论文部分内容阅读
本论文归纳了废旧锂离子二次电池回收的现状。对钴酸锂浸出过程进行电位-pH图分析及动力学研究,根据所得结果确定了湿法回收钴酸锂废极片的新工艺流程。
通过Li-Co-H<,2>0体系电位-pH图分析得知,LiCoO<,2>稳定存在于弱酸和强碱的环境,并在理论上为LiCoO<,2>浸出提供了三条途径:(1)保持体系电位不变,降低体系pH值,使LiC<,o>O<,2>转化为中间产物Co(OH)<,3>,然后转化为Co<2+>进入溶液;(2)同时降低体系的电位和pH值,使LiCoO<,2>直接反应为Co<2+>进入溶液;(3)首先降低体系的电位,使LiCoO<,2>转化为中间产物Co(OH)<,2>,然后再降低体系的pH值,使Co(OH)<,2>转化为Co<,2+>进入溶液。通过对常温下和333K温度下Li-Co-H<,2>O体系电位-pH图比较,发现:温度升高,LiCoO<,2>的稳定区域向低pH值和低电势区域转移,对于回收途径(1)和(3)不利,而对回收途径(2)有利。
通过动力学研究,发现在LiCoO<,2>的硫酸浸出过程,所得数据符合化学反应控制模型,并得出反应活化能为33.505k/mol,说明表面化学反应为反应控制步骤。因此,导致了浸出速率缓慢,浸出率低,也说明采用硫酸浸出无法有效的对LiCoO<,2>进行回收;在硫酸加双氧水的还原浸出过程中,LiCoO<,2>和双氧水在酸性环境下发生氧化还原反应,反应机理和历程与硫酸浸出不同,反应速率快、浸出时间短,浸出率大大高于酸性浸出。
根据上面结果,确定了钴酸锂废极片回收的新工艺,工艺流程分为还原酸浸、除铝、沉钴、煅烧四步。通过单因素实验,得到还原酸浸的实验条件为:液固比6:1、硫酸浓度2.0mol/L、双氧水1.2mL/(g原料)、温度60℃、时间120min,钴的浸出率可达99%,而铝的浸出率可以控制在35%左右;除铝过程的实验条件为:温度80℃、终点pH控制在5.5~6.0之间、陈化时间为30~60min,铝可以除去,而钴的损失低于2%;沉钴过程的实验条件为:pH=4~5、温度40~50℃、草酸铵用量为理论量的120%,草酸钴的沉淀率大于99%;再经过草酸钴煅烧,所得产品氧化钴成分达到了CO<,2>O<,3>-Y1(GB6518-86)的要求。