電極材料的溶解浸出

溶解浸出過(guò)程是對(duì)預(yù)處理后得到的電極材料進(jìn)行溶解浸出，使電極材料中的金屬元素以離子的形式進(jìn)入到溶液中，然后通過(guò)各種分離技術(shù)選擇性分離回收其中的主要有價(jià)金屬Co、Li等。溶解浸出的方法主要包括化學(xué)浸出和生物浸出法。

化學(xué)浸出

傳統(tǒng)的化學(xué)浸出方法是通過(guò)酸浸或堿浸的方式實(shí)現(xiàn)電極材料的溶解浸出，主要包括一步浸出法和兩步浸出法。一步浸出法通常采用無(wú)機(jī)酸HCl、HNO3、H2SO4等作為浸出劑對(duì)電極材料直接溶解浸出，但這種方法會(huì)產(chǎn)生Cl2、SO2等有害氣體，故需要進(jìn)行尾氣處理。研究發(fā)現(xiàn)，在浸出劑中加入H2O2、Na2S2O3等還原劑，可有效解決這一問(wèn)題，同時(shí)Co3+被還原成更易于溶解到浸出液中的Co2+，從而提高浸出率。潘曉勇等采用H2SO4-Na2S2O3體系浸出電極材料，分離回收Co、Li。結(jié)果表明，H+濃度3mol/L、Na2S2O3濃度0.25mol/L、液固比15:1，90℃下反應(yīng)2.5h，Co、Li的浸出率高于97%;陳亮等采用H2SO4+H2O2為浸出劑對(duì)活性物質(zhì)進(jìn)行浸出。結(jié)果表明：液固比10:1、H2SO4濃度2.5mol/L、H2O2加入量2.0mL/g(粉料)、溫度85℃、浸出時(shí)間120min，Co、Ni和Mn的浸出率分別達(dá)到97%、98%和96%;陸修遠(yuǎn)等采用H2SO4+還原劑體系浸出廢舊高鎳型鋰離子電池正極材料(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)，研究了不同還原劑(H2O2、葡萄糖及Na2SO3)對(duì)金屬浸出效果的影響。結(jié)果表明：在最適宜條件下，采用H2O2作為還原劑，主要金屬的浸出效果最好，Li、Co、Ni、Mn的浸出率分別為100%、96.79%、98.62%、97%。

綜合看來(lái)，采用酸-還原劑作為浸出體系，相較于直接酸浸，因浸出率更高、反應(yīng)速率更快等優(yōu)點(diǎn)成為目前工業(yè)上處理廢舊鋰離子電池的主流浸出工藝。兩步浸出法是將廢舊鋰電池經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單預(yù)處理后先進(jìn)行堿浸出，使Al以NaAlO2的形式進(jìn)入到溶液中，之后加入浸出酸，并在其中加入還原劑H2O2或Na2S2O3做為浸出液，得到的浸出液通過(guò)調(diào)節(jié)pH值，選擇性沉降A(chǔ)l、Fe并分別回收，將所獲得的母液進(jìn)一步進(jìn)行Co、Li元素的提取和分離。鄧朝勇等采用10%NaOH溶液進(jìn)行堿浸，Al浸出率為96.5%，2mol/L的H2SO4和30%H2O2進(jìn)行酸浸，Co浸出率為98.8%。浸出原理如下：

2LiCoO2+3H2SO4+H2O2→Li2SO4+2CoSO4+4H2O+O2

將所獲得的浸出液，經(jīng)多級(jí)萃取等工藝，最終Co的回收率達(dá)到98%以上。該方法流程簡(jiǎn)單，易于操作，對(duì)設(shè)備腐蝕小，污染少。

生物浸出法

隨著技術(shù)的發(fā)展，生物冶金技術(shù)因其高效環(huán)保、成本低等優(yōu)勢(shì)有著更好的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用前景。生物浸出法是通過(guò)細(xì)菌的氧化作用，使金屬以離子的形式進(jìn)入到溶液。近年來(lái)，有研究者研究了采用生物浸出法浸出廢舊鋰離子電池中的有價(jià)金屬。Mishra等采用無(wú)機(jī)酸和嗜酸菌酸氧化亞鐵硫桿菌對(duì)廢舊鋰電池進(jìn)行浸出，利用元素S和Fe2+作為能源，在浸出介質(zhì)中產(chǎn)生H2SO4和Fe3+等代謝產(chǎn)物，利用這些代謝物溶解廢舊鋰離子電池中的金屬。

研究發(fā)現(xiàn)，Co的生物溶解速度比Li快。Fe2+可以促進(jìn)生物菌生長(zhǎng)繁殖，F(xiàn)e3+與殘留物中的金屬共沉淀。較高的液固比，即金屬濃度的增加，會(huì)抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)，不利于金屬的溶解;Marcináková等在兩種不同介質(zhì)下采用嗜酸細(xì)菌的聚生體對(duì)Li和Co進(jìn)行生物浸出。富含營(yíng)養(yǎng)的培養(yǎng)基由細(xì)菌生長(zhǎng)所需的所有礦物質(zhì)構(gòu)成，低營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基以H2SO4和元素S作為能源。研究發(fā)現(xiàn)，在富營(yíng)養(yǎng)環(huán)境中，Li和Co的生物浸出率分別為80%和67%;而在低營(yíng)養(yǎng)環(huán)境中，僅溶解35%的Li和10.5%的Co。生物浸出法相較于傳統(tǒng)的酸-還原劑浸出體系，具有成本低、綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，但主要金屬(Co、Li等)的浸出率相對(duì)較低，工業(yè)化大規(guī)模處理具有一定的局限性。