廢舊鋰離子電池直接還原熔煉高效分離回收有價(jià)金屬研究.pdf

1、本論文研究?jī)?nèi)容為中央企業(yè)電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟共性技術(shù)項(xiàng)目“電池的回收再利用技術(shù)研究”，長(zhǎng)沙礦冶研究院有限責(zé)任公司技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)項(xiàng)目“廢舊鋰離子電池免拆解直接還原熔煉-濕法浸出分離回收有價(jià)金屬技術(shù)開發(fā)及工業(yè)示范應(yīng)用（Ⅰ）”的一部分，以典型的鋁殼鋰離子電池、無M n聚合物鋰離子電池和含Mn（Mn≥20 wt.％）聚合物鋰離子電池、含Cr鋼殼鋰離子電池四種類型電池為對(duì)象，采用Factsage熱力學(xué)模擬計(jì)算軟件分析還原熔煉過程中主要元素的反應(yīng)行為，開展

2、退役鋰離子電池直接還原熔煉回收有價(jià)金屬（銅、鈷、鎳等）的工藝技術(shù)研究，XRD和SEM-EDS分析爐渣的組成及結(jié)構(gòu)，獲得如下研究結(jié)論：
　?。?）廢舊鋰離子電池還原熔煉處理，Co、Ni、Cu是回收再利用的目標(biāo)元素；Al、Mn、Cr是影響還原熔煉效果的關(guān)鍵元素；氧分壓和熔煉溫度是影響熔煉效果的關(guān)鍵因素。含錳聚合物鋰離子電池宜采用較高氧分壓熔煉，使Mn主要以MnO形式進(jìn)入爐渣中；含Cr鋼殼鋰離子電池宜采用較低氧分壓熔煉，使Cr進(jìn)入合金中

3、，確保渣中CrO（Cr2O3）含量不影響爐渣粘度。含鋁或錳高的鋰離子電池更適宜于采用FeO-SiO2-Al2O3渣型熔煉。
　?。?）各種類型廢舊鋰離子電池采用 CaO-SiO2-Al2O3渣型還原熔煉，均可取得理想的有價(jià)金屬回收率指標(biāo)，熔煉的合適爐渣組成為CaO/SiO2值0.83～1.28(w/w)，Al2O3含量8.44～13.33wt.%，MgO含量4.0～7.5wt.%。鋼殼鋰離子電池中Cr大部分進(jìn)入合金中；聚合物鋰離子

4、電池中的Mn主要進(jìn)入爐渣中。10千克級(jí)中頻感應(yīng)爐試驗(yàn)很好地重復(fù)了小型試驗(yàn)結(jié)果，最佳工藝條件（造渣劑用量5.0(w/w)，造渣劑中CaO/SiO2（w/w）=1.50，熔煉溫度1500℃，熔煉時(shí)間40min）下，Co、Ni、Cu回收率分別為99.01%、99.22%、97.33%。
　?。?）鋁或錳含量較高的廢舊鋰離子電池適宜采用FeO-SiO2-Al2O3渣型還原熔煉，合理渣型組成為FeO/SiO2=0.58～1.03(w/w)或

5、(FeO+MnO)/SiO2=0.50～1.08(w/w)，Al2O3含量為17～22wt.%，在最佳熔煉條件下（熔煉溫度1450℃，熔煉時(shí)間15～30min）小型熔煉試驗(yàn)Co、Ni、Cu的回收率均超過95%。10千克級(jí)中頻感應(yīng)爐熔煉試驗(yàn)很好地重復(fù)了小型試驗(yàn)結(jié)果，最佳工藝條件下，廢舊鋁殼鋰離子電池中Co、Ni、Cu回收率分別為97.21%、98.93%、93.60%。
　　（4）廢舊鋁殼鋰離子電池采用FeO-SiO2-Al2O3渣

6、型還原熔煉，以銅渣作造渣劑，產(chǎn)出爐渣的主要礦物成分為鐵橄欖石和鐵鋁尖晶石，渣中銅主要以冰銅形式存在，爐渣中銅的損失與鐵橄欖石結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，為了使?fàn)t渣中銅損失低，鐵橄欖石應(yīng)以細(xì)粒不連續(xù)狀存在。
　?。?）廢舊鋁殼鋰離子電池采用低溫焙燒-高溫還原熔煉處理（10千克級(jí)中頻感應(yīng)爐試驗(yàn)），最佳工藝條件為：造渣劑用量為鋁殼電池質(zhì)量的3.0倍，焙燒溫度800℃，焙燒時(shí)間70min；熔煉溫度1450℃，熔煉時(shí)間20min，合金中Co、Ni、Cu回