废锂电池中钴的回收技术研究

论文摘要

近年来,废弃锂离子电池的处理己经成为热点环境问题。本文针对现有废锂电池处理工艺Co回收率低、容易产生二次污染、材料难以进一步回收等缺陷,提出了粗碎+超声波搅拌清洗、盐酸浸出、分步沉淀法回收钴的废锂电池资源化工艺。通过不同环境下洗脱电极材料的效果比较,验证了超声波搅拌清洗分离电极材料和铝箔的可行性;然后通过考察不同温度、时间条件下的洗脱效果,得到了超声波搅拌清洗的最佳工艺条件（常温、15min）;以粗碎+超声波搅拌清洗工艺得到的电极材料为比较对象,通过对使用不同筛网时产物情况的对比,得到了能够实现电极材料分离最佳的筛网孔径（12mm）。在上述条件下92.46%的Co可进入到混合粉末中,且粉末的含钴量为28.28%,Al、Cu、Fe等杂质金属含量仅为2.46%。与此同时,Cu、Al、Fe的回收率依次为98.62%、87.03%、96.55%,且均以片状或块状形式存在,利于后续分选处理。通过对不同介质中Co的浸出效果的比较,选择了HCl作为电极材料浸出介质,通过对不同温度、时间、盐酸浓度下Co浸出效果的比较分析,得到了LiCoO2浸出的最佳条件:[H+]=4mol/L,T=80℃,t=2h,固液比为1g: 10mL。在此条件下,Co的浸出率为98.85%,Li的浸出率为97.03%。根据难溶化合物的离子溶度积,采用化学沉淀法对溶液中的Co2+进行回收,通过对NaOH沉钴和（NH4）2C2O4沉钴两种方法下Co的回收率和产品的纯度的比较,确定了采用NaOH沉铁（pH=4.0）,Na2S沉铜（pH=2.02.5）,草酸铵沉钴（pH=1.51.8）的方法提取浸出液中钴的工艺路线,Co的回收率可达98.12%。综上,本论文提出的工艺路线是:首先采用配备12mm孔径筛网的破碎机对废锂电池进行破碎,筛下物在常温下经超声波搅拌清洗15min后使用2mm格筛对物料进行分级;然后采用盐酸对得到的粉末材料LiCoO2进行浸出;最后采用NaOH沉铁,Na2S沉铜,草酸铵沉钴的方法提取浸出液中钴;整个工艺过程中,Co的回收率可达89.68%。得到的草酸钴在600℃下煅烧4h后制得的Co2O3产品中Co的含量高达70.484%,符合Co2O3-Y1的质量要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 问题的提出
• 1.2 选题背景及意义
• 1.2.1 锂电池的应用现状与发展前景
• 1.2.2 国内外废旧电池的回收现状
• 1.2.3 废旧锂电池引起的环境问题
• 1.2.4 废旧锂电池的资源化价值
• 1.3 废锂电池资源化回收工艺综述
• 1.3.1 物理预处理过程
• 2 的浸出过程'>1.3.2 LiCoO₂的浸出过程
• 1.3.3 化学深度处理过程
• 1.3.4 各类工艺的比较分析
• 1.3.5 典型回收工艺
• 1.4 研究目的和研究内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 1.5 论文结构
• 第2章 材料及研究用设备仪器
• 2.1 本章引论
• 2.2 材料分析
• 2.2.1 锂电池结构分析
• 2.2.2 锂电池电极材料成分分析
• 2.3 研究用大型设备
• 2.3.1 粗碎机
• 2.3.2 细碎机
• 2.3.3 超声波清洗机
• 2.4 主要分析仪器
• 2.4.1 等离子体质谱仪
• 2.4.2 X 射线荧光光谱仪
• 2.4.3 扫描电子显微镜
• 2.5 其他重要仪器
• 2.5.1 电动振筛机
• 2.5.2 多头磁力加热搅拌器
• 2.5.3 电动搅拌器
• 第3章 废锂电池中电极材料的物理分离技术研究
• 3.1 本章引论
• 3.2 试验原料成分分析
• 3.3 粗碎+超声波清洗组合工艺研究
• 3.3.1 试验安排
• 3.3.2 电极材料洗脱试验研究
• 3.3.3 超声波空化作用理论分析
• 3.3.4 粗碎条件试验研究
• 3.4 粗碎+细碎组合工艺产物情况分析
• 3.4.1 试验安排
• 3.4.2 粗碎试验产物中金属分布情况分析
• 3.4.3 两级破碎试验结果与讨论
• 3.5 预处理工艺产物比较分析
• 3.5.1 中间粒径产物的比较
• 3.5.2 电极材料的比较
• 3.5.3 金属回收情况比较
• 3.6 本章小结
• 第4章 电极材料酸浸出工艺研究
• 4.1 本章引论
• 4.2 电极材料浸出反应动力学基础
• 4.2.1 多相反应动力学
• 4.2.2 固液多相反应过程
• 4.3 试验设计及安排
• 2 电极的浸出过程'>4.3.1 LiCoO₂电极的浸出过程
• 4.3.2 浸出介质的选取
• 4.3.3 固液比对浸出过程的影响分析
• 4.3.4 实验设计及安排
• 4.4 试验结果及讨论
• 4.4.1 浸出实验用实验原料成分分析
• 4.4.2 盐酸浓度对浸出效果的影响分析
• 4.4.3 反应温度对浸出效果的影响分析
• 4.4.4 反应时间对浸出效果的影响分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 化学沉淀法回收钴的工艺研究
• 5.1 本章引论
• 5.2 实验设计及安排
• 5.2.1 实验试剂、仪器和设备
• 5.2.2 实验方案
• 5.3 分步沉淀影响因素分析
• 5.3.1 pH 值对分步沉淀效果的影响分析
• 5.3.2 溶液中离子浓度对分步沉淀效果的影响分析
• 5.3.3 浸出液中杂质去除条件的试验研究
• 5.4 不同沉淀剂沉钴效果的比较研究
• 5.4.1 NaOH 沉淀法制备含钴化合物
• 5.4.2 草酸铵沉淀法制备钴化合物
• 5.4.3 NaOH 沉淀法与草酸钴沉淀法的比较分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果