一种绿色高效回收废旧锂电池中有价金属镍钴锰的方法与流程

本发明涉及废旧锂电池的综合回收技术领域，具体涉及一种从废旧锂电池中回收镍钴锰有价金属的选矿方法。

背景技术：

近些年来，在能源和环境危机的推动下，伴随着新能源汽车的飞速发展和推广，带来了规模庞大的锂电池需求。由于锂电池的使用寿命有限，也就意味着废旧锂电池数量也在逐年增加。而废旧锂电池对环境造成的影响及资源的浪费也日趋严重。据可靠数据分析，一节普通锂电池可以污染1m³水或荒废1m²土壤，可想而知废旧锂电池对环境造成的重大影响；而废旧锂电池正极材料中含有大量的稀缺金属，比如镍、钴、锰等。若能将废旧锂电池中的有价金属回收，既能避免对环境造成的污染，还能提高废旧电池的回收和资源利用率，扩大经济效益。因此回收废旧锂电池中的稀缺金属材料，让其得到再生利用，成为促进国家倡导绿色环保战略方针，实施废旧锂电池综合回收行业可持续发展的重要途径。

目前废旧锂电池正极材料的回收工艺较多，主要包括前期物理处理过程和后期的化学处理过程。物理处理包括前期机械分离，热处理、机械化学和溶解过程等。由于废旧锂电池的贵重金属镍钴锰等主要集中在正极材料上，化学处理过程则是废旧锂电池正极材料的回收利用阶段。化学处理工艺会带来二次污染问题。因此，确定一种绿色、高效的回收废旧锂电池中的镍、钴、锰等有价金属材料工艺，变得尤为重要。不但解决了传统机械回收工艺带来的资源浪费、化学浮选回收工艺带来的二次污染问题、以及技术上的缺陷与不足，同时也满足了行业质量要求，避免资源的浪费，响应国家中华人民共和国环境保护税法，减少污染物排放，推进生态文明建设方针，形成良好的经济效益、社会效益和环保效益。

技术实现要素：

鉴于上述状况，亟需提出一种适合大规模工业绿色高效回收废旧锂电池中镍、钴、锰的方法。

本发明采用的技术方案为：生产本发明的目的是提供一种能绿色高效回收废旧锂电池中镍、钴、锰有价金属元素资源、提高废旧锂电池的资源综合回收率、适合大规模工业生产的选矿方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种绿色高效回收废旧锂电池中镍钴锰的方法，包括以下步骤：

步骤一、预放电：包括有nacl溶液浸泡法或低温冷冻法，放出废旧锂电池中含有的残留电量；

步骤二、预处理：机械分离，将锂电池进入对圆锥破碎机细破至3cm×3cm左右的细料，细料送至在温度为400℃～450℃条件下的烘焙炉进行热解，烘焙后的物料输送至高频振动筛进行筛分作业，使正极材料和其它材料物理分离，将筛分后的正极材料送入球磨机进行湿法磨矿，出来的矿浆，进入水力旋流器进行分级，旋流器沉砂用皮带输送至球磨机进行再磨；

步骤三、正极材料的回收工艺：旋流器溢流出的矿浆，其浓度为25％，磨矿细度-0.074mm占比约60％，依次经过三段立环脉动高梯度强磁选机进行回收废旧锂电池中的有价金属物料；粗选作业，用于初步回收镍钴锰有价金属元素物料，具体参数：磁场强度确定1.3特斯拉，磁介质选用特定网介质，脉动的冲程调为10mm，冲次为150rpm；一次扫选，保住从网介质中遗漏的镍钴锰有价金属元素物料，具体作业参数：磁场强度为1.5特斯拉，磁介质选用特定网介质，脉动的冲程调为8mm，冲次为100rpm；二次扫选，继续减小脉冲，提高磁场强度，充分减少有价金属元素的损耗，具体作业参数：磁场强度为1.7特斯拉，磁介质选用特定网介质，脉动的冲程调为5mm，冲次为80rpm；

步骤四、浓缩-脱水：通过磁选作业后的综合磁性产品矿浆依次进入浓密池、真空脱水筛进行浓缩和脱水作业，脱水后得到最终含镍钴锰有价金属元素产品，其中ni含量为20.12％、co含量为20.57％、mn含量为19.08％。

本发明提供一种绿色高效回收废旧锂电池中镍钴锰的方法，采用预放电，预处理一段破碎、一段磨粉和一段高温热处理、三段立环高梯度强磁机联合磁选(一次粗选+两次扫选)的方法来回收废旧锂电池工艺，与传统的化学选别提纯方法相比，本发明具有如下特点：

1、本发明采用全程机械提纯加工工艺，这样不仅可以形成大规模化工业生产，而且有价资源回收率也很大幅度提高，最终可获得合格的制备锂离子电池的正极材料原料。

2、本发明在磁选设备上，采用了立环脉动高梯度强磁选机，立环脉动高梯度强磁选机不仅背景磁场强度大(磁场强度0～1.8特斯拉可以调节)，梯度高，关键还在于配置了脉动装置，脉冲可将磁性物料中的非磁性矿物进行反复冲洗筛选，尽最大程度对杂质物予以去除，最终使磁性物料中含镍钴锰有价金属元素的纯度得以大幅度提高。

3、本发明不仅对污染环境的废旧锂电池原料进行了高效绿色的回收利用，为相关行业提高了经济效益，而且最终的水可以沉降后继续循环利用，且无任何污染。

4、本发明的选矿工艺流程简单、生产规模大、功耗低、回收效率高、选矿环境较好、经济效益高。且整个生产过程属于物理选矿，不使用任何化学物质，为相关部门企业降低了环保压力。

附图说明

图1是本发明绿色高效回收废旧锂电池中镍钴锰的方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明一种绿色高效回收废旧锂电池中镍钴锰的方法进行进一步详细说明。

下面结合实例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参见图1一种绿色高效回收废旧锂电池中镍钴锰的方法，具体步骤如下：

步骤一、预放电：包括有nacl溶液浸泡法或低温冷冻法，放出废旧锂电池中含有的残留电量；废旧锂电池中含有部分残留电量，在进行拆解-破碎处理前应当先将废旧锂电池进行预放电处理，否则残留的电量极有可能在拆解及破碎-磨粉过程中集中释放，同时伴随着处理过程中热量的释放，极有可能引发爆炸，这对操作工人及处理环境无疑带来严重的安全隐患；

步骤二、预处理(机械破碎法)：机械分离，将锂电池进入对圆锥破碎机细破至3cm×3cm左右的细料，细料送至在温度为400℃～450℃条件下的烘焙炉进行热解，烘焙后的物料输送至高频振动筛进行筛分作业，使正极材料和其它材料物理分离。将筛分后的正极材料送入磨机进行湿法磨矿，出来的矿浆，进入水力旋流器进行分级，旋流器沉砂用皮带输送至球磨机进行再磨；

步骤三、正极材料的回收工艺(磁选)：旋流器溢流出的矿浆(浓度25％，磨矿细度-0.074mm占比约60％)依次经过三段立环脉动高梯度强磁选机(一次粗选和两次扫选)进行回收废旧锂电池中的有价金属物料。粗选作业，主要用于初步回收镍钴锰有价金属元素物料，具体参数：磁场强度确定1.3特斯拉，磁介质选用特定网介质，脉动的冲程调为10mm，冲次为150rpm；一次扫选，降低了冲程冲次参数，主要为了保住从网介质中遗漏的镍钴锰有价金属元素物料，提高再生资源回收率，具体作业参数：磁场强度为1.5特斯拉，磁介质选用特定网介质，脉动的冲程调为8mm，冲次为100rpm；二次扫选，继续减小脉冲，提高磁场强度，充分减少有价金属元素的损耗，再次保证了资源回收利用率，具体作业参数：磁场强度为1.7特斯拉，磁介质选用特定网介质，脉动的冲程调为5mm，冲次为80rpm。经过磁选作业后的物料主要为需要回收的有价金属物料和尾料。有价金属物料即为磁性产品，尾料即为非磁产品。

步骤四、浓缩-脱水：通过磁选作业后的综合磁性产品矿浆依次进入浓密池、真空脱水筛进行浓缩和脱水作业，脱水后得到最终含镍钴锰有价金属元素产品，(ni含量为20.12％、co含量为20.57％，mn含量为19.08％)。在电池行业，锂电池的正极材料原料要求：ni％：19.5～21.5；co％：19.5～21.5；mn％：18.0～20.0；(ni+co+mn)％：58.0～62.0。因此，回收得到磁性物料无需调节镍、钴、锰的比例能直接应用于锂离子电池的正极材料制备的镍钴锰复合碳酸盐。

一般的，破碎-磨粉流程中得到的尾料、以及磁选流程中得到的非磁性物进行无害化处理后排入专用尾矿库。

本发明可以连续大规模的生产合格的含镍钴锰有价金属元素产品，因此，可使相关部门企业实现利润最大化，在废旧锂电池的综合回收领域也具有广泛的工业应用前景。

本发明在对废旧锂电池进行试验时，采用本发明和传统的化学选别方法进行了对比，最终产品指标对比表如下：

从表中结果数据可以看出，在原料含镍钴锰比传统化学工艺还低的前提下，通过采用本发明磁性工艺所获得的精矿产量为90.17％，较传统化学工艺提高了9.02个百分点，ni、co、mn各有价金属回收率分别提高13.04、12.55、14.43个百分点。显而易见，各方面指标远远优于传统化学工艺。

综上所述，本发明提供一种绿色高效回收废旧锂电池中镍钴锰的方法，采用预放电，预处理一段破碎、一段磨粉和一段高温热处理、三段立环高梯度强磁机联合磁选(一次粗选+两次扫选)的方法来回收废旧锂电池工艺，与传统的化学选别提纯方法相比，本发明具有如下特点：

1、本发明采用全程机械提纯加工工艺，这样不仅可以形成大规模化工业生产，而且有价资源回收率也很大幅度提高，最终可获得合格的制备锂离子电池的正极材料原料。

2、本发明在磁选设备上，采用了立环脉动高梯度强磁选机，立环脉动高梯度强磁选机不仅背景磁场强度大(磁场强度0～1.8特斯拉可以调节)，梯度高，关键还在于配置了脉动装置，脉冲可将磁性物料中的非磁性矿物进行反复冲洗筛选，尽最大程度对杂质物予以去除，最终使磁性物料中含镍钴锰有价金属元素的纯度得以大幅度提高。

3、本发明不仅对污染环境的废旧锂电池原料进行了高效绿色的回收利用，为相关行业提高了经济效益。而且最终的水可以沉降后继续循环利用，且无任何污染。

4、本发明的选矿工艺流程简单、生产规模大、功耗低、回收效率高、选矿环境较好、经济效益高。且整个生产过程属于物理选矿，不使用任何化学物质，为相关部门企业降低了环保压力。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。