專利名稱：鈷酸鋰廢電池正極材料的浸出方法
技術領域：
本發明涉及鈷酸鋰廢電池正極材料的一種浸出方法。
背景技術：
鈷酸鋰電池是一類廣泛使用的電池，該電池使用報廢后將產生大量廢電池。由于 這類電池含有大量重金屬，若棄入環境，將對環境產生很大的直接和潛在危害。鈷酸鋰電池 正極材料主要含鈷、鋰、銅和鋁，其中鈷、鋰和銅三者的總含量大于60%，很具回收價值。目 前從鈷酸鋰廢電池正極材料中回收鎳、鈷的工藝主要有火法工藝和濕法工藝。火法工藝得 到的產品為合金材料，很難獲得較純的鈷、鋰和銅。濕法工藝比較容易得到較純的鈷、鋰和 銅。浸出是濕法工藝中必不可少的一個過程。目前鈷酸鋰廢電池正極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，設備腐蝕大，酸霧產生量大而污染 環境。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 會產生大量氮氧化物，污染環境。開發設備腐蝕小、成本低、基本無環境污染的鈷酸鋰廢電 池正極材料的浸出方法具有較大實用價值。
發明內容
針對目前鈷酸鋰廢電池正極材料浸出的問題，本發明的目的是尋找一種不用昂貴 氧化劑，基本無氮氧化物污染的鈷酸鋰廢電池正極材料的浸出方法，其特征在于將從鈷酸 鋰廢電池中分離出的正極材料(包括通過人工或機械分離出的初級正極材料、初級正極材 料經破碎和球磨或棒磨得到的正極粉體材料、初級正極材料或正極粉體材料經焙燒等預處 理得到的較純凈的正極材料)放入耐壓并耐硫酸和硝酸腐蝕的容器中，然后密封容器，并 將硫酸和硝酸泵入該容器，通入工業純氧進行鈷酸鋰廢電池正極材料的浸出，浸出結束后 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, 浸出的硫酸初始濃度為1 5mol/L，硝酸初始濃度為5 20g/L，浸出時間為1 5小時， 浸出過程進行攪拌，攪拌速度30 lOOr/min。硫酸加入量為加入反應容器的正極材料中全 部金屬浸出的硫酸理論消耗量的101 200%。本發明的目的是這樣實現的在加壓工業純氧和硝酸存在的條件下，硫酸浸出鈷 酸鋰廢電池正極材料(材料中的鈷和鋰以鈷酸鋰形式存在，銅和鋁主要呈金屬形態)時，金 屬銅生成硫酸銅的過程發生如下化學反應Cu+2HN03+H2S04 = CuS04+2N02+2H203Cu+2HN03+3H2S04 = 3CuS04+2N0+4H202N0+02 = 2N023N02+H20 = 2HN03+N0總反應為2Cu+2H2S04+02 = 2CUS04+2H20在加壓工業純氧和硝酸存在的條件下，硫酸浸出鈷酸鋰廢電池正極材料時，金屬鋁生成硫酸鋁的過程發生如下化學反應2A1+6HN03+3H2S04 = Al2 (S04) 3+6N02+6H202A1+2HN03+3H2S04 = Al2 (S04) 3+2N0+4H202N0+02 = 2N023N02+H20 = 2HN03+N0總反應為4Al+6H2S04+302 = 2A12 (S04) 3+6H20硫酸浸出鈷酸鋰廢電池正極材料時，鈷酸鋰發生如下化學反應2LiCo02+4H2S04 = Co2 (S04) 3+Li2S04+4H20經過上述一系列反應，最終避免使用較昂貴的氧化劑，也基本不產生氮氧化物污 染，實現了工藝的清潔化。相對于現有方法，本發明的突出優點是不使用昂貴的氧化劑，基本避免了污染物 氮氧化物的產生，從而不需要氮氧化物的污染治理，省去了污染治理費用，具有明顯的經濟 效益和環境效益。具體實施方法實施例1 將100g鈷酸鋰廢電池正極材料(含鈷53.6%，鋰5.3%、銅8.2%、鋁 3.4% )加入容積為1L的襯鈦高壓釜中，加入3. 5mol/L的硫酸900ml，加入硝酸15g(以 HN03計)，通入0. 2MPa的工業純氧，在50 60°C下攪拌(攪拌速度80r/min)浸出2. 5小 時，浸出結束后進行液固分離，得到850ml浸出溶液(不含浸出渣洗滌水)。反應尾氣約 0. 3L(折合成絕對壓力0. IMPa的體積)，氮氧化物濃度為2. 3mg/m3。鈷、鋰和銅的浸出率分 別為98. 和97. 8%和97. 5% (按進入浸出溶液和浸出渣洗滌液中的鈷、鋰和銅計算)。實施例2 將400g鎳氫廢電池正極材料(含鈷53.6%，鋰5.3%、銅8.2%、鋁 3.4%)加入容積為5L的襯鈦高壓釜中，加入3. Omol/L的硫酸4. 5L，加入硝酸60g(以HN03 計)，通入0. IMPa的工業純氧，在60 70°C下攪拌反應3小時，反應結束后進行液固分離， 得到4. 3L浸出溶液(不包括浸出渣洗滌水)，反應尾氣約1L (折合成絕對壓力0. IMPa的體 積)，氮氧化物濃度為2. 5mg/m3。鈷、鋰和銅的浸出率分別為98. 3%,98. 2%和97. 7% (按 進入浸出溶液和浸出渣洗滌液中的鈷、鋰和銅計算)。
權利要求
一種鈷酸鋰廢電池正極材料的浸出方法，其特征是將從鈷酸鋰廢電池中分離出的正極材料放入耐壓并耐硫酸和硝酸腐蝕的容器中，然后密封容器，并將硫酸和硝酸泵入該容器，通入工業純氧進行鈷酸鋰廢電池正極材料的浸出，浸出結束后進行液固分離，得到所需浸出溶液，浸出溫度為20～100℃，浸出壓力為0.05～0.5MPa，浸出的硫酸初始濃度為1～5mol/L，硝酸初始濃度為5～20g/L，浸出時間為1～5小時，浸出過程進行攪拌，攪拌速度30～100r/min，硫酸加入量為加入反應容器的正極材料中全部金屬浸出的硫酸理論消耗量的101～200％。
全文摘要
本發明介紹的鈷酸鋰廢電池正極材料的浸出方法是將從將從鈷酸鋰廢電池中分離出的正極材料放入耐壓并耐硫酸和硝酸腐蝕的容器中，然后密封容器，并將硫酸和硝酸泵入該容器，通入工業純氧進行鈷酸鋰廢電池正極材料的浸出。浸出溫度為20～100℃，浸出壓力為0.05～0.5MPa，浸出的硫酸初始濃度為1～5mol/L，硝酸初始濃度為5～20g/L，浸出時間為1～5小時，浸出過程進行攪拌，攪拌速度30～100r/min。硫酸加入量為加入反應容器的正極材料中全部金屬浸出的硫酸理論消耗量的101～200％。
文檔編號C22B3/06GK101928831SQ20091005970
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月23日 優先權日2009年6月23日
發明者刁劍, 魏濤, 龍怡, 龍炳清 申請人:四川師范大學