時，浸 出結(jié)束后進行液固分離，得到6.5L浸出溶液(不含浸出渣洗滌水)， 反應(yīng)尾氣約6.4L (折合成絕對壓力0. lMPa的體積)，氮氧化物濃度 為8. 1 mg/m3。鎳、鈷和鋰的浸出率分別為^9. 1%和99. 3%和99. 4% (按 進入浸出溶液和浸出渣洗滌液中的鎳、鈷和鋰計算)。
權(quán)利要求
1、一種鎳鈷錳酸鋰廢電池正負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正負極混合材料放入耐壓和耐硝酸腐蝕的容器中，然后密封容器，并將硝酸泵入該容器，通入工業(yè)純氧進行鎳鈷錳酸鋰廢電池正負極混合材料的浸出，浸出結(jié)束后進行液固分離，得到所需浸出溶液，浸出溫度為20～100℃，浸出壓力為0.05～0.5MPa，浸出的硝酸初始濃度為1～6mol/L，浸出時間為1～4小時，浸出過程進行攪拌，攪拌速度30～100r/min，硝酸加入量為加入反應(yīng)容器的正負極混合材料中全部金屬浸出的硝酸理論消耗量的101～130％。
全文摘要
本發(fā)明介紹的鎳鈷錳酸鋰廢電池正負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正負極混合材料放入耐壓和耐硝酸腐蝕的容器中，然后密封容器，并將硝酸泵入該容器，通入工業(yè)純氧進行鎳鈷錳酸鋰廢電池正負極混合材料的浸出。浸出溫度為20～100℃，浸出壓力為0.05～0.5MPa，浸出的硝酸初始濃度為1～6mol/L，浸出時間為1～4小時，浸出過程進行攪拌，攪拌速度30～100r/min，硝酸加入量為加入反應(yīng)容器的正負極混合材料中全部金屬浸出的硝酸理論消耗量的101～130％。
文檔編號C22B7/00GK101586192SQ200910059700
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者孫彥君, 偉 曾, 曼 舒, 濤 魏, 怡 龍, 龍炳清 申請人:四川師范大學(xué)