【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于正极活性材料回收领域，具体涉及一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法。
技术介绍
1、随着电动汽车产业的蓬勃发展，大量锂离子电池在使用5~8年后逐渐报废，引发了如何高效回收其中有价金属的现实课题。ncm（linixcoymn1~x~yo2）作为普遍应用的三元正极材料，因其高能量密度和出色的综合性能而备受青睐。然而，废旧锂电池中所含的锂（li）、镍（ni）、钴（co）与锰（mn）等关键元素的再利用是实现资源循环与可持续发展的关键环节。若处理不当，不仅会造成宝贵资源的浪费，还会对环境带来潜在影响。
2、针对废旧锂电池的回收，目前工业上普遍采用的流程包括前期的拆解与富集环节，利用机械破碎、分选等手段去除塑料、铁、铝、铜等外部结构材料，并将正负极活性材料相对集中，得到含有大量正极活性材料、石墨与少量杂质金属的“黑粉”。对于这一混合物，后续常用的处理路线主要分为湿法冶金和火法冶金两大类。
3、湿法冶金工艺是中国目前的主要工业化回收手段。通常在酸浸过程中使用硫酸与双氧水的组合，使得锂、镍、钴、锰以及其他金属全部溶解到浸出液中，再通过沉淀、溶剂萃取、离子交换等方法分步回收各金属。该技术投资门槛相对较低，金属溶出率高，能较好地实现资源回收。然而，所有金属同时进入溶液意味着后续分离与提纯过程将变得复杂且耗时，加之酸、碱等化学试剂的大量消耗与废液排放，也带来了环境管理与经济成本上的双重压力。
4、随着废旧电池数量的进一步增长，火法冶金逐渐成为关注热点。此技术具有处理量大、流程相对简短、对不同种类的
5、从以上分析可见，传统火法冶金方法在锂回收率、能源利用效率以及后续合金精炼方面都存在局限性；而湿法冶金虽然在常温下便可实现较高金属溶出率，却需要繁琐的多步分离与提纯过程，并产生大量废液。因此，需要一种能够简化金属回收流程、降低物耗与能耗、提升金属回收率与利用率的新型工艺来应对上述挑战。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法，旨在通过硫酸镁对废锂电池黑粉进行硫化还原焙烧，结合水浸步骤实现回收li的目的，然后利用稀硫酸从水浸残渣中回收硫酸镁，实现循环再利用，并将得到的酸浸渣与回收的li重新配比烧结，同步实现正极活性材料的再生。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供的一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法，包括如下步骤：
3、1）将废锂电池黑粉、硫酸镁和碳源按照n（me）:n（mgso4）:n（c）=1:1.2~1.8:1.8~2.5的物质的量比进行配料混合，其中n（me）为废锂电池黑粉中镍钴锰的摩尔总量，然后将混合物置于真空或惰性气氛下进行焙烧，以获得焙烧产物，其中，所述废锂电池黑粉是废锂离子电池经一系列预处理工序后得到的以镍、钴、锰、锂等金属元素和碳、氧等非金属元素构成的黑色或灰黑色粉料；所述焙烧的温度为600~900℃，当废锂电池黑粉中的碳含量满足配比要求时，碳源的加入量则为0；
4、2）将步骤1）获得的焙烧产物按照焙烧产物:水=1:5~1:15 g/ml的质量体积比加入到水中进行水浸处理，经抽滤后得到硫酸锂溶液和水浸渣；
5、3）将步骤2）得到的硫酸锂溶液逐渐加入到饱和碳酸钠溶液中，进行沉锂，直至碳酸锂沉淀完全，即得碳酸锂沉淀，实现金属锂的回收，在该步骤中，饱和碳酸钠溶液应当保持过量，以确保硫酸锂能充分转化成碳酸锂沉淀；
6、4）将步骤2）得到的水浸渣干燥，加入稀硫酸进行酸浸处理，经过滤后得到酸浸渣和硫酸镁溶液，然后将硫酸镁溶液进行蒸发结晶处理，得到硫酸镁沉淀，即实现硫酸镁回收循环；
7、5）将步骤4）得到的酸浸渣与步骤3）得到的碳酸锂混合，经烧结后即得再生三元正极活性材料。
8、需要说明的是，本专利技术中的废锂电池黑粉是指废锂离子电池经本领域常见的物理性预处理工序后得到的以镍、钴、锰、锂等金属元素和碳氧等非金属元素构成的黑色或灰黑色粉料。在本专利技术中，相同组分与含量的废锂电池黑粉即使经过的物理性预处理工艺不同也并不会影响本专利技术的相关技术效果。
9、根据本专利技术一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法的优选方案，所述步骤1）中，以质量计，所述废锂电池黑粉的组分包括：ni：15-80%，co：5-30%，mn：5-30%，li：2-10%，al：0-1%，ca：0-0.3%，mg：0-0.3%，fe：0-0.3%，cu：0-1%，c：0-35%。
10、根据本专利技术一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法的优选方案，所述步骤1）中，所述焙烧的时间为1~3h。
11、根据本专利技术一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法的优选方案，所述步骤2）中，所述水浸处理的时间为1~3h、温度为20~40℃。
12、根据本专利技术一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法的优选方案，所述步骤3）中，所述饱和碳酸钠的浓度为1.5~2mol/l。
13、根据本专利技术一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法的优选方案，所述步骤4）中，所述酸浸处理的时间为1~3h、温度为40~80℃。
14、根据本专利技术一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法的优选方案，所述步骤4）中，所述稀硫酸的浓度为0.2~0.6mol/l，其加入量根据酸浸后酸浸渣中n（me）:n（mg）=1:0.02~1:0.05的物质的量比进行确定，其中n（me）为酸浸渣中镍钴锰的摩尔总量，所述稀硫酸添加量可根据酸浸后酸浸渣中残余镁含量进行多次添加调节。
15、根据本专利技术一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法的优选方案，所述步骤5）中，将所述步骤4）得到的酸浸渣与步骤3）得到的碳酸锂按照li:ni:co:mn:mg=1~1.1:0.5:0.2:0.3:0.02~0.05的物质的量比进行混合，当ni、co和/或mn的含量不足时，可通过添加硫酸镍、硫酸钴和/或硫酸锰的方式进行补足。
16、根据本专利技术一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法的优选方案，所述步骤5）中，所述烧结的气氛为氧气气氛，先在750~800℃下预烧结不低于5h，然后升温至900~950℃烧结不低于20h。
17、本专利技术创造性地发现，与传统碳-硫体系的硫化还原焙烧相比，采用碳-硫酸盐体系进行硫化还原焙烧能够显著优化反应顺序，促进锂的硫酸盐化。在传统碳-硫体系中，金属的硫化过程是依次进行的，随着硫的加入，金属的硫化顺序为镍、钴、锰、锂。这种顺序导致锂的硫化往本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法，其特征在于，所述步骤1）中，以质量计，所述废锂电池黑粉的组分包括：Ni：15-80%，Co：5-30%，Mn：5-30%，Li：2-10%，Al：0-1%，Ca：0-0.3%，Mg：0-0.3%，Fe：0-0.3%，Cu：0-1%，C：0-35%。
3.根据权利要求1所述的一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法，其特征在于，所述步骤1）中，所述焙烧的时间为1~3h。
4.根据权利要求1所述的一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法，其特征在于，所述步骤2）中，所述水浸处理的时间为1~3h、温度为20~40℃。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法，其特征在于，所述步骤3）中，所述饱和碳酸钠的浓度为1.5~2mol/L。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法，其特征在于，所述步骤4）中，所述酸浸处理的时间为1
7.根据权利要求1-4任一项所述的一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法，其特征在于，所述步骤4）中，所述稀硫酸的浓度为0.2~0.6mol/L，其加入量根据酸浸后酸浸渣中n（Me）:n（Mg）=1:0.02~1:0.05的物质的量比进行确定，其中n（Me）为酸浸渣中镍钴锰的摩尔总量，所述稀硫酸可根据酸浸后酸浸渣中残余镁含量进行多次添加调节。
8.根据权利要求1-4任一项所述的一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法，其特征在于，所述步骤5）中，将所述步骤4）得到的酸浸渣与步骤3）得到的碳酸锂按照Li:Ni:Co:Mn:Mg=1~1.1:0.5:0.2:0.3:0.02~0.05的物质的量比进行混合，当Ni、Co和/或Mn的含量不足时，可通过添加硫酸镍、硫酸钴和/或硫酸锰的方式进行补足。
9.根据权利要求1-4任一项所述的一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法，其特征在于，所述步骤5）中，所述烧结的气氛为氧气气氛，先在750~800℃下预烧结不低于5h，然后升温至900~950℃烧结不低于20h。
...【技术特征摘要】
1.一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法，其特征在于，所述步骤1）中，以质量计，所述废锂电池黑粉的组分包括：ni：15-80%，co：5-30%，mn：5-30%，li：2-10%，al：0-1%，ca：0-0.3%，mg：0-0.3%，fe：0-0.3%，cu：0-1%，c：0-35%。
3.根据权利要求1所述的一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法，其特征在于，所述步骤1）中，所述焙烧的时间为1~3h。
4.根据权利要求1所述的一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法，其特征在于，所述步骤2）中，所述水浸处理的时间为1~3h、温度为20~40℃。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法，其特征在于，所述步骤3）中，所述饱和碳酸钠的浓度为1.5~2mol/l。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种利用硫酸镁循环再生正极活性材料的方法，其特征在于，所述步骤4）中，所述酸浸处理的时...
【专利技术属性】
技术研发人员：王哲，刘锦桦，焦树强，张振想，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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