新能源电池回收技术工艺技术分析

Connor DOGE狗狗币交易所 2022-12-23 210 0

回收技术工艺技术分析

鉴于废旧锂离子电池及其生产废料具有环境危害性和资源价值性的双重属性，世界各国的研究者对其资源化利用技术开展了大量研究，成为近年来电子废物处理及资源化利用领域的研究热点期货技术分析。正极材料约占整个锂离子电池制造成本的 30%~50%，是锂离子电池中价值最高的部件，主要由于正极材料中含有锂、钴和镍等高价值的有色金属，同时随着正极材料制备及改性技术的不断发展，正极材料的组成将越来越复杂，因此废锂离子电池回收的重点和难点是正极材料。

目前废旧锂离子电池回收工艺主要包括湿法冶金、火法冶金、生物冶金及其组合工艺期货技术分析。为了克服现有回收工艺存在的处理成本高、回收率低、环境风险高和流程复杂等缺点，从废旧锂离子电池中再制备正极材料的短程清洁工艺受到国内外研究者的青睐，并有望成为废旧锂离子电池高值化利用的发展方向。

（1）直接拆解回收技术

直接拆解回收技术，从广义上讲，即将退役锂离子电池直接利用，将退役后的电池进行余能检测、重装分选后进行再次利用，直至电池电化学性能或安全性能达不到相关的标准，然后进行回收处理期货技术分析。狭义来讲，直接拆解回收技术路线即通过电极材料物化性质的差异以实现有价组分的高效选择性分离，即利用材料导电性、密度、磁性、粒径等差异，采取静电选、浮选、磁选、筛分等多手段联用，将有价组分高效提取分离，分离后的金属和塑料制品直接出售至回收站，有价组分的材料打包出售至具有处理资质的公司，以达到利益最大化的目的（图1）。传统的直接回收技术主要采用人工操作，拆解效率低且操作环境不利于一线拆解员工的健康。随着锂离子电池废弃量的增加，现在逐渐推出了以破碎与分选为主的自动化拆解系统。

由于新能源电池技术的进一步发展，未来电池无钴化、低成本化发展会致使退役锂离子电池其本身具有的价值降低（有价金属含量较低），因此，价格较为昂贵的湿法回收技术并不适用于经济效益较低的电池体系回收期货技术分析。通过直接拆解回收法的参与，使得未来多元化电池体系的分类回收成为可能，也将积极推进多层次回收体系的构筑。

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图1　退役锂离子电池直接拆解回收常规技术路径

（2）湿法回收技术

湿法回收技术原理及研究现状期货技术分析。

湿法回收技术是将待处理原料中的有用组分转入酸性溶液或碱性溶液中，与未转入溶液的浸出渣分离，然后对浸提的溶液进行纯化与富集，进而对净化后溶液中的目标金属或化合物进行提取回收期货技术分析。除钢铁外，湿法回收技术在金属提炼中的应用已较为成熟。这是因为大多数的矿物组成复杂，需要对矿物进行分解、提纯和除杂，这些要求均离不开湿法回收技术的参与。废旧锂离子电池的处理中，湿法回收技术主要与预处理（拆解、破碎、分选、热处理等）相结合，原料为废旧锂离子电池的集流体与电极材料，利用沉淀法、萃取法、离子交换法等技术分离提纯回收钴、锂、镍、铜等有价金属及其化合物。

目前针对湿法回收技术领域，国内外已经进行了较为深入的研究期货技术分析。主要研究领域围绕采用有机溶剂或氨性体系混合萃取剂对退役锂离子电池中钴和锂等有价金属的萃取分离工艺和过程。如利用柠檬酸加过氧化氢体系浸提废旧钴酸锂材料中的有价金属，之后将浸提液分别依次在85℃、120℃和 450℃下保持5h、24h 和 3h，得到钴酸锂和四氧化三钴的混合物；此外，部分研究机构通过对废旧钴酸锂正极材料进行氢氧化钠碱浸除铝、硫酸溶钴和锂、磷酸二异辛酯除杂、草酸钴沉钴后，将得到的草酸钴与氢氧化锂混合，在800℃的高温条件下烧结8h，最终得到电池用钴酸锂。上述湿法回收技术的研究加快了废旧锂离子电池资源化回收进程。

电化学处理技术是在电场作用下，在一定电解质溶液中，使溶液中的金属离子沉积到阴极表面的过程，具有投入成本低、回收效率高、二次污染少等优点期货技术分析。近些年，国内外部分研究机构在电子废弃物处理领域得到了很好的研究及应用，如某研究机构采用酸浸 + 电沉积的方法对印制电路板中的铜进行提纯，回收得到的铜纯度高达98% ；或者采用先酸浸后电解的方法研究了锂离子电池正极材料中钴的电化学浸出过程，钴的回收率高达96% ；也有研究机构利用硝酸浸出废旧锂离子电池正极材料中的钴酸锂，并指出过量的氢氧根是钴酸锂电沉积的必要条件。

湿法回收技术流程期货技术分析。

湿法回收技术主要流程为预处理过程、浸出过程及纯化过程期货技术分析。在预处理过程中，工业上一般通过低温液氮穿孔、盐溶液浸泡的方式进行放电；浸出过程主要通过无机酸（硫酸）浸出实现有价金属元素的富集；纯化过程主要包括化学沉淀和化学萃取等步骤。传统工业湿法回收技术路线（图2）中，浸出过程对无机酸、化学沉淀剂 / 萃取剂的使用，导致了动力蓄电池回收过程，具有潜在的操作危险和环境威胁。因此，需完善湿法回收技术，构筑新型绿色浸出再生技术。此外，开发绿色浸出剂以取代传统无机酸浸出剂，也是未来湿法回收路线改进的方向之一。

图2　传统工业湿法回收技术路线

（3）火法回收技术

火法回收技术是指在高温条件下从冶金原料中提取或精炼有色金属的技术期货技术分析。火法回收技术在废旧锂离子电池处理中的应用，主要是通过焚烧或热处理步骤分离电池的外壳、黏结剂、隔膜等，然后通过沉淀和浮选工艺得到金属和化合物。

国内外针对火法回收技术的研究较为全面，经常采用火法回收技术回收废旧锂离子电池中的金属期货技术分析。首先通过手工拆解获得电芯，然后将电芯与焦炭、石灰石混合，在高温条件下还原得到铜、钴、镍等，并将其应用于含碳合金中。

同样，国际金属回收公司 Inmetco 也利用负极材料石墨为还原剂，在高温条件下得到含钴、镍和铁的铁基合金，而其他金属（如锂）则以炉渣的形式排出，有机材料在高温条件下焚烧期货技术分析。

从上述研究可以看出，火法回收技术处理废旧锂离子电池，工艺简单，应用广泛，但是缺点较多期货技术分析。例如，耗能高、回收率低、二次污染不可避免，同时其有机溶剂、黏结剂等在高温处理的过程中会释放二噁英、呋喃等有毒气体。因此，火法回收技术在废旧锂离子电池中的应用受到一定的限制，图3所示是典型火法回收技术处理废旧锂离子电池工艺流程图。

国内极少有回收厂将预处理后的电池直接火法处理以提炼合金期货技术分析。目前国内电池回收路线中，主要采用火法 - 湿法复合联用的方式来进行退役动力蓄电池有价金属的回收。将磷酸铁锂电池进行火法处理，也与其物化性质相关，与层状结构的三元材料相比，磷酸铁锂电池具有相对较低的分解温度，因此采用火法回收技术去处理磷酸铁锂电池显然更具有优势性。火法回收技术虽然在产物纯度上不及湿法回收技术，但随着磷酸铁锂电池的大规模退役，以及湿法回收技术处理速度较慢的劣势，火法回收技术仍具有独特优势，未来可能会有电池回收厂商积极布局其中，使其得到良性的发展。

图3　典型火法回收技术处理废旧锂离子电池工艺流程图

（4）生物法回收技术

生物法回收技术涉及生物、冶金、化学等多个领域，它主要是利用微生物新陈代谢，将待处理物质中的有用组分选择性地溶解出来，接着对获得的溶液进行净化、富集，从而回收有价金属，此法不但可以实现杂质组分的分离，还可以获得含有目标金属的溶液期货技术分析。目前，生物法回收技术由于其特殊的优势，在电子废弃物中应用广泛，如利用氧化亚硫杆菌提取废旧印制电路板中铜，或者利用对金属耐受能力极强的氧化亚硫杆菌，在酸性条件下，结合生物淋滤的技术回收废旧锂离子电池中的铜、钴及镍，金属回收率均达到 99%。国内研究机构运用混合菌群（氧化亚铁硫杆菌和氧化硫杆菌）实现钴、锂和镍的浸出，浸出率分别为99.2%50.4% 和 89.9% 。综合来看，生物法回收技术是一种低投资、低污染和高效率的替代方法，但是目前仍处于实验室阶段，有很多需要解决的问题。比如，废旧锂离子电池产品的多样性使得用于处理的微生物菌种需要定向培育，耗费时间长，培养步骤复杂。另外，生物法回收技术的机理尚有不明确的地方，仍需要进一步研究。

本文主要内容来自《中国新能源电池回收利用产业发展报告（2021）》