编号：FTJS107845
篇名： 新型萃取体系从废旧锂电池浸出液中萃取分离镍钴的研究
作者： 程迎禧
关键词： 废旧三元锂电池; 协同萃取; 镍; 钴; 分离纯化;
机构：桂林理工大学
摘要： 随着目前新能源电动汽车和新型储能器件的大规模应用,锂离子电池需求量与报废量呈现井喷式增长趋势。废旧锂电池正极材料中富含具有回收价值的金属与有毒有害物质,因此合理回收废旧锂电池中的有价金属对锂离子电池行业的可持续发展与生态环境保护至关重要。废旧三元锂电池正极材料浸出液的成分复杂,过渡金属的化学性质相似,金属离子间的浓度差异大。因此,单一萃取体系同步萃取分离浸出液中的有价金属面临较大困难。有机羧酸/羟基肟协萃体系因能够高效实现Ni2+或Co2+与Mn2+、Mg2+和Ca2+的同步分离而成为目前研究的热点,但该类协萃体系普遍存在Ni2+的反萃速率很慢的缺陷。针对上述问题,本文以湿法回收废旧镍钴锰酸锂电池正极材料浸出液为研究对象,研究了Isononanoic acid/Mextral 984H协萃体系对镍钴的萃取分离性能。并通过添加改性剂Aliquat336改善了该协同体系Ni2+的反萃性能,从而有效降低了萃取工艺的运行能耗,实现了对废旧锂电池浸出液中有价金属的高值化回收。主要研究成果如下: （1）研究不同混合萃取体系对镍钴与锰钙镁杂质的同步分离性能,遴选出对Ni2+、Co2+分离性能最佳的Isononanoic acid/Mextral 984H萃取体系,结果表明Mextral 984H对Isononanoic acid萃取Ni2+、Co2+有显著的正协萃效应。通过系统研究该体系下萃取剂浓度、油水相比O/A和平衡p H等条件对镍钴萃取性能的影响,在最佳萃取工艺条件下,Ni2+、Co2+的萃取率分别可达到98.4%和68.7%。 （2）对Isononanoic acid/Mextral 984H/Aliquat336（简称为MIA）体系的Ni2+反萃动力学性能进行了优化研究,结果显示Aliquat 336能显著改善MIA体系的Ni2+反萃速率,反萃5 min后Ni2+的反萃率即可达到95.7%。在优化后的工艺条件下进行三级逆流萃取,Ni2+、Co2+的萃取率分别可达到99.6%和96.7%。负载有机相经过三级逆流反萃后,Ni2+的反萃率为98.9%。经济性分析发现,回收一吨废旧三元锂电池正极材料所能获得的毛利润为4364元,具有较高的经济价值。 （3）斜率法研究结果表明MIA协萃体系对镍钴的萃取机理属于阳离子交换,结合FT-IR、1HNMR的分析结果进一步确定了此协萃体系中Ni2+、Co2+的萃合物结构可能为Ni A2（HL）2、Co A2（HL）2。其萃取反应过程可表述为2个Isononanoic acid与1个Ni2+或1个Co2+发生离子交换释放出2个H+。Isononanoic acid作为萃取剂,Mextral 984H起协萃剂作用,而Aliquat 336并未直接参与萃取Ni2+、Co2+的反应。基于界面张力的研究结果,分析推测Aliquat 336对油水两相间界面张力的显著降低是该协萃体系中Ni2+反萃速率显著提高的主要可能原因。