火法冶炼回收锂电池工艺详解

日期：2023-11-28 浏览：2127

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火法冶炼回收锂电池/磷酸铁锂电池

火法冶炼技术是一种金属熔炼方法。原料在高温下（利用原料自身的潜热、某些化学反应热、燃料燃烧或电产生的热）经历一系列物理和化学变化过程。然后将金属和其他杂质分离。由于它具有操作简单、处理能力大的优点，是最广泛使用的金属分离技术。它已经应用于从废旧电路板等二次资源中回收镍、铜等有价值的金属。以肖松文等人的研究成果为例，目前已经实现了处理含有锰、镍或钴的废旧LIBs，主要的处理过程流程详见图1。

图1 锂电池的高温冶金工艺

对于废旧LIBs，由于存在电解液、有机组分和电力等能源，可以利用电池自身所含的潜热进行旋转窑内的自热预还原烧结。烧结过程充分利用了电池的能源，可以实现自热反应。在烧结过程中，电池可以用电力烧结。同时，充分利用了剩余的电力，充分燃烧了隔膜和其他有机物，产生的热量作为热源，负极作为还原剂，实现了正极中镍/钴/锰的预还原过程。预还原烧结的烟气中含有许多小分子有机物，因此需要设置二次燃烧室，充分燃烧小分子有机物。产生的热量将为后续湿法过程部分准备低压蒸汽。这个过程是一个完全自热的反应，同时为后续湿法过程提供了蒸汽热源。湿法冶炼过程利用了电池的潜热，节省了能源消耗，同时节省了排放和“三废”处理带来的排放。

电池预还原后进入电炉熔化，有价值的金属如镍、钴、铜通过还原熔化进入金属相。它们以合金的形式生产，并在排放时通过喷雾粉末制备成合金粉末。铝箔通过氧化沉淀到渣中，为了降低能耗，将低附加值的锰渣加入到熔渣中；生产富锰渣。在这个过程中，虽然有效地实现了镍、钴、铜等有价值金属的富集，但导致了铝箔的损失。锂进入渣相或收尘灰中。

锰和锂进入富锰渣，可以从中回收锰和锂。经过硫酸盐烧结中性浸出后，富锰渣中的锰和锂以硫酸锰和硫酸锂的形式进入溶液，然后通过湿法冶炼过程分别回收。由于锰的价值较低，传统的湿法冶炼萃取分离过程成本高，不能支持锰的回收。通过火法还原熔化得到的富锰渣非常稳定，可以长期堆存，实现无害化处理，减轻了湿法冶炼方法相对于的危险固体废物。

通过熔化还原进入金属相的铜、镍和钴纯度很高，浸出时可以完全溶解。然后通过湿法冶炼分离技术分别制备相应的金属盐产品。化学沉淀法只需要控制溶液的pH并添加特定的沉淀剂，具有较高的回收率和较低的成本，易于实现工业生产。然而，由于浸出液中含有多种金属离子，在沉淀过程中不可避免地会发生金属离子的包裹，导致最终得到的沉淀产品中含有杂质，纯度低。电化学方法，也称为电沉积方法，可以处理废旧的锂酸钴电池。在浸出液中，Co3+通过电化学还原技术转化为Co2+，最后在阳极沉积为Co(OH)2。这种方法不需要添加其他物质，不易引入杂质，可以获得非常纯净的钴化合物，直接用于制备电极材料。但是，缺点是消耗大量的电力。离子交换法利用Co和Ni等不同金属离子络合物在离子交换树脂上的吸附能力差异，实现金属的分离和提取。该方法对目标离子具有选择性，操作简单，易于操作。它为从废旧锂电池中提取和回收有价值的金属提供了一种新的途径，但高成本限制了其工业应用。