从含金属残留物回收钴离子、镍离子和锰离子的方法与流程

本发明涉及从含金属残留物、特别是从电池回收钴离子、镍离子和锰离子的方法。具体来说，涉及一种从残留物回收钴离子、镍离子和锰离子的方法，所述方法包括使用乳酸作为浸提和沉淀剂。

背景技术：

1、含金属残留物的处置迄今为止主要通过沉积在垃圾填埋场中、焚烧或热冶金过程，对环境具有相当大污染，并且金属材料回收率低。最常见的含金属残留物是来自于金属工业活动的残留物例如合金和金属催化剂，或来自于失效的电子设备例如笔记本电脑和手机电池。

2、具体来说，电池对于我们日常生活中使用的电子设备中的能量存储至关重要，所述电子设备从小型便携式电子设备(ped)如手机和笔记本电脑到医疗设备或电动汽车(ev)。

3、电池包括大量种类的材料，它们包含有价值的金属(li、co、ni、mn、cu、al……)、石墨和有机化合物。电池通过离子和电子在被多孔膜隔开的阳极和阴极之间的可逆运输发挥作用，所述多孔膜通常由塑料制成并填充有含有添加剂盐的有机电解质。阳极和阴极由附着到集电箔(铜和铝)上的活性电极材料(例如钴、镍、锰和铁)的粉末构成。

4、三种最流行的电池是镍镉电池、镍金属氢化物电池和锂离子电池。然而，锂离子类型是被ped和ev行业采用的主要电池技术，其占近期全球电池需求增长的大部分。除了锂之外，这些锂离子电池还包括一些其他原材料例如钴、镍、锰、铝和铁。

5、未来废物预测估计到2030年将有累积4百万吨报废(eol)的ev电池模块，这高于当前的全球回收利用能力。因此，欧洲的立法规定所有收集的废电池必须经过处理和回收利用。然而，尽管在持续地广泛进行，但回收和再利用报废(eol)电池材料的方法仍在开发中。

6、常用的回收电池的方法可以分为三种不同类型：机械、火法冶金和湿法冶金方法。目前，在商业化工业规模上，将它们的组合用于回收电池的金属原材料。

7、回收方法通常包括几个步骤。在第一个初始阶段中，在收集和选择电池后，将电池放电(浸泡在盐溶液中)并进行机械处理(即切碎或压碎，过筛，空气、水浴或磁性分离)。当破坏电池的结构时，获得外壳(钢)、集电器(cu、al)、塑料隔板、电解质和活性物质(am)(即licoo2)的混合物。在这一阶段后，材料被转变成黑色研磨粉末，被称为黑色物质(bm)。第二阶段可以是火法冶金处理。在实际的工业回收过程中，这些处理是传统的处理，其涉及三个不同步骤：热解、还原和焚烧。最后，在最终阶段中进行湿法冶金处理。通常，这个步骤涉及浸提在上一步骤中获得的bm，以将所述bm中存在的物质通过化学反应转化成新的化合物。最常用的浸提溶液含有无机酸例如硫酸、盐酸和硝酸。最后，可以通过添加沉淀剂进行最终沉淀，以回收原始的感兴趣的化合物。

8、然而，上述回收过程有几个缺点。具体来说，由于使用了极端实验条件和有害污染试剂，它们对环境具有极大的负面影响。此外，这些方法不能高效回收废电池中存在的所有金属物质，例如锂、钴、镍、锰和铁，特别是镍和钴。

9、因此，从本领域中已知的情况可以推论，对提供环境友好、易于工业规模放大、更高效、安全且选择性的用于回收利用含金属残留物(例如废电池)、特别是用于从含金属残留物回收钴离子、镍离子和锰的方法，仍存在着需求。

技术实现思路

1、本发明人提供了一种从含金属残留物例如电池选择性回收金属离子钴、镍和锰的高效方法。具体来说，本发明人发现，将乳酸用作浸提剂以及沉淀剂允许提高钴、镍和锰从含金属残留物的回收效率，而不损害它对所述残留物中的剩余金属组分的选择性。具体来说，本发明的方法允许在第一遍提取中获得高于80％的钴提取得率、高于70％的镍提取得率和高于85％的锰提取得率。

2、与现有技术的方法相比，本发明的方法可以在反应混合物中的金属固体残留物例如废电池与浸提溶液的液体之间的比率高的情况下进行，同时维持高回收得率和高选择性。

3、此外，所述方法是通用的，因为可以使用巨大范围的金属残留物、特别是废电池残留物作为起始原料。具体来说，本发明的方法允许从尚未经历现有技术中所公开的复杂的火法冶金预处理的金属残留物(即废电池残留物)高效并选择性地回收钴、镍和锰。

4、本发明人还已发现，所述方法还暗示了使用温和条件下的简单分离步骤例如过滤步骤或甚至使用非有机溶剂从固体滤饼回收钴、镍和锰；这允许将所述方法中获得的具有少量钴、镍和锰的滤液重新用作浸提溶液。

5、并且此外，本发明的方法的另一个有利之处在于它在不存在有害试剂的情况下和温和反应下进行，这意味着它是环境友好的，并且确保了雇员的安全和健康，这也是有利的，因为更易于它的工业规模放大。

6、本发明的方面涉及一种从含金属残留物回收选自钴、镍、锰的一种或多种金属离子及其混合物的方法，包括：a)用包含乳酸的浸提溶液浸提所述残留物，以获得由包含乳酸钴、乳酸镍、乳酸锰或其混合物的滤液1和固体滤饼1形成的浸提混合物；b)从所述在步骤a)中获得的浸提混合物分离所述滤液1；c)从所述在步骤b)中获得的滤液1沉淀所述乳酸钴、乳酸镍、乳酸锰或其混合物，以获得由滤液2和包含所述乳酸钴、乳酸镍、乳酸锰或其混合物的沉淀物1形成的沉淀混合物；和d)从所述在步骤c)中获得的沉淀混合物分离所述包含乳酸钴、乳酸镍、乳酸锰或其混合物的沉淀物1；或者，a)用包含乳酸的浸提溶液浸提所述残留物，以获得由包含乳酸钴、乳酸镍、乳酸锰或其混合物的滤液1和固体滤饼1形成的浸提混合物；e)从所述在步骤a)中获得的滤液1沉淀所述乳酸钴、乳酸镍、乳酸锰或其混合物，以获得由滤液3和包含所述乳酸钴、乳酸镍、乳酸锰或其混合物的固体滤饼2形成的沉淀混合物；和f)从所述在步骤e)中获得的沉淀混合物分离所述固体滤饼2；和g)从所述固体滤饼2分离所述乳酸钴、乳酸镍、乳酸锰或其混合物。

技术特征：

1.一种从含金属残留物回收选自钴、镍、锰的一种或多种金属离子及其混合物的方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述残留物选自废电池、金属合金和金属催化剂，特别是电池。

3.根据权利要求1或2中的任一项所述的方法，其中所述残留物选自包含钴的残留物、包含镍的残留物、包含锰的残留物、包含钴和镍的残留物、包含钴和锰的残留物、包含镍和锰的残留物和包含钴、镍和锰的残留物。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中：

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中所述方法还包括将所述在步骤d)中获得的滤液2、所述在步骤f)中获得的滤液3、在步骤d)中获得的滤液2的混合物、在步骤f)中获得的滤液3的混合物或其混合物置于回收选自锂离子、铜离子、铝离子的一种或多种金属离子及其混合物的条件下。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，其中所述残留物为黑色物质的形式。

7.根据权利要求1-6中的任一项所述的方法，其中所述浸提溶液还包含一种或多种有机酸、一种或多种还原剂、一种或多种质子受体、一种或多种溶剂及其混合物。

8.根据权利要求1-7中的任一项所述的方法，其中所述浸提溶液包含相对于所述浸提溶液的总重量10至40重量％的乳酸。

9.根据权利要求1-8中的任一项所述的方法，其中所述浸提溶液：

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述浸提溶液包含：

11.根据权利要求1-10中的任一项所述的方法，其中所述步骤a、c和e中的每一者在20℃至100℃的温度下进行。

12.根据权利要求1-11中的任一项所述的方法，其中步骤a中所述残留物与浸提溶液之间的重量关系为1:5至1:70。

13.根据权利要求1-12中的任一项所述的方法，其中：

14.根据权利要求1-13中的任一项所述的方法，其中：

15.根据权利要求1-14中的任一项所述的方法，其中：

16.根据权利要求1-15中的任一项所述的方法，其中所述方法还包括向所述在步骤a)中获得的浸提混合物添加选自还原剂和氧化剂的一种或多种添加剂的额外步骤。

技术总结
从含金属残留物回收钴离子、镍离子和锰离子的方法。本发明涉及一种从含金属残留物回收选自钴、镍、锰的一种或多种金属离子及其混合物的方法，包括：A)用包含乳酸的浸提溶液浸提所述残留物，以获得滤液1和固体滤饼1；B)分离所述滤液1；C)从所述滤液1沉淀乳酸钴、乳酸镍或乳酸锰，以获得滤液2和沉淀物1；和D)分离所述沉淀物1；或A)用所述浸提溶液浸提所述残留物，以获得滤液1和固体滤饼1；E)从所述滤液1沉淀乳酸钴、乳酸镍或乳酸锰，以获得滤液3和固体滤饼2；和F)分离所述固体滤饼2；以及G)从所述固体滤饼2分离所述乳酸钴、乳酸镍或乳酸锰。

技术研发人员：J·伊达尔戈贝坦索斯,L·尤拉曼迪萨拉索拉,A·斯里瓦尔德达纳,C·德利欧加泰鲁鲁提亚
受保护的技术使用者：泰克纳利尔研究与创新基金会
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12