本發(fā)明屬于廢舊鋰離子電池回收,具體涉及一種利用稻谷殼從廢舊鋰離子電池中浸出有價金屬的方法。
背景技術(shù):
1、傳統(tǒng)的化石能源是不可再生能源,隨著化石能源的過度使用,能源安全問題越來越凸顯;并且傳統(tǒng)的化石能源在使用過程往往會伴隨著大量粉塵、二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳等空氣污染物的排放。鋰離子電池由于其具有能量密度高,并且其可重復(fù)充電使用而被認為是傳統(tǒng)化石能源的可替代品,目前主流的鋰離子電池正極材料主要包括有鎳鈷錳酸鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等。然而鋰離子電池在使用過程中其容量會逐漸衰減,當其容量衰減到一定程度后需要被重新回收利用。
2、目前回收廢舊鋰離子電池的主流方法是火法冶金和濕法冶金?;鸱ㄒ苯鹗侵笇U舊電池直接置于高溫熔煉爐當中,在高溫下以合金的方式進行回收?;鸱ㄒ苯鸬墓に嚵鞒滔噍^簡單,但是回收的金屬材料的純度較低,后續(xù)還需要進一步處理才能達到重新使用標準;產(chǎn)生高溫條件,往往需要巨大的能耗;并且在高溫下,電池當中的電解液、粘結(jié)劑等有機物會產(chǎn)生有毒氣體。因此,火法冶金不適合廢舊鋰離子電池的清潔回收。濕法冶金工藝是指利用酸液、堿液或生物溶液將有價金屬轉(zhuǎn)移到溶液中,后續(xù)再對不同的金屬元素進行分離,得到相應(yīng)的金屬化合物。正極材料具有良好的穩(wěn)定性,因此在浸出過程中往往需要額外添加還原劑輔助有價金屬的浸出。傳統(tǒng)的還原添加劑有亞硫酸鹽,雙氧水等,還原添加劑的引入不僅會提高回收成本,而且還會產(chǎn)生一定的安全風險。
3、針對正極材料有價金屬的浸出方法主要是酸浸法,但安全高效經(jīng)濟地將有價金屬浸出的關(guān)鍵在于開發(fā)一種綠色低廉的浸出還原劑,因此有必要提出一種能夠高效綠色地浸出廢舊鋰離子電池中有價金屬的方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供了一種利用稻谷殼從廢舊鋰離子電池中浸出有價金屬的方法。本發(fā)明利用稻谷殼作為輔助劑,從廢舊三元鋰離子電池中浸出有價金屬。本發(fā)明基于安全、廉價、可持續(xù)浸出有價金屬浸出輔助劑,從而克服傳統(tǒng)浸出還原劑危險性高、成本高的缺點。
2、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案如下:
3、一種利用稻谷殼從廢舊鋰離子電池中浸出有價金屬的方法,包括以下步驟:
4、1)預(yù)處理:將退役三元鋰離子電池依次進行放電、拆解和破碎,分選得到含有三元正極材料的黑粉;
5、2)研磨:將步驟1)得到的黑粉與稻谷殼粉按一定投料比置于球磨機中球磨混合,得到混合粉料;
6、3)焙燒:將混合粉料在保護氣下高溫焙燒,得到焙燒粉料;
7、4)酸浸:將焙燒粉料加入檸檬酸中,在微波加熱的條件下浸出,得到浸出液。
8、上述技術(shù)方案中:
9、所述稻谷殼為農(nóng)業(yè)廢棄物,其主要成分由粗纖維、五碳糖聚合物、戊聚糖、脂肪、蛋白質(zhì)等有機物以及二氧化硅組成;
10、稻谷殼輔助劑中的粗纖維、五碳糖聚合物、戊聚糖、脂肪、蛋白質(zhì)等有機物在高溫下裂解成一氧化碳、氫氣、甲烷等還原性氣體,還原性氣體與正極材料發(fā)生還原作用,破壞正極材料結(jié)構(gòu);
11、稻谷殼輔助劑中的二氧化硅在微波作用下與氧氣與水反應(yīng)生成超氧自由基和羥基自由基,超氧自由基和羥基自由基促進鎳正極材料的還原。
12、具體的,步驟1)中:所述三元鋰離子電池為鎳鈷錳三元鋰離子電池。
13、具體的,步驟1)飽和氯化鈉中放電的時間超過48h。
14、具體的,步驟2)中:所述稻谷殼為農(nóng)業(yè)廢棄物,其主要成分包括粗纖維、五碳糖聚合物、戊聚糖、脂肪、蛋白質(zhì)以及二氧化硅。
15、具體的,稻谷殼與黑粉研磨投料的質(zhì)量比為(0.5~2):1,研磨時間為6~10h。
16、具體的,步驟3)中:焙燒保護氣為氮氣和氬氣中的一種,焙燒溫度為300~650℃,焙燒時間為15~75min。
17、具體的,步驟4)中:檸檬酸的濃度為0.25~2mol/l。
18、上述技術(shù)方案中,檸檬酸為浸出反應(yīng)提供酸性環(huán)境,并且檸檬酸與有價金屬元素能發(fā)生螯合作用,促進有價金屬的浸出。
19、具體的,步驟4)中:浸出溫度為20~100℃,固液比為0~30ml/g,浸出時間為5~100min。
20、具體的,步驟4)的浸出反應(yīng)是在攪拌條件下進行,攪拌速度為200~400r/min。
21、具體的,步驟3)中:稻谷殼中的粗纖維、五碳糖聚合物、戊聚糖、脂肪和蛋白質(zhì)在高溫焙燒下裂解成一氧化碳、氫氣或甲烷,一氧化碳、氫氣或甲烷與正極材料發(fā)生還原作用,破壞正極材料結(jié)構(gòu)。
22、具體的,步驟4)中:稻谷殼中的二氧化硅在微波作用下與氧氣與水反應(yīng)生成超氧自由基和羥基自由基,超氧自由基和羥基自由基促進鎳正極材料的還原。
23、具體的,步驟4)中,得到的浸出液中含有l(wèi)i、ni、co和mn元素。
24、進一步的,包括步驟5),采用有機濾膜對浸出液和浸出渣進行分離。
25、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有如下有益效果:
26、本發(fā)明利用稻谷殼作為輔助劑,從廢舊鋰離子電池中浸出有價金屬。利用稻谷殼中粗纖維、五碳糖聚合物、戊聚糖、脂肪、蛋白質(zhì)等有機物在高溫下裂解生成的一氧化碳、氫氣、甲烷等還原性氣體將正極材料中高價態(tài)金屬還原成低價金屬氧化物或金屬單質(zhì),從而破壞正極材料結(jié)構(gòu)促進有價金屬的浸出,并且稻谷殼中含有的二氧化硅在微波條件下可與氧氣和水反應(yīng)生成超氧自由基和羥基自由基,有利于有機金屬的還原浸出。該體系的優(yōu)勢是選取生物質(zhì)廢料稻谷殼作為浸出輔助劑,相較于傳統(tǒng)的還原劑,稻谷殼來源廣泛,價格低廉,不僅保證較高的有價金屬浸出率,更可以降低回收成本,更使得回收過程綠色安全可持續(xù)。
1.一種利用稻谷殼從廢舊鋰離子電池中浸出有價金屬的方法,其特征在于,包括以下步驟:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用稻谷殼從廢舊鋰離子電池中浸出有價金屬的方法,其特征在于,步驟1)中:所述三元鋰離子電池為鎳鈷錳三元鋰離子電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用稻谷殼從廢舊鋰離子電池中浸出有價金屬的方法,其特征在于,步驟2)中:所述稻谷殼為農(nóng)業(yè)廢棄物,其主要成分包括粗纖維、五碳糖聚合物、戊聚糖、脂肪、蛋白質(zhì)以及二氧化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用稻谷殼從廢舊鋰離子電池中浸出有價金屬的方法,其特征在于:稻谷殼與黑粉研磨投料的質(zhì)量比為(0.5~2):1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用稻谷殼從廢舊鋰離子電池中浸出有價金屬的方法,其特征在于,步驟3)中:焙燒保護氣為氮氣和氬氣中的一種,焙燒溫度為300~650℃,焙燒時間為15~75min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用稻谷殼從廢舊鋰離子電池中浸出有價金屬的方法,其特征在于,步驟4)中:檸檬酸的濃度為0.25~2mol/l。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用稻谷殼從廢舊鋰離子電池中浸出有價金屬的方法,其特征在于,步驟4)中:浸出溫度為20~100℃,固液比為0~30ml/g,浸出時間為5~100min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用稻谷殼從廢舊鋰離子電池中浸出有價金屬的方法,其特征在于,步驟3)中:稻谷殼中的粗纖維、五碳糖聚合物、戊聚糖、脂肪和蛋白質(zhì)在高溫焙燒下裂解成一氧化碳、氫氣或甲烷,一氧化碳、氫氣或甲烷與正極材料發(fā)生還原作用,破壞正極材料結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用稻谷殼從廢舊鋰離子電池中浸出有價金屬的方法,其特征在于,步驟4)中:稻谷殼中的二氧化硅在微波作用下與氧氣與水反應(yīng)生成超氧自由基和羥基自由基,超氧自由基和羥基自由基促進鎳正極材料的還原。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9任一所述的利用稻谷殼從廢舊鋰離子電池中浸出有價金屬的方法,其特征在于,步驟4)中,得到的浸出液中含有l(wèi)i、ni、co和mn元素。